山樱花和雪落樱的物种分化

来源 :南京林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:luzhiqing
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山樱花(Cerasus serrulata(Lindley)London和雪落樱(Cerasus xueluoensis C.H.Nan&X.R.Wang)为蔷薇科(Rosaceae)樱属(Cerasus Mill.)的重要种质资源。山樱花和雪落樱拥有相似的性状和相近的地理分布区域,但生境海拔和关键性状存在差异,两者的亲缘关系和界定充满争议。论文以山樱花和雪落樱的野生种群做为研究对象,结合18对SSR分子标记和叶绿体序列片段变异(mat K、trn D-E与trn S-G)对山樱花与雪落樱之间的关系做出界定,并探讨山樱花与雪落樱的遗传变异与演化关系的时空格局。本研究对5个山樱花群体110份样本和8个雪落樱群体231份样本进行了分析,取得主要结果如下:(1)SSR遗传多样性与结构雪落樱种群遗传多样性水平(N=13.625,Na=6.264,H=0.614,I=1.342,Ho=0.495)较山樱花种群遗传多样性(N=12.400,Na=5.144,H=0.578,I=1.129,Ho=0.493)更高,其中大围山(DWSx)和恩施(ESx)的雪落樱群体遗传多样性最高。山樱花和雪落樱群体间的基因流Nm绝大多数都大于1,但山樱花和雪落樱群体之间的基因流Nm略小于山樱花和雪落樱种内的基因流Nm,两者之间存在广泛的基因交流,没有产生生殖隔离。AMOVA分子遗传方差分析中,山樱花、雪落樱、整体群体间变异分别占总变异的11%,13%,14%;群体内变异分别占总变异的89%,87%,86%,三种情况下百分比十分接近。Structure的结果显示本次采集样品的13个群体可以认为来自于4个基因库:A组成分以山樱花群体为主;B组绝大多数是雪落樱群体,主要集中在华东的江西和浙江地区;C组和D组成分中,山樱花和雪落樱混杂在一起,不能完全区分开来,C组集中在江西南部的明月山和湖南湖北地区的雪落樱群体;D组中含有大量的山樱花遗传基因,在各群体内所占比重差异较大。山樱花和雪落樱的SSR遗传多样性在樱属中属较高水平,13个群体来自4个基因库且变异主要来自群体内,可以推测地理隔离有利于形成物种达到较高的遗传多样性水平。(2)cpDNA遗传多样性与结构山樱花种水平叶绿体遗传多样性Hd=0.553,核苷酸多样性为Pi=0.00136,雪落樱种水平叶绿体遗传多样性Hd=0.496,核苷酸多样性为Pi=0.00180,山樱花种水平叶绿体遗传多样性高而核苷酸多样性低,这与山樱花广泛的地理分布有一定的关系,雪落樱的核苷酸多样性高可能是复杂的高山环境加快了核苷酸的变异速率。在叶绿体基因中共有19种单倍型,其中单倍型是山樱花的特有单倍型有Hap8、10、11、15、17、18、19,Hap3、7、13、14、16是雪落樱的5个特有单倍型,两物种间有共享单倍型有7个Hap1、2、4、5、6、9、12,两物种的单倍型区分明显;AMOVA分析结果——所有群体间的变异67.35%,山樱花各群体间的变异78.93%,雪落樱各群体间的变异70.14%都远大于种内变异水平。山樱花和雪落樱的cpDNA遗传多样性在樱属中属较高水平,这种变异主要(≥65%)来自于群体间的差异,在山樱花种内这种差异主要是由山樱花广泛分布引起,在雪落樱种内这种差异主要是冷凉湿润的高山环境造成的。(3)遗传分化与物种界定基于cpDNA建立的UPGMA聚类与MP及ML三种系统发育树结果相似:雪落樱的特有单倍型单独聚为进化树末端的一支,支持率较高,共有单倍型和山樱花特有单倍型多处于系统发育树基部,可以认为两个物种已经分化。TCS单倍型网络图也得到了类似结果,位于网络图中心和关键节点的单倍型都是山樱花特有单倍型和共有单倍型,雪落樱特有单倍型则全部分布在网络图边缘,也与系统发育树结果互相映证。山樱花(Nst=0.254,Gst=0.103,Nst/Gst=2.466,P<0.05)和雪落樱(Nst=0.366,Gst=0.268,Nst/Gst=1.366,P<0.05)均存在谱系地理结构,但是将山樱花和雪落樱视为一个整体后反而不具有明显的谱系地理结构(Nst=0.317,Gst=0.400,Nst/Gst=0.793,P<0.05),也支持这两个独立种的分类观点。遗传分化系数FST结果显示山樱花和雪落樱物种之间的遗传分化系数FST(显著分化)为0.037~0.293(DWSx-Lu Ss~MYSx U-MYSs群体),略大于山樱花不同群体间0.064~0.241(QLFx D-QLFx U~MYSs-FHSs群体)和雪落樱不同群体间0.057~0.238(QLFs-Lu Ss~LSx D-MYSx U群体)的遗传分化系数FST(不显著~中等水平的分化),结果与基因流Nm结果可以互相映证。构建的蔷薇科分化时间树推演Rosaea+Rubeae、Rosaea-Rubeae+Maleae、Cerasus以及C.serrulata的分歧时间分别为53.61mya、59.31mya、17.88mya、9.33mya,虽有一些误差但都在合理的范围内波动,在已知西南地区最有可能是樱属的发源地及山樱花的避难所的情况下,可以推测,山樱花的分布中心在冰期到来前就已经形成,在从西南地区向外扩殖的过程中,在抵达湖南湖北地区时产生两个不同的方向,一个向东北及北方,另一个向东南地区,东南地区也很有可能是山樱花的另一个避难所,也符合推测的分化时间。在中性检测和错配分析认为山樱花历史上出现过群体扩张或瓶颈事件,而雪落樱没有发生的前提下,支持山樱花和雪落樱是两个独立种的分类处理观点,认为山樱花和雪落樱的共祖时间是3.22mya(PP=1;95%HPD:3.07~3.46mya),由于山上与山下生境的差异,山樱花群体在往冷凉湿润的高山环境扩张中产生分化并逐渐形成雪落樱。物种形成的模式是邻域性物种形成,山樱花和雪落樱之间不存在生殖隔离,有充分的基因交流。
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