基于叶绿体标记的水松系统发育地位及其谱系地理学研究

发布时间：2020-07-30 18:42

【摘要】：水松(Glyptostrobus pensilis(Staunt.)Koch),原为杉科(Taxodiaceae)水松属单种属植物,现APG Ⅳ分类系统中归入柏科(Cupressaceae)。水松在我国属一级保护植物,在IUCN濒危植物红色名录中为“极危”等级。本研究利用从NCBI数据库中下载的水松叶绿体全基因组序列,开发多态性微卫星(cpSSR)位点。利用核基因组和叶绿体基因组微卫星(nSSR,cpSSR)标记方法,探讨水松在杉科的系统发育地位。利用开发的多态性cpSSR位点,对全球现存水松代表群体(中国、越南和老挝)进行谱系地理学研究,分析其遗传多样性水平和遗传分化,明确水松谱系地理结构,推测其冰期避难所及间冰期种群迁徙扩散路线,了解其种群历史动态。研究工作能为水松的遗传资源保护与种群恢复提供理论和实践依据,也可为第四纪冰期我国植物变迁研究提供参考。主要研究结果如下。(1)水松叶绿体基因组含170个完美型SSR位点,筛选重复次数大于或等于8的SSR位点,共设计70对cpSSR引物,均可成功扩增,并产生单一清晰条带。利用16个样本进行多态性位点检测,筛选得到10个多态性位点。利用16个样本检测多态性位点的遗传多样性水平,结果显示遗传多样性较高,因此筛选得到的多态性位点可用于后续水松系统发育地位和谱系地理学研究,了解其进化历史。(2)利用叶绿体基因组cpSSR标记和核基因组EST-SSR标记对杉科8个属10个种进行系统发育研究。cpSSR位点在绝大多数杉科样本均可扩增,平均扩增率为98%,23个EST-SSR位点中,扩增成功率大于50%的有18对。基于cpSSR标记构建的系统发育树(NJ)结果显示,10个种可分为2个大的聚类群,水松和落羽杉属为一个聚类群,杉科其它物种为一个大的聚类群。基于EST-SSR标记所构建的系统发育树(NJ)与cpSSR标记结果大致相同。两种标记方法相互验证,水松和落羽杉属植物亲缘关系较近,并在杉科中具有相对较晚的的发育地位。(3)利用10个多态性叶绿体微卫星对14个水松群体(中国、老挝和越南)进行谱系地理学的研究。遗传多样性结果显示,14个群体343个单株中共检测到153个单倍型,平均单倍型数量为12.79,平均有效单倍型数量(Ne)为8.40。每个群体均存在私有单倍型,平均私有单倍型频率(Pr)为0.379。水松各群体的遗传多样性(He)偏高,其范围为0.62～0.995。单倍型地理分布图说明国家与国家之间没有共享的单倍型存在,各个群体私有单倍型的数量明显多于共享单倍型。水松总遗传多样性(HT)为0.991,群体内遗传多样性(HS)为0.856。遗传分化系数RST(0.469)显著大于GST(0.136),表明水松群体具有明显的谱系地理结构。分子方差分析(AMOVA)结果表明,水松群体遗传变异主要来自于组间(47.70%),遗传分化系数FST的值为0.597大于0.25,说明水松群体间存在很高的的遗传分化。STRUCTURE结果显示,最佳K值为3,说明14个水松群体按国家主要分为三个大的聚类群,这与DAPC分析结果一致。系统发育树(NJ)结果也呈现出3个聚类,老挝群体聚为一支,越南群体聚为一支,中国南方和北方群体聚为一支。(4)利用DIY ABC软件推测水松群体进化历史,进化事件4具有最高的后验概率(PP),推测水松进化顺序为中国→越南→老挝,其冰期避难所一个位于中国北部地区江西、湖南和福建省附近,另一个位于中国南部广东省及老挝和越南的部分地区。(5)通过以上研究,我们对水松种群保护提出了保护策略:加强现存群体的保护,对老挝的天然种群进行最高级别的保护;在与水松栖息地相似的地区建立种子园或苗圃,同时采取种子繁殖,扦插等营养繁殖手段,找到水松最佳种植方式,扩大种群数量。
【学位授予单位】：中南林业科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S791.29
【图文】：

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本文编号：2775930