【摘 要】
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种群空间遗传结构和遗传多样性与环境变化(气候变化、生境破碎化等)休戚相关。目前,国内外关于种群空间遗传结构的研究主要集中宏观地理尺度上(包括交配系统、基因流等对种群小尺度空间遗传结构及遗传多样性的影响)。然而,微环境对空间遗传结构的影响(即自然种群内的微生境影响)往往被忽视。对热点地区特有植物的小尺度空间遗传结构、遗传多样性及种群历史的研究不仅有助于我们了解该地区植物的适应性及遗传多样性的形成和维
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种群空间遗传结构和遗传多样性与环境变化(气候变化、生境破碎化等)休戚相关。目前,国内外关于种群空间遗传结构的研究主要集中宏观地理尺度上(包括交配系统、基因流等对种群小尺度空间遗传结构及遗传多样性的影响)。然而,微环境对空间遗传结构的影响(即自然种群内的微生境影响)往往被忽视。对热点地区特有植物的小尺度空间遗传结构、遗传多样性及种群历史的研究不仅有助于我们了解该地区植物的适应性及遗传多样性的形成和维持机制,而且对于该地区生物多样性的保护也具有指导意义。本研究运用基因分型测序(Genotyping-by-Sequencing,GBS)技术,以分布于横断山区特有物种无柄象牙参(Roscoea schneideriana)(自交)和早花象牙参(R.cautleoides)(异交)为研究对象,探究自交的无柄象牙参和异交的早花象牙参在小尺度范围内是否存在显著的小尺度空间遗传结构。本实验结果如下:(1)数据过滤后,无柄象牙参保留了12319个SNPs(Single nucleotide polymorphism)位点(包括11839个中性遗传SNPs和480个非中性遗传变异SNPs),早花象牙参保留了8570个SNPs位点(包括8198个中性遗传SNPs和372个非中性遗传变异SNPs),以此进行遗传多样性和遗传结构分析。结果发现:从种间水平上看,自交的无柄象牙参有效等位基因数(Ne,Effective number of alleles)和期望杂合度(He,Expected heterozygosity)、个体间的遗传变异、遗传分化都比异交的早花象牙参遗传多样性高。非中性遗传变异SNPs位点下,无柄象牙参和早花象牙参的观测杂合度(Ho,Observed Heterozygosity)和He均比所有SNPs和中性SNPs呈现更高的遗传多样性。表明象牙参植物交配系统对遗传多样性具有重要的影响,同时微生境对遗传多样性的影响较大。同时发现早花象牙参和无柄象牙参都经历了一个短暂的瓶颈期(大约间隔2000年),然后开始缓慢扩张,但两个物种的瓶颈发生时间存在差异,分别发生在24-22kyrs和150-148kyrs。相对于早花象牙参种群持续的时间较长,当前的无柄象牙参种群是在短时间内建立。此外,当前早花象牙参的有效种群数量远远大于无柄象牙参。(2)通过对早花象牙参和无柄象牙参种群内个体之间空间自相关性及空间遗传结构强度的分析发现:早花象牙参种群未表现出显著的自相关关系(全部SNPs、中性SNPs、非中性遗传变异SNPs)(P>0.05);而无柄象牙参种群全部SNPs、中性SNPs,在0-30m范围内呈现显著相关性(P<0.05),但非中性遗传变异SNPs中,所有距离等级下均不存在显著的空间自相关关系(P>0.182);通过估测发现无柄象牙参的基因流距离远大于早花象牙参。早花象牙参三种类型SNPs均不具有显著的小尺度空间遗传结构(P>0.05);无柄象牙参在所有SNPs、中性SNPs在30 m范围存在显著的小尺度空间遗传结构(P<0.02,P<0.02),而非中性遗传变异SNPs却未发现显著的小尺度空间遗传结构;但早花象牙参(异交)小尺度空间遗传结构的强度显著强于无柄象牙参(自交)。这表明:种子扩散在不同繁殖特性象牙参的空间自相关和空间遗传结构的影响因素中扮演着关键作用,且微生境对空间遗传结构也具有重要的影响,同时该结果与自交植物空间遗传结构显著强于异交植物的结论相悖。(3)通过野外观察和荧光标记观测、追踪无柄象牙参和早花象牙参的种子被搬运的距离。结果发现:无柄象牙参的种子体积、重量显著大于早花象牙参(P<0.001,P<0.05);但通过野外直接观测和荧光标记追踪比较发现,无柄象牙参种子的扩散距离显著大于早花象牙参(182.11>106.94;134.0>97.21)。以上结果表明早花象牙参的小尺度空间遗传结构显著强于无柄象牙参,与两个物种的种子扩散距离、微生境密切相关。本研究对于理解横断山地区生物遗传多样性形成和维持及遗传种质的保护具有重要的理论意义。
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