基于ITS和cpDNA petB-petD序列的寒兰群体遗传结构及遗传多样性研究

摘要

兰科是开花植物中最大的科之一，也是植物保护当中的“旗舰”类群。寒兰（Cymbidium kanran）隶属于兰科（Orchidaceae）兰属（Cymbidium），具有很高的观赏价值和经济价值。我国寒兰资源十分丰富，但近年来随着人们的滥采滥挖，野生寒兰资源及其生境遭到了破坏，对寒兰资源的保护刻不容缓。本研究在调查我国野生寒兰资源分布的基础上，采集了我国7省10个寒兰居群的132个个体，利用ITS和cpDNA分子标记研究其遗传多样性以及遗传结构，分析了寒兰居群的遗传分化、基因流、居群动态等特点，并提出了相应的保护策略，为寒兰资源的保护和可持续利用提供了参考。主要研究结果如下：
　　1.ITS序列比对排列后长度为658bp，G+C含量在57.60％-68.39%之间，平均为65.99%；ITS1序列G+C含量在53.91%-71.19%之间，平均为67.57%；5.8S序列G+C含量在56.31%-60.74%之间，平均为57.69%；ITS2序列G+C含量在67.86%-70.63%之间，平均为69.82%；cpDNA petB-petD序列比对排列后长度为536bp，G+C含量在33.26%-33.68%之间，平均为33.61%。ITS序列共有179个变异位点，其中83个为简约信息位点；cpDNA petB-petD序列共有10个变异位点（包括一个12bp的插入），其中5个为简约信息位点。
　　2.基于ITS序列数据，寒兰样本中共检测到18种ITS单倍型，所有的居群都有1种以上的单倍型；IHap5和IHap6为主要单倍型；根据单倍型网络图推测IHap5可能是原始单倍型。寒兰总的单倍型多态性（Hd）为0.802，核苷酸多态性（Pi）为0.04274。各居群的遗传多样性水平差异较大（Hd=0.182-0.857，Pi=0.00077-0.07092），单倍型多态性最高的为LN居群，最低的为JZ居群；核苷酸多态性最高的为CY居群，最低的为YF居群。总体来看寒兰居群的遗传多样性水平较高。居群内的遗传变异（64.83%）大于居群间的遗传变异（35.17%），Fst=0.3517，Nm=0.4608，基因流水平中等。Gst=0.28016，Nst=0.36120，两者差异不显著（P＞0.05），表明寒兰居群不存在显著的谱系地理结构。遗传距离与地理距离的相关性检验结果显示，寒兰各居群间的遗传距离与地理距离之间无显著相关性（r=-0.2725，P=0.4889＞0.05）。
　　3.基于cpDNA petB-petD序列数据，寒兰样本中共检测到11种cpDNA单倍型。CHap1在所有的居群中均有分布，为广布单倍型；根据单倍型网络图推测CHap1可能是原始单倍型。寒兰总的单倍型多态性（Hd）为0.609，核苷酸多态性（Pi）为0.00169。各居群的遗传多样性水平差异较大（Hd=0-0.803，Pi=0-0.00329），其中YH居群表现出最低的遗传多样性水平（Hd=0，Pi=0）；单倍型多态性最高的为WYS居群，核苷酸多态性最高的为RJ居群。总体来看寒兰居群的遗传多样性水平较高。居群内的遗传变异（88.01%）大于居群间的遗传变异（11.99%），Fst=0.1199，Nm=1.8351＞1，基因流水平较高。Gst=0.13685，Nst=0.15436，两者差异不显著（P＞0.05），表明寒兰居群不存在显著的谱系地理结构。
　　4.在调查我国野生寒兰资源分布的基础上，综合寒兰遗传多样性以及遗传结构特点，提出以下保护建议：
　　（1）对寒兰资源状况进行统计，建立数据库；
　　（2）针对生境状况较好、遗传多样性水平较高的居群采取就地保护措施，如设立自然保护区等，并加大管理力度，完善保护区建设；
　　（3）针对生态环境受到威胁、遗传多样性较低的居群采取迁地保护措施；
　　（4）保护传粉昆虫；
　　（5）结合人工繁育和移栽技术，建立并优化快速繁殖体系，培育优良品种，从而满足市场需求。

目录

声明

第1章 引言

1.1 寒兰概况

1.2 遗传多样性

1.3 内转录间隔区（ITS）及叶绿体基因组（cpDNA）分子标记在兰科植物中的应用

1.4 本研究的内容及意义

1.5 技术路线图

第2章 材料与方法

2.1 实验材料

2.2 实验方法

第3章 结果与分析

3.1 DNA提取与PCR扩增产物电泳结果

3.2 ITS序列分析

3.3 cpDNA序列分析

第4章 讨论

4.1 序列特征

4.2 遗传多样性

4.3 遗传结构

4.4 寒兰资源的保护

第5章 小结与展望

5.1小结

5.2展望

致谢

参考文献

附录A

攻读学位期间的研究成果