利用SSR分子标记分析棱果沙棘杂交带的遗传结构和基因流

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种群遗传结构是遗传多样性的重要体现,距离隔离是形成种群空间遗传结构最直接的影响因素,一个物种的进化潜力和抵御自然界不良环境的能力既取决于物种内遗传变异的大小,也有赖于植物种群的遗传结构。杂交是植物进化最为重要的驱动力,是新物种形成的重要途径,杂交物种形成、特别是杂交带研究已经成为近年来植物系统进化研究的焦点。杂交带的遗传组成和基因流状况为阐明物种之间的隔离机制提供了一个良好的研究平台。近年来,SSR等DNA分子标记的快速发展和广泛应用为深入探讨种群遗传结构及基因流提供了有力的手段和机遇。本文在前期工作的基础上,选择青藏高原边缘青海祁连地区棱果沙棘杂交带为对象,应用DNA分子标记等方法,研究不同地理隔离水平中国沙棘、肋果沙棘种群以及棱果沙棘杂交带的遗传结构及基因交流水平,探讨打破种间隔离导致自然杂交发生的主要原因以及沙棘属植物的自然杂交带维持机制和地理隔离的作用等。主要结果及结论如下:1.运用SSR分子标记对分布于青海祁连棱果沙棘杂交带上的4个中国沙棘种群(拱北湾斑块1、拱北湾斑块2、日旭村和小东索)遗传结构的研究发现,中国沙棘在亚种水平和种群水平均表现出了丰富的遗传多样性。POPGENE计算的基因分化系数Gst为0.1338,低于异交植物基因分化系数的平均值(Gst=0.193),表明遗传变异主要存在于种群内。中国沙棘种群间的基因流Nm为3.2379,小于风媒传粉、异交植物Nm的平均值(Nm=5.380)。对种群间的基因流与地理距离以及遗传距离与地理距离的相关性检验表明,种群间的基因流和遗传距离均与地理距离不存在相关关系。运用UPGMA对中国沙棘个体进行聚类分析,结果显示同一个种群的个体并没有完全聚在一起,表明种群间发生了一定的基因交流。2.运用SSR分子标记对分布于青海祁连棱果沙棘杂交带上的4个肋果沙棘种群(拱北湾斑块1、拱北湾斑块2、日旭村和小东索)以及邻近分布的2个肋果沙棘纯种群(阿柔乡和冰沟)共6个种群遗传结构的研究发现,肋果沙棘在亚种水平和种群水平均有丰富的遗传多样性。POPGENE计算的基因分化系数Gst为0.1880,略低于异交植物基因分化系数的平均值(Gst=0.193),表明遗传变异主要存在于种群内。肋果沙棘种群间的基因流Nm为2.1589,远小于异交植物Nm的平均值(Nm=5.380)。对种群间的基因流和遗传距离与地理距离间的相关性检验表明,种群间的基因流和遗传距离与地理距离间均不存在相关关系。运用UPGMA对肋果沙棘个体进行聚类分析,结果显示同一个种群的个体并没有完全聚在一起,也表明种群间发生了一定的基因交流。3.运用SSR分子标记对青海祁连棱果沙棘杂交带(拱北湾和日旭村)遗传结构及基因流的研究表明,2个杂交带上POPGENE计算的基因分化系数Gst分别为0.2251和0.2102,均稍高于异交植物种群间基因分化系数的平均值(Gst=0.193),但种间的遗传变异仅分别占总变异的22.51%和21.02%;拱北湾杂交带和日旭村杂交带种间的基因流分别为1.7210和1.8792,低于2个亲本种种群间的基因流水平,但这一结果也表明杂交带上亲本间及亲本与杂种间仍存在一定程度的基因交流。4.杂交带上中国沙棘种群和肋果沙棘种群间的遗传距离和基因流与种群间的地理隔离距离无关,但杂交却仅发生在亲本混杂分布的区域,暗示花粉的传播距离有限,而种子的远距离传播是造成其遗传结构形成的主要原因。拱北湾和日旭村2个杂交带的种间基因流的检测结果揭示了杂交带内亲本种中国沙棘与肋果沙棘之间的杂交事件可能频繁发生,这种频繁发生的杂交很可能与自然选择一起维持了该杂交带的相对稳定。
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