唐古特虎耳草谱系地理学研究

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青藏高原的隆升以及第四纪冰期气候的循环波动,对于青藏高原及其周边地区动植物的分布和遗传结构具有很大的影响。谱系地理学(phylogeograp hy)不仅能够解释物种遗传多样性现有格局,同时结合群体遗传学和系统发生两个领域,分析物种的遗传结构与历史事件之间的关联,从而揭示物种及物种内不同种群形成现有分布格局的历史原因和演化过程。  唐古特虎耳草隶属于虎耳草科虎耳草属,是青藏高原特有的多年生草本植物。该物种主要分布在青藏高原东南部边缘地区,生于海拔2900-4600米的高山草甸、山坡石隙及灌丛。本研究以唐古特虎耳草为研究对象,利用叶绿体DNA(cpDNA)两个基因间隔区(trnL-trnF和rpl16)和核基因ITS的测序数据,对唐古特虎耳草整个分布区内的18个居群231个个体进行谱系地理学研究,揭示遗传变异在居群内和居群间的分布式样,并探讨该物种的冰期避难所及进化历史。主要结果如下:  1)唐古特虎耳草cpDNA trnL-trnF基因间隔区共扩增成功210个个体,对位排列后序列长度为857bp,包含22个变异位点,变异位点百分率为2.57%,18个居群的平均核苷酸多样性(π)为0.049168。rpl16基因间隔区共扩增成功216个个体,对位排列后序列长度为798bp,包括33个变异位点,变异位点百分率为4.14%,平均核苷酸多样性(π)为0.01041。唐古特虎耳草两个片段(trnL-trnF和rpl16)的变异位点百分率和平均核苷酸多样性差距不显著,说明两者的进化速率差距不明显,二者联合能够很好的重建单倍型之间的系统发育关系。  2)对唐古特虎耳草cpDNA trnL-trnF、rpl16基因间隔区及两套序列联合分析分别检测到52、42及74个单倍型。只有少数古老的单倍型(如trnL-trnF序列检测到的单倍型T5、T6;rpl16序列检测到的单倍型R1、R2、R5、R7以及联合序列检测到的单倍型H5)广泛分布于所有居群中,其余单倍型为居群所特有单倍型,这些居群特有单倍型在整个分布范围内呈随机分布状态。居群普遍具有较高的单倍型多样性(h)和核苷酸多样性(π),综合这些特征,推测唐古特虎耳草在第四纪在其分布范围内具有多个微型避难所。  3)居群遗传结构分析发现,cpDNA trnL-trnF、rpl16片段单独和联合分析均显示总的遗传多样性和居群内的平均遗传多样性都很高(联合片段:HT=0.933,Hs=0.843);整个分布区居群间遗传分化程度很低(GST=0.097,NST=0.109),并且没有谱系地理学结构(NST>GST,P>0.05);分子变异分析(AMOVA)也表明,大部分遗传变异(91.85%)存在于居群内部,居群间分化水平较低(FST=0.0815)。  4)对ITS片段的单倍型(基因型)进行统计和遗传结构分析,发现结果与cpDNA研究结果类似,具有大量的居群特有单倍型(基因型)和较高的总的遗传多样性和居群内的平均遗传多样性,唯一不同之处在于少数几个居群之间完全不共享基因型;另外,对ITS片段单倍型和基因型的AMOVA分析发现,其单倍型显示遗传变异的主要来源是居群内部(78.15%),这与cpDNA的结果一致,而基因型则表明遗传变异主要来源于居群间(83.33%),猜测这可能是由于雌雄异株的唐古特虎耳草居群内部个体之间存在花粉流的缘故。  5)cpDNA以及ITS的单倍型NETWORK图显示,大量的特有单倍型存在于网状图的边缘,表明唐古特虎耳草可能经历过近期快速分化。结合单倍型多样性(h)和核苷酸多样性(π)分布格局、歧点分布分析、中性检验,推测唐古特虎耳草居群可能经历了如下的进化历史:第四纪冰期之前,唐古特虎耳草居群的分布范围可能是连续的,基因流频繁,某些古老的单倍型在居群间广泛分布;随着第四纪冰期气候的反复波动,原来连续的居群片段化,在此过程中由于瓶颈效应的作用,从而使得居群随机固定一些单倍型(比如H5)并在分布区域内的多个相互隔离的微型避难所单独保存下来。相互隔离的居群由于缺乏基因流而单独进化,产生大量特有的、遗传分歧很小的单倍型。
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