基于叶绿体基因trnL-F和psbA-trnH序列的Agropyron cristatum谱系地理学研究

摘要

冰草(Agropyron cristatum(L.)Gaertn.)是冰草属（Agropyron Gaertn.）的模式种，分布在欧亚大陆温带草原地区。冰草具有抗旱、抗寒和耐牧性，是干旱地区良好的水土保持和固沙植物，也是草原、草甸的重要组成部分;因其营养丰富可作牧草，具有饲用价值和经济效益;冰草还具有抗白粉病、叶锈病、黄矮病等小麦常见病害的优异基因，是小麦遗传改良和培育新品种的重要种质资源。通过国内外近年来对冰草的形态学、细胞学、细胞遗传学、分子系统学等研究表明冰草是只含有P染色体的同源物种，形态变异较大以及地理分布广泛的物种。然而，关于冰草四倍体供体来源于冰草属的哪个二倍体？导致其形态分化等遗传多样性产生的因素有哪些？形成中亚、中东、青藏高原、东亚、欧洲等主要分布区地理分布格局的历史成因如何？等起源演化的科学问题需要进一步研究。因此本研究对世界范围内不同居群的152份冰草进行采样，基于叶绿体基因trnL-F和psb A-trnH序列，利用谱系地理学分析和生态位建模分析方法，对冰草的起源演化、居群的遗传多样性和遗传结构成因以及现有地理分布格局的形成进行研究。主要结果及结论如下:
　　1.对152份冰草和3份蒙古冰草的trnL-F和psbA-trnH及其联合序列单倍型网状支系分析结果表明四倍体冰草由二倍体冰草经同源化形成，这是四倍体冰草物种形成的主要方式;在冰草祖先种群演化历程中，二倍体的冰草和蒙古冰草通过杂交渐渗方式参与了四倍体冰草的物种形成。
　　2.基于冰草叶绿体基因trnL-F、psb A-trnH及其联合序列对6个居群进行的多态性分析和遗传多样性分析，其单倍型多态性大于0.5，表明冰草遗传多样性丰富，推测因为冰草是欧亚大陆的广布种，其生境差异显著，对不同环境都有较高的适应生存能力使冰草具有较高水平遗传多样性。冰草不同居群的分离位点多态性（θw）结果显示，中亚居群的冰草物种θw值最高;两两居群的遗传距离分析结果显示，中亚与中东、东亚、青藏高原间的遗传距离最近，推测中亚是冰草物种的遗传多样性中心。冰草遗传分化系数Gst(0.0069)显示冰草居群内(99.31％)的遗传变异大于居群间的(0.69％)，表明居群内的遗传变异是冰草物种的主要变异来源;遗传结构检测表明冰草叶绿体基因的单倍型具有明显的谱系地理结构（Gst=0.00685＜Nst=0.02691），推测地理隔离限制了居群间基因交流频率。
　　3.综合冰草叶绿体trnL-F、psb A-trnH和联合序列的多态性、网状支系分析以及生态位建模分析结果表明在网状支系图中间区域的古老单倍型都包含了中亚的冰草材料，且中亚可能是冰草遗传多样性中心，结合地质事件推测在中亚形成冰草在冰期最大避难所;生态位模型预测结果也表明冰草在末次冰期的适生区在欧亚大陆腹地;冰期后，冰草由中亚向中东、欧洲、青藏高原、东亚等地区扩张迁移。

目录

声明

摘要

1．前言

1．1谱系地理学

1．2冰草属

1．3冰草

1．3．1冰草形态学的研究

1．3．2冰草细胞遗传学研究

1．3．3冰草分子生物学研究

1．4研究的目的和意义

2．材料和方法

2．1实验材料

2．2实验方法

2．2．1 DNA的提取

2．2．2PCR扩增

2．2．3目的片段的回收与纯化

2．2．4载体链接

2．2．5连接产物的转化和培养

2．3数据分析

2．3．1序列分析

2．3．2遗传多样性和遗传结构分析

2．3．3系统发育分析

2．3．1单倍型网络图分析

2．3．5Maxent生态位建模分析

3．结果

3．1．1序列特点

3．1．2多态性检测

3．1．3冰草居群间的遗传距离

3．1．4居群间的遗传分化指数Fst值

3．1．5系统发育分析

3．1．6单倍型网络分析

3．2psbA-trnH序列

3．2．1序列特点

3．2．2多态性检测

3．2．3冰草居群间的遗传距离

3．2．4居群间的遗传分化指数Fst值

3．2．5系统发育分析

3．2．6单倍型网络分析

3．3联合序列

3．3．2多态性检测

3．1．3冰草居群间的遗传距离

3．3．4居群间的遗传分化指数Fst值

3．3．5系统发育分析

3．3．6单倍型网络分析

3．4 Maxent生态位建模分析

4．讨论

4．1基因数据比较

4．2冰草二倍体与四倍体的关系

4．3冰草居群的遗传多样性和遗传结构

4．4冰草的地理分布格局形成机制

5．结论

参考文献

致谢

作者简介

附录