基于叶绿体基因trnL-F和psbA-trnH序列对老芒麦居群的遗传多样性研究

摘要

老芒麦（Elymus sibiricus L.），是禾本科(Poaceae)小麦族(Triticeae)披碱草属（Elymus）中含有StStHH基因组的多年生禾草，其为披碱草属的模式种。该物种广泛分布于在欧洲东部、中亚、俄罗斯远东地区、蒙古、中国、北美洲，其生长在潮湿草地以及疏林或灌木，对干旱、寒冷、盐碱等不良环境具有良好的适应性。老芒麦作为小麦遗传改良的重要基因库，因富含大量抗病和抗逆的优良基因，常通过远缘杂交把优异的基因转移到栽培的大麦中，是丰富麦类作物和牧草遗传多样性的重要基因资源;其次老芒麦作为优良的牧草资源，可用于建植人工草地和放牧草地，对维持生态平衡、防止水土流失、种草养畜等都具有重要意义。通过国内外近年来对老芒麦的形态学、细胞学、细胞遗传学、分子系统学等研究表明老芒麦是含有StH染色体组成，由二倍体拟鹅观草属和大麦属物种经天然杂交形成，地理分布广泛以及形态变异较大的种群。然而，关于老芒麦染色体组具体供体起源于哪个或哪些二倍体供体属物种？导致形态分化等遗传多样性产生的因素有哪些？形成中亚、青藏高原、东亚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。因此本研究对不同居群的87份老芒麦材，基于叶绿体基因trnL-F和psbA-trnH序列，结合谱系地理学分析和生态位建模分析方法，对老芒麦的起源演化、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分析。主要结论如下:
　　1.对87份老芒麦、3份拟鹅观草属物种和3份大麦属物种的trnL-F和psbA-trnH联合序列进行基因谱系分析，结果表明:(1)老芒麦的母本供体来源为St基因组;(2)老芒麦的母系供体存在多个，具多系起源。
　　2.基于叶绿体基因trnL-F和psbA-trnH联合序列对老芒麦的遗传多样性和遗传关系进行分析。老芒麦的单倍型多态性为0.912，核苷酸多态性为0.0029，表明老芒麦存在丰富的遗传多样性。基于Nei's的基因分化系数为0.462，即53.8％的遗传变异存在于居群间，46.2％的遗传变异来源于居群内部，表明居群间的遗传分化大于居群内的遗传分化，居群间的变异是老芒麦的主要变异来源。
　　3.根据Tajima's D中性检测结果为显著负值，不遵循中性进化模型，暗示老芒麦在进化过程中经历了种群的扩张事件。通过对3个居群的单倍型多样性和核苷酸多样性计算，显示中亚居群的遗传多样性水平最高，且中亚居群老芒麦分布在分子系统树及分支系统树的各个分支中，推测中亚是老芒麦的生物多样性中心且是其冰期避难所之一。基于对老芒麦材料进行生态位建模分析，表明在经历了冰期以后，中亚居群的老芒麦向东亚、青藏高原和欧洲地区扩散，从而形成了现有地理分布格局。
　　4.通过最大熵模型对老芒麦未来的适生区进行预测，显示老芒麦未来的分布区整体是呈扩散趋势，中亚分布区向北略微扩散，而欧洲分布区则向西移动，推测这一现象的出现可能是由于全球温度升高所导致。

目录

声明

摘要

1文献综述

1．1披碱草属概况

1．2老芒麦概况

1．3老芒麦遗传多样性的研究现状

1．3．1老芒麦形态学研究

1．3．2老芒麦的细胞学研究

1．3．3老芒麦的蛋白质水平研究

1．3．4老芒麦的分子标记学研究

1．4谱系地理学

1．4．1叶绿体psbA-trnH基因

1．4．2叶绿体trnL-F基因

1．5生态位模型

1．6本研究的目的与意义

2材料和方法

2．1实验材料

2．2分子学实验方法

2．2．1总DNA提取

2．2．2目的片段PCR扩增

2．2．3扩增产物的回收及纯化

2．2．4目的片段的克隆

2．2．5 数据分析

3结果

3．1序列特点

3．2 trnL-F基因序列

3．2．1多态性分析

3．2．2遗传距离分析

3．2．3单倍型多样型分析

3．2．5系统发育分析

3．3 psbA-trnH基因序列

3．3．1 多态性分析

3．3．2遗传距离分析

3．3．3单倍型多样性分析

3．3．4系统发育分析

3．4联合基因序列

3．4．1多态性分析

3．4．2遗传距离分析

3．4．3遗传结构分析

3．4．4单倍型多样性分析

3．4．5系统发育分析

3．5生态位建模分析

3．5．1模型检测

3．5．2老芒麦不同时期的分布情况

4讨论

4．1基因数据比较

4．2老芒麦的母系供体来源

4．3老芒麦的遗传多样性和遗传结构

4．4地理分布格局成因

5结论

参考文献

致谢

作者简历

附表