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青檀(Pteroceltis tatarinowii Maxim.)为榆科(Ulmaceae)青檀属落叶乔木,是中国特有的濒危单种属植物。青檀具有食用、药用、材用、造纸及生态防护等多方面用途,是制作宣纸最主要的优质原料。由于人为大量砍伐等因素,导致青檀野生资源种群分布面积和数量不断减少,现已被列为国家级珍稀濒危树木及Ⅲ级重点保护植物。 微卫星分子标记广泛地随机分布于基因组中,且多态性丰富。基于表达序列标签(Expressed Sequence Tags,EST)开发的微卫星分子标记可与遗传性状连锁,且通用性好,被广泛应用于种群遗传学研究、分子标记辅助育种和目标性状分子标记筛选等领域。青檀的基因组与转录组信息相对缺乏,可用于其种群遗传研究的分子标记非常有限,本文利用Illumina高通量测序系统对青檀叶片转录组进行测序,对序列信息进行分析整理,在转录组序列信息的基础上开发青檀多态性微卫星位点(EST-SSR)。 根据琅琊山青檀种群分布特征,选择一块相对独立、具有代表性的自然种群样地,面积约1公顷,进行每株定位,基于胸径大小将该种群区分为5个径级,分别为幼树Ⅰ:DBH<5cm;成年树Ⅱ:5cm≤DBH<15cm、Ⅲ:15cm≤DBH<25cm和Ⅳ:25cm≤DBH<35cm;老龄树Ⅴ:DBH≥35cm。在年龄结构及空间分布格局分析的基础上开展种群小尺度空间遗传结构(Fine-scale Spatial Genetic Structure,SGS)研究,主要结果为: (1)青檀种群总个体数为355棵,大小级结构呈金字塔型,各径级均有个体分布。青檀幼树数量最为丰富,占总数的65.07%,随着径级增加,成年个体株数逐渐减少,老龄树个体数量最少,仅占总数的3.10%,青檀种群为增长型。此外,各径级间数量变化动态指数分别为69.26%、60.56%、50.00%、21.43%和0.00%,种群动态指数为63.95%,当考虑外部干扰时为1.16%,数值均大于等于零,表明该青檀种群目前处于稳定发展状态。 (2)青檀的存活曲线为Deevey-Ⅲ型。在Ⅳ径级前,琅琊山青檀种群的存活数量下降较快,死亡率较高,而Ⅳ径级之后,青檀种群的存活数量较为稳定。青檀种群第一个死亡率峰值发生在Ⅰ径级至Ⅱ径级阶段,幼树个体数目多,分布密度大,生境条件的限制和自疏作用导致较高的死亡率。第二个死亡率峰值发生在Ⅴ径级时期,老龄树时期的个体寿命逐渐接近青檀的极限,自身的生理机能下降,导致死亡率升高。 (3)琅琊山青檀种群在不同径级的空间分布格局存在差异,青檀幼龄树整体上呈集群分布,大多聚集在大径级成年树和老龄树的周围,而大径级成年树和老龄树则呈随机分布甚至均匀分布。 (4)对青檀叶片转录组进行测序,共获得42477个Unigene,平均长度为815bp。利用BLAST程序将Unigene序列与NR、SwissProt、GO、COG以及KEGG数据库进行分析比对,最终获得有注释信息的Unigene23688个,占总Unigene的55.77%,为青檀生长和发育过程中基因表达以及基因功能分析的研究提供了大量的数据储备。 (5)基于青檀转录组信息,通过筛查共发现6543个SSR位点。选择双核苷酸重复数大于10和三核苷酸重复大于7的SSR位点,合成130对引物,其中48个SSR位点能够成功扩增,32个SSR位点具有多态性,每个位点的等位基因数为2-7个。此外,本文检测了32个位点在同科植物醉翁榆(Ulmus gaussenii)和琅琊榆(Ulmus chenmoui)中的通用性,通用性和多态性分别为25%和87.5%。青檀微卫星分子标记的开发为青檀以及榆科其它植物的相关研究奠定了分子基础。 (6)青檀Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ径级以及整个种群的期望杂合度HE分别为0.442、0.439、0.426、0.435、0.471和0.444,近交指数为FIS=0.015~0.121。青檀种群各径级群体的遗传多样性水平均较高,且不存在显著性差异,但整个种群和各径级群体均存在杂合子缺失,存在一定程度的近交。青檀为异交、靠风力传播种子的长寿命乔木,属于第三纪孑遗植物,为基因突变和遗传变异的积累提供了足够长的时间,因此青檀种群整体上呈现较高的遗传多样性。但是,根据样地调查和各径级基因流分析,可能是由于亚林冠层密度较高,一定程度上限制了青檀翅果的传播距离。其次,青檀具有较强的萌蘖能力,也导致亲缘个体聚集分布,这些均会导致种群表现出较高程度的近交,以及杂合子缺失等现象。 (7)青檀种群整体SP为0.0140,在28m范围内存在SGS;Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ龄级SP分别为0.0142、0.0158、0.0008、0.0026和0.0018。Ⅰ径级幼树和Ⅱ径级小径级成年树群体分别在20和35m范围内存在SGS,均属于较强水平,而Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ径级群体SP值较低,空间遗传结构强度微弱。青檀Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ径级的观测基因流分别为36.21、37.97、40.63和40.10m,Ⅰ、Ⅱ径级的基因流均显著小于Ⅲ、Ⅳ径级。幼树和小径级成年树群体存在较强的SGS,可能是由于林中郁闭度较高,尤其是亚林冠层,风力阻隔对翅果的传播有一定的限制,导致小范围内亲缘个体聚集分布。另外,青檀萌蘖繁殖也造成了亲缘个体聚集分布。随着小径级成年树进入主林冠层,种内竞争作用加强引起自疏效应,大量相邻亲缘个体死亡,则导致SGS强度显著下降。 (8)琅琊山青檀种群目前处于增长型、相对稳定的状态,且具有较高的遗传多样性。但由于种子传播相对受限等因素,青檀幼树大多聚集在大径级成年树和老龄树的周围,出现杂合子缺失现象,存在一定程度的近交,并且幼龄树与较小径级的成年树群体已出现SGS,预示青檀群体面临着基因流传播受限、近交加剧,且可能导致近交衰退的风险。因此,就地保护青檀时应当适度进行选择性疏伐,人为促进基因交流,同时需要对可能出现的近交衰退进行进一步监测。在迁地保护和种质资源收集时,采样个体间距离应大于28m,以降低个体间遗传相似性。