【摘 要】
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景宁木兰(Magnolia sinostellata)是我国亚热带地区特有的木兰科木兰属植物,具有极高的科研意义与观赏价值。然而,景宁木兰分布狭窄、自然种群少、自身结实率低,加上人为活动导致的生境破碎和滥采盗挖等原因,现已被IUCN列为“濒危”物种。为了探讨景宁木兰的种质遗传状况和濒危机制,本文采用RAD-seq技术对景宁木兰群体进行SNP开发,并利用筛选出来的SNP位点对现有的6个野生居群进行群
【基金项目】
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国家林业公益性行业科研专项经费项目(项目编号:201504322); 国际植物园保护联盟(BGCI)专项(项目编号:1098834);
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景宁木兰(Magnolia sinostellata)是我国亚热带地区特有的木兰科木兰属植物,具有极高的科研意义与观赏价值。然而,景宁木兰分布狭窄、自然种群少、自身结实率低,加上人为活动导致的生境破碎和滥采盗挖等原因,现已被IUCN列为“濒危”物种。为了探讨景宁木兰的种质遗传状况和濒危机制,本文采用RAD-seq技术对景宁木兰群体进行SNP开发,并利用筛选出来的SNP位点对现有的6个野生居群进行群体遗传学研究,探讨其群体遗传多样性、遗传结构和群体分化,为景宁木兰种质资源保护以及合理利用提供重要的参考依据。同时,本研究采用高通量测序技术对景宁木兰叶绿体全基因组进行了研究,构建了木兰科系统发育树,开发了34对叶绿体SSR引物,为以后的研究提供了理论基础。主要结果如下:1、对景宁木兰6个居群47个个体进行RAD测序分析,共获得394.5 Gb高质量数据(Clean data),平均每个样品8.4 Gb,测序深度达3×以上,经生物信息学分析后,获得49,066,178个RAD-Tag,最终鉴定出267,168个具有代表性的SNP位点用于后续的群体遗传学分析。2、利用开发的代表性SNP位点对景宁木兰6个居群进行遗传多样性分析,结果表明景宁木兰物种水平(He=0.27312,Pi=0.32323)和居群水平上的遗传多样性(He,0.07391-0.1585;Pi,0.09986-0.19583)均较低,其可能是由以下三方面原因造成的:(1)景宁木兰自身的繁殖障碍,如自交结实率低、配子体减数分裂期间染色体结构异常等;(2)生境破碎化以及人为盗挖等原因导致种群内个体数量减少,采样不充分;(3)景宁木兰自然条件下种子萌发率低、以特殊的萌枝方式增殖等。3、基于STRUCTURE分析、PCA分析和遗传进化树分析表明,景宁木兰6个居群可分为4个遗传群组。最大似然法显示6个居群的界限清晰,NTS和QJD的亲缘关系最近。4、Fst值分析表明,景宁木兰居群间遗传分化处于中等水平(Fst:0.05962-0.44565),BGJ居群与其他居群之间具有显著分化(Fst>0.3)。AMOVA分析显示景宁木兰居群间遗传变异占19.28%(P<0.001),大部分的遗传变异发生在居群内(80.72%);按照STRUCTURE划分的遗传群组进行AMOVA分析显示:群组间的遗传变异为17.1%,群组内居群间的遗传变异仅占4.13%,而大部分的遗传变异(78.77%)发生在群组内居群内。表明景宁木兰居群间已出现一定的分化,但居群内的变异对整体变异的贡献相对更大。5、景宁木兰叶绿体全基因组总长160,076 bp,呈现典型的四分体结构,由一个大单拷贝区(LSC)、一个小单拷贝区(SSC)和一对反向重复区(IRs)构成,共编码了113种不同的基因,其中蛋白编码基因(PCGs)79个,转运RNA(t RNA)基因30个和4个核糖体RNA(r RNA)基因。通过与近缘种类群的叶绿体重复序列比较分析,最终开发了34对叶绿体SSR引物。基于叶绿体基因组全序列和蛋白编码序列构建的进化树显示,鹅掌楸属的系统位置清晰,而木兰属内部关系还不十分明确,尤其是木兰亚属和雌柄亚属的关系尚未确定。
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