太行菊属植物景观遗传学研究

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太行菊属(Opistopopappus Shih)为菊科植物多年生草本,仅分布在太行山,具有重要的经济价值、观赏价值和药用价值。其属内有长裂太行菊(Opisthopappus longilobus Shih)和太行菊(Opishopappus taihangensis(Ling)Shih)两个种。太行山独特的地形地貌及复杂的气候条件对其产生了明显的影响,但其影响如何尚未明确。本文利用景观遗传学方法,分析太行山景观特征对太行菊属遗传和分布模式的影响。基于转录组数据,在长裂太行菊中发现9896个潜在具有微卫星基序的位点,其中单核苷酸重复最多(43.67%,4322);其次是三核苷酸重复(37.31%,3693),最丰富的重复基序为ACC/GGT。在太行菊中发现8194个SSR位点,单核苷酸重复3304个(40.32%);三核苷酸重复3269个(39.90%),最丰富的基序为ACC/GGT。根据检测到的EST-SSR位点,设计18532个引物对,随机合成160对,筛选20对能扩增出明亮,清晰且单一的目的条带的引物应用到后期的遗传分析。20对引物对27个太行菊属种群进行遗传多样性和种群分化分析,发现:(1)长裂太行菊(Na=1.234,Ne=1.323,I=0.276,H=0.201,Hd=0.98667,π=0.013181)和太行菊(Na=1.228,Ne=1.239,I=0.198,H=0.129,Hd=0.99167,π=0.012605)种群遗传多样性较低,而单倍型多样性较高;(2)PCo A、NJ、STRUCTURE、DAPC和SAMOVA分析均将27个种群分为两组:一组是长裂太行菊,另一组是太行菊。AMOVA和分层AMOVA分析结果显示:种群间(58%)变异大于种群内(42%)变异,组间变异(49%)大于种间(19%)和种内(32%)变异。与遗传分化系数FST=0.593相一致。在太行菊属种群中共检测到132个单倍型,长裂太行菊种群有73个,太行菊种群有59个,且都为私有单倍型。低的基因交流(Nm=0.0054/0.0043)存在于种群间及不同物种间。空间自相关分析中,当种群相距18~50 km时,存在一定的空间遗传格局。长裂太行菊与太行菊之间有明显的遗传屏障。Mantel检测(IBD:r=0.5134,P=0.001;IBE:r=0.3270,P=0.001)和MMRR分析(r2Geo=0.10695,β=0.0013,P=0.001;r2Env=0.26339,β=0.0016,P=0.001)都表明地理隔离和气候条件与太行菊属种群的遗传变异和多样性显著相关。偏Mantel检测(rGeo=0.4218,P=0.001;rEnv=0.0581,P=0.202)与MMRR分析(βGeo=0.00152,P=0.001;βEnv=0.00024,P=0.405)显示,当地理距离一定时,环境距离和遗传距离相关但不显著。冗余分析表明,地理变量可解释较多的变异,分布在北段的种群跟温度变量相关性大,中段和南段的种群与降水变量相关性大,因而地理和气候条件都影响着太行菊属的遗传变异模式。综上,太行菊属种群的遗传分化受太行山景观特征影响,由于地理隔离和气候差异,减少了种群间的连通性,促进了种群分化,使得种群对局部气候产生了适应性。
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