西藏圆柏复合体的群体遗传学与物种形成研究

摘要

揭示物种自然群体遗传变异的进化力量和近缘物种间物种形成机制一直以来都是进化生物学的中心议题之一。西藏圆柏(Junmiperus tibetica)及其复合体物种密枝圆柏(J. convallium)、方枝柏(J. saltuaria)和祁连圆柏(J. przewalskii)是青藏高原特有的高山植物物种，隶属于柏科(Cupressaceae)，刺柏属(Juniperus)，圆柏组(Sabina)。四个物种形态上鳞叶或刺叶兼有，均具一粒种子，但种子大小和生鳞叶的末次分枝形状存在较大差异。两藏圆柏、密枝圆柏和方枝柏主要分布在青藏高原的东南部边缘地区，存在同域和邻域分布现象。这三个物种和分布在高原东北部的祁连圆柏一起构成了刺柏属圆柏组物种在青藏高原现代地理分布的典型的圆柏物种复合体。本论文通过取样多个核基因座位，运用现代分子群体遗传学的分析方法研究了四个物种的核苷酸多态性和种群遗传结构，并运用隔离-迁移(IM)模型探索了物利形成与分化的分子机制。
　　 对西藏圆柏复合体物种自然分布区内53个种群共219个个体的胚乳(单倍体)DNA进行了13套核基『因的扩增和测序。四个物种在13个基因座上平均核苷酸多态性呈现低水平。方枝柏沉默位点平均多态性最高(θwsil=0.0055，πsil=0.0042)，密枝圆柏最低(θwsil=0.00420，πsil=0.00211)。AMOVA分析表明四个物种存在高水平的群体间遗传分化：密枝圆柏的平均FST值最高(0.291)，接着是祁连圆柏(0.266)，方枝柏最低(0.173)。物种的进化历史、所受选择压力以及青藏高原复杂的地形可能一起导致了这些高山物种低水平的核苷酸多态性和较高的遗传分化。物种成对IM模拟表明祁连圆柏与密枝圆柏自起源以来，有效群体未发生剧烈的变化；西藏圆柏未得到明显的结论；但是方枝柏有效群体明显比其祖先有效群体大，说明该物种可能发生了扩张或杂交渐渗，但进一步的分析表明其迁出的基因流要远大于本身接受到的基因流，说明历史扩张是导致该物种有效群体增大的主要原因。
　　 STRUCTURE分析表明四个物种不能单独成族，只能将祁连圆柏与西藏圆柏、密枝圆柏和方枝柏分开，而后三个物种之间聚集在一起，没有明显的分化。四个物种之间共享大量的基因多态性，可能是由于这些物种分化较晚，由于不完全的谱系筛选导致物种之间共享多态性。另一原因则可能是由于它们之间的分化始终是在基因流存在的情况下进行的，或者分化后存在反复的杂交，IM分析也表明它们存在明显的基因流。分子钟标记表明，西藏圆柏和密枝圆柏之间的分化时间最短，大约为71.6万年以前，其它物利对之间的分化大约发生在第三纪末与第四纪初，约为1.6-2.2百万年以前。第四纪气候变化以及青藏高原的进一步隆升可能促进了这些物利的分化以及它们分化之后的杂交。总之，基因流和不完全的谱系筛选是导致这些物种共享多态性和分化不明显的主要原因。

目录

文摘

英文文摘

声明

1前言

1.1植物分子群体遗传学研究概况

1.1.1植物分子群体遗传学研究的主要内容

1.1.2植物群体遗传学研究常用分析方法

1.2裸子植物分子群体遗传学研究进展

1.3裸子植物物种形成研究

1.4本研究的目的和意义

2材料与方法

2.1研究材料

2.2胚乳总DNA提取

2.2.1预处理

2.2.2分离胚乳

2.2.3提取胚乳总DNA

2.3 PCR扩增与测序

2.3.1引物筛选

2.3.2核基因片段的扩增和测序

2.4数据分析

2.4.1核苷酸多态性分析

2.4.2重组与连锁不平衡

2.4.3中性检验

2.4.4群体遗传结构分析

2.4.5物种形成模型参数检测

3研究结果

3.1核苷酸多态性

3.2重组及连锁不平衡

3.3中性检验

3.4群体结构

3.5物种形成

4 讨论

4.1核苷酸多态性

4.2群体遗传结构

4.3物种形成

参考文献

博士期间发表或完成论文情况

致 谢