牡丹组三个近缘种的谱系地理学研究

摘要

牡丹是芍药属(Paeonia L.)牡丹组(Paeonia Sect.Moutan DC.)的重要观赏花卉，其野生种为开发、培育新花色、高抗性、高产油栽培品种提供了重要种质资源，具有重要的景观、经济价值。而野生物种的分布与遗传结构会受到地质变迁、气候波动的深刻影响，如板块隆起过程中形成的山谷会阻碍物种扩散，也会在物种迁移过程中提供通道。前人对于牡丹组植物亲缘关系已有了较为深入的研究，而对于其谱系地理、进化起源问题的探究仍甚少。本研究利用核基因(ITS)和叶绿体基因（matK,ycf1）标记对分布于川西干热河谷的四川牡丹(Paeonia decomposita Hand.-Mazz.)、圆裂牡丹(Paeonia rotundiloba(D.Y.Hong)D.Y Hong)以及川甘交界处的紫斑牡丹(Paeonia rockii(S.G.Haw&Lauener)T.Hong&J.J.Li ex D.Y.Hong)进行了遗传结构、群体历史动态的研究，并通过生态位模拟，分析了牡丹组三个近缘种当前分布格局的历史成因，旨在充分了解野生资源，从而提出更有效的保护措施。主要结论如下:
　　(1)ITS序列变异共鉴定出111种单倍型（H1-H111）。基于Splitstree和Network的网络图以及系统发育树均支持将其划分为三个家系(LineageⅠ-LineageⅢ)。根据SAMOVA分析，可将所有居群划分为3个组，AMOVA分析显示:遗传变异大部分来自于居群内，组间遗传分化中等（FST=0.2099），总体单倍型多样性hT=0.943，居群内单倍型多样性为hS=0.776。遗传分化指数中等，存在明显谱系地理结构(NST=0.365＞GST=0.178，P＜0.01)。两个cpDNA标记共鉴定出13种单倍型(C1-C13)，每个野生种均含有特有单倍型。系统发育树和网状树支持将其划分为四个家系(Lineage A-Lineage D)。遗传变异大部分来自于居群间，在整体样本水平、分组水平，居群间和组间都达到了显著的遗传分化（FST＞0.90）。总体单倍型多样性hT=0.835，居群内单倍型多样性较低hS=0.143。叶绿体的遗传分化指数亦揭示了显著的谱系地理结构(NST=0.927＞GST=0.829，P＜0.01)。
　　(2)从总体水平来看，ITS和cpDNA的数据均未偏离中性，失配分析也拒绝空间范围扩张的零假设，基于ITS的贝叶斯天际线点图(Bayesian Skyline Plot，BSP)分析显示，从中新世中期到晚期，有效群体大小有轻微渐增的趋势;而基于cpDNA的BSP分析表明群体规模在更新世中期基本保持稳定状态，整体来看，群体历史动态结果拒绝了历史扩张或收缩事件的发生。
　　(3)生态位模拟结果揭示牡丹组三个近缘种在末次盛冰期的分布地处于当前分布地的南边，且三个野生种在末次盛冰期的分布区有很大重叠。ITS和cpDNA数据主要家系开始分歧时，横断山区已经开始隆起，因此，推测是山脉隆起促使牡丹祖先谱系发生分化，而后，伴随着末次盛冰期气候变冷，牡丹沿沟谷南迁，在而今的成都平原相遇，发生杂交，从而谱系融合。
　　综上所述，牡丹组三个近缘种遗传资源丰富，地质变迁、气候波动解释了这三个近缘种的分布格局，气候波动是引发谱系融合的主要因素。本研究为牡丹新品种的培育以及野生遗传资源的保护奠定了理论基础。

目录

声明

摘要

1前言

1．1牡丹的园林应用价值

1．2牡丹组植物系统发育研究进展

1．2．1牡丹组植物的分类与分布

1．2．2四川牡丹、圆裂牡丹、紫斑牡丹的系统发育研究进展

1．3植物谱系地理学研究进展

1．3．1植物谱系地理学

1．3．2谱系地理学研究方法

1．3．3芍药属谱系地理学研究

1．4本研究意义、内容、技术路线以及拟解决的关键问题

1．4．1本研究的意义、内容

1．4．2本研究的技术路线

1．4．3本研究拟解决的关键问题

2材料和方法

2．1研究材料

2．2研究方法

2．2．1基因组DNA提取

2．2．2 PCR扩增

2．2．3 ITS基因克隆

2．3数据分析

2．3．1测序结果预处理

2．3．2系统发育分析

2．3．3群体遗传结构分析

2．3．4生态位模型重建分布区

3研究结果

3．1三个种基于单倍型的系统发育研究

3．1．1序列信息

3．1．2单倍型谱系关系

3．1．3谱系分歧时间

3．2三个种的群体遗传结构研究

3．2．1遗传多样性

3．2．2遗传分化

3．2．3群体历史动态

3．3三个种的生态位模型分析

4讨论

4．1遗传结构

4．2谱系进化历史与群体历史动态

4．2．1牡丹组三个近缘种的起源问题

4．2．2全新世时期的居群历史动态

4．2．3三种牡丹在地质历史时期的分布区重建

4．3三个近缘种的保护策略

5结论与展望

5．1结论

5．2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文

附录