麻栎的谱系地理学和遗传多样性研究

摘要

麻栎（Quercus acutissima Carr.），隶属于壳斗科(Fagaceae)、栎属（Quercus L.），是东亚温带和亚热带地区的优势森林树种，分布于中国、朝鲜、韩国、日本、越南等多个国家。在中国的东经91°-123°，北纬18°-41°地区均有分布，跨越多种气候环境地带，和属间其他物种又存在着杂交现象，因此是研究环境气候变化对物种进化影响以及物种遗传结构和遗传分化的优良材料。本研究在野外实地采样调查的基础上，利用单亲遗传的cpDNA标记和双亲遗传的nSSR标记，探讨了分布区内麻栎的谱系地理结构和遗传多样性，并结合了该物种的当今分布和气候地质事件，模拟了其在末次盛冰期间可能的生境以及冰后期的扩张。主要的研究结果如下:
　　(1)叶绿体片段的联合分析
　　利用4个叶绿体DNA片段（编码区ycfl和非编码区trnD-trnE、psbA-trnH、rps16-trnQ）对麻栎55个居群502个个体进行了分析。共检测出26种单倍型，单倍型多样性Hd=0.7628，核苷酸多样性π=0.61×10-3，平均核苷酸差异K=1.079。麻栎的遗传多样性略高(HT=0.770)，同时具有较小的基因流(Nm=0.12)。麻栎55个居群不存在谱系地理结构(NST＜GST;p＜0.05)，IBD结果显示其遗传距离和地理距离没有显著的相关性(r=0.0353;p＞0.05)。AMOVA分析显示遗传变异主要发生在居群间(63.25％)，居群内的变异较小。失配分析显示麻栎近期存在着扩张，扩张时间约为11.2kyr。NETWORK和贝叶斯分析将麻栎分为两个枝系，BEAST计算得出麻栎近期共同祖先的分化时间约为6.55百万年前，两个枝系的分化时间约为4.81百万年前和3.42百万年前。单倍型在地理上的分布模式及各居群的遗传多样性暗示秦巴山区、四川盆地、云贵高原和武夷山、天目山地区为麻栎潜在的冰期避难所。
　　(2)核微卫星位点的联合分析
　　利用10对nSSR引物对麻栎33个居群510个个体进行了分析。结果显示麻栎的遗传多样性水平并不高(Na=5.264，Ne=3.504，I=1.218，Ho=0.283，He=0.595，PPL=96.06％)。STRUCTURE结果将麻栎分为两组，TESS结果和UPGMA树也支持这一分组;而Mantel检验显示遗传距离和地理距离没有显著相关性(r=0.138，p＞0.05)。Genetix分析显示麻栎33个居群发生了显著的分化(p＜0.05)，通过AMOVA分析得出遗传变异主要来自于居群内(84.26％)，居群间的变异较少;依据STRUCTURE结果分成两组时，遗传变异依然主要来自于居群内(82.59％)，组间的变异仅为3.95％。F统计也显示群体间遗传分化较小(FST=0.203)，并且有较大的基因流(Nm=1.353)。BOTTLENECK分析显示一些居群经历过瓶颈效应。通过标准化的等位基因丰富度和私有等位基因丰富度分析，发现秦巴山区、云贵高原、武夷山和天目山地区的这些指数较高，可能为麻栎的冰期避难所;AIS分析也支持这一推断。另外通过EDENETWORK，也发现避难所之间存在较多的基因流，暗示麻栎居群间微弱的隔离效应。
　　(3)生态位模拟和冰期避难所
　　叶绿体数据和核微卫星数据都表明麻栎具有多个避难所，生态位模拟显示秦巴山区和云贵高原地区可能为麻栎的冰期避难所。结合这些分析认为麻栎的潜在避难所位于秦巴山区和云贵高原地区。冰期后麻栎从避难所向四周适合的生境扩张，在中国华中地区，各避难所的居群得到交流，可能存在着二次接触现象。
　　(4)保护建议
　　虽然麻栎在中国广泛分布，但我们的研究发现其多样性水平不是很高。人类活动影响的加剧，以及种质资源的不合理使用，都对活动对麻栎的分布产生了巨大的影响。麻栎的现今分布已呈现一种破碎化的趋势，且多地为次生林。因此建议应禁止滥砍滥伐，恢复其成林规模。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 栎属物种及麻栎概况

1．1．1 栎属简介及研究现状

1．1．2 麻栎简介及其研究现状

1．2 谱系地理学概况

1．2．1 谱系地理学简介和应用

1．2．2 谱系地理学相关理论

1．3 遗传多样性

1．4 分子标记技术及其应用

1．5 本研究的目的和意义

第二章 基于叶绿体DNA片段的麻栎谱系地理学研究

2．1 实验材料和仪器试剂

2．1．1 实验材料

2．1．2 实验仪器和试剂

2．2 实验方法

2．2．1 麻栎总DNA的提取

2．2．2 基因组DNA的纯度检测

2．2．3 PCR扩增和产物测序

2．3 数据处理和分析

2．3．1 序列处理和相关指数计算

2．3．2 遗传结构分析

2．3．3 单倍型亲缘关系

2．3．4 居群动态历史

2．3．5 分化时间估算

2．3．6 生态位构建模拟

2．4 实验结果

2．4．1 麻栎的序列特征和单倍型分布特点

2．4．2 麻栎居群的遗传结构

2．4．3 麻栎单倍型间的亲缘关系

2．4．4 麻栎居群的动态历史

2．4．5 基于系统发育的分化时间估计

2．4．6 生态位模拟

2．5 讨论

2．5．1 麻栎居群的遗传多样性和遗传分化

2．5．2 麻栎的系统发育和种内分化

2．5．3 麻栎单倍型分布特征和亲缘关系

2．5．4 冰期避难所推测和冰期后扩张

第三章 基于核SSR的麻栎遗传多样性研究

3．1 实验材料和仪器试剂

3．1．1 实验材料

3．1．2 实验仪器和试剂

3．2 实验方法

3．2．1 麻栎样品DNA提取和检测

3．2．2 PCR扩增和测序

3．2．3 检测扩增产物条带

3．2．4 数据统计

3．3 实验分析

3．3．1 遗传变异分析

3．3．2 遗传多样性分析

3．3．3 遗传分化和遗传结构分析

3．3．4 瓶颈效应检测

3．4．1 麻栎的遗传变异

3．4．2 麻栎的遗传多样性

3．4．3 麻栎的遗传分化

3．4．4 麻栎居群的遗传结构

3．4．5 瓶颈效应检测

3．5 讨论

3．5．1 麻栎居群的遗传多样性

3．5．2 麻栎居群的遗传结构和遗传分化

3．5．3 冰期避难所推测

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的科研成果

致谢