贵州金花茶的保护遗传学研究

来源 :广西师范大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:pandanemo
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贵州金花茶(Camellia huana T.L.Ming et W.J.Zhang)属于山茶科(Theaceae)山茶属(Camellia),是一种开黄色花朵的小灌木,是金花茶类物种之一。贵州金花茶的分布十分狭窄,仅分布在广西北部天峨县和贵州南部罗甸县、册亨县和兴仁县的石灰岩山的常绿阔叶林内。贵州金花茶的分布地距离金花茶组植物的其他物种较远,呈间断分布,而且它是金花茶组植物的最北缘种,因此贵州金花茶对于金花茶植物向北引种具有重要意义。由于其观赏和药用价值,野生贵州金花茶被附近的居民大量盗挖,甚至有的自然居群已经灭绝。贵州金花茶已经被《中国高等植物受威胁物种名录》列为濒危植物。本研究采集了贵州金花茶5个自然居群和7个移栽居群共358个个体,其中3个移栽居群采自贵州罗甸县,剩余的5个自然居群和4个移栽居群采自广西天峨县。基于一个叶绿体小单拷贝区(SSC)的片段(包括4个基因:ndhF,rpl32,trnL-UAG,CCSA)、一个单拷贝核基因PAL(phenylalanine ammonia-lyase,PAL)和12对高度多态性的微卫星引物对采集的样品进行分析,目的是了解贵州金花茶的遗传多样性水平和遗传结构,并在此基础上为贵州金花茶的保护提出有效的措施和策略。主要的研究结果如下:1)2018年-2019年,我们调查了贵州金花茶的整个分布区域,仅在广西天峨县发现5个自然居群,而在贵州没有发现自然居群。野外调查还发现,在原野生栖息地附近的许多居民家中种植有大量直接从野外移栽的植株。2)基于DNA数据的基础上,贵州金花茶具有低水平的遗传多样性。叶绿体DNA片段经扩增和测序后共获得120条序列,比对结果显示序列总长为5200 bp,包括9个多态信息位点,没有插入与缺失。总的核苷酸多态性(Pi)为0.00042,从0至0.00021;单倍型多态性(Hd)为0.759,从0至0.533。单拷贝核基因PAL经扩增和测序后获得240条序列,比对结果显示序列总长为660 bp,包括7个多态信息位点,没有插入与缺失。总的核苷酸多态性(Pi)为0.00131,在0.00067-0.00197之间;总的单倍型多样性(Hd)为0.631,在0.442-0.711之间。cpDNA片段共检测到8个叶绿体单倍型,单倍型C5是最丰富且分布范围最广泛的单倍型,分布在5个居群(MGS,ECC,LJPT,DLT和NRT)中。在叶绿体单倍型网络进化图中,单倍型C5和C8位于网络图的中心位置,其余单倍型分布在各节点处,这种分布模式说明单倍型C5和C8可能是这个分布区域中更古老的单倍型。单倍型C5和C8之间存在4步突变,此外,任意两个相邻的单倍型之间仅存在1-2步突变。单拷贝核基因PAL共检测到8个核基因单倍型,单倍型H1和H2几乎分布于所有居群中(除居群HLT和TBC之外)。在核基因单倍型网络进化图中,单倍型H1和H2分布在网络图的的中心位置且分布范围最广,我们推测单倍型H1和H2是这个分布区域的祖先单倍型,其余单倍型均分布于各节点,任意两个相邻的单倍型之间仅存在一步突变。基于微卫星数据,研究结果显示贵州金花茶具有低水平的遗传多样性。12个微卫星位点在贵州金花茶12个居群358个个体中共检测到99个等位基因,平均每个位点检测到8.25个等位基因。每个居群的平均等位基因数(Na)从2.833(居群XDZ和LBT)到5.417(居群MGS),所有居群的平均等位基因数(Na)的平均值为3.931。所有居群的有效等位基因数(Ne)从1.722(居群XDZ)到2.908(居群MGS),平均每个居群有效等位基因数(Ne)为2.272。平均每个居群的观测杂合度(HO)和期望杂合度(He)分别是0.457和0.466,观测杂合度(HO)在0.353-0.589之间,期望杂合度(He)在0.339-0.605之间。3)基于微卫星数据的遗传分化系数显示,贵州金花茶居群间的遗传分化程度很大。两两居群间的遗传分化系数从0.027到0.419,其中,20组居群间的遗传分化系数FST值小于0.15,17组居群间的遗传分化系数FST值在0.15-0.25之间,29组居群间遗传分化系数FST值大于0.25。基于cpDNA数据的基础上,遗传分化系数为0.9318,说明居群间存在很大程度的遗传分化。基于单拷贝核基因PAL的基础上,遗传分化系数为0.08531,说明居群间存在中等程度的遗传分化。AMOVA的结果显示,叶绿体DNA片段仅有6.82%的遗传变异存在居群内,而单拷贝核基因和SSR分别有91.47%和78.41%的遗传变异存在居群内。基于微卫星数据和DNA测序数据的基础上,Mantle test检测结果都显示贵州金花茶的遗传距离和地理距离之间没有显著的相关性。4)STRUCTURE结果显示,贵州金花茶12个居群可以分为两个遗传学组,且与地理位置相一致。居群XDZ,JSP,LBT聚为GroupⅠ,剩余居群(MGS,ECC,TBC,LJPT,WGT,NJT,DLT,NRT和HLT)聚为GroupⅡ。PCoA的结果也支持STRUCTURE的最佳分组结果。5)为了最大限度地保护贵州金花茶的遗传多样性,应该将迁地保护和就地保护措施相结合。根据STRUCTURE的最佳分组结果,建议将贵州金花茶的5个自然居群分为两个管理单元加强其就地保护。贵州金花茶居群间高水平的遗传分化,说明移栽居群分别来自附近的石灰岩山。因此在对移栽居群采取迁地保护措施时,应尽可能多地从各居群取样。
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