白栎的群体遗传结构和谱系地理学研究
白栎(QuercusfabriHance)为中国特有种，属于壳斗科(Fagaceae)栎属(QuercusL.)槲栎组(SectionQuercus)的落叶森林树种。作为槲栎组中最重要的树种之一，又是森林群落中乔木层的主要成分，其遗传多样性对于生态系统的稳定具有重要的意义。然而，目前白栎的研究主要集中在形态结构、食品加工等方面，使用分子遗传标记对白栎群体生物学相关研究仍未开展。本研究使用母系遗传的cpDNA标记和双亲遗传的ITS和SSR标记，探讨亚热带分布区内中国白栎的谱系地理结构和遗传多样性，并结合分布区模拟和BSPs分析，对白栎群体历史动态和末次盛冰期的避难所进行推测。主要的研究结果如下： （1）白栎的谱系地理学研究 本研究利用3个叶绿体DNA(chloroplastDNA)片段(编码区ycf1和非编码区psbA-trnH、rps15-ycf1)对白栎31个群体293个个体进行分析。共发现了21种叶绿体单倍型，总的单倍型多样性Hd=0.870，总核苷酸多样性π=1.60×10-3。白栎31个群体存在明显的谱系地理结构(NST>GST；P<0.05)，Mantel检验表明遗传距离与地理距离的相关性显著(r2=0.018；P=0.043<0.05)。AMOVA分析显示群体间遗传变异(85.51%)大于群体内(14.49%)。失配分析表明白栎近期经历了群体扩张，扩张时间约为14.62kyr。贝叶斯聚类树BEAST和单倍型NETWORK将白栎叶绿体单倍型分为三组，SMOVA结果则表明单倍型分组与地理分布并不对应。BEAST得到白栎与外类群麻栎分化时间约为12.33百万年前，其单倍型分组发生时间约为2.73百万年前，群体单倍型在中新世晚期和更新世早期呈现辐射状分化。 利用核糖体内转录间隔区(ITS)对白栎31个群体260个个体进行分析。共得到了33个核糖体单倍型，所有群体的单倍型多样性Hd=0.829，核苷酸多样性π=4.26×10-3。ITS数据显示白栎群体无显著的谱系结构存在(NST>GST；P>0.05)，Mantel检验表明遗传距离与地理距离的无显著相关性(P>0.05)。AMOVA分析显示群体间的遗传变异(8.79%)小于群体内(91.21%)。基于ITS数据的失配分析呈单峰分布，且群体近期扩张的时间大约为13.22kyr。联合叶绿体和ITS数据得到的BSPs曲线表明约21kyr白栎有效群体大小发生了扩张。此外，两者单倍型地理分布模式以及各群体的遗传多样性暗示了云贵高原、雪峰山、武夷山和天目山地区为第四纪潜在的冰期避难所。 （2）微卫星位点的联合分析 利用17对微卫星位点引物对白栎29个群体490个个体进行分析，结果表明白栎具有较低的遗传多样性水平(Na=5.41,Ne=3.345,I=1.151,Ho=0.371,He=0.542,PPL=0.941%)。遗传多样性与群体所在经纬度的线性回归和Pearson‘s相关性分析表明观测杂合度与纬度之间表现出显著的负相关性(r=-0.375；P=0.045)。STRUCTURE结果将白栎群体分为中东部和西部两大分支，这与PCoA分组结果一致；Mantel检验表明遗传距离与地理距离的相关性显著(P<0.05；r2=0.111)。AMOVA结果表明群体间的遗传变异(16.30%)要显著小于群体内(83.70%)；根据STRUCTURE的结果将白栎分成两大谱系分支，群体内的遗传变异(78.73%)仍要高于分组间。F统计结果表明群体间遗传分化值FST=0.128，基因流Nm=2.354。分别对中东部和西部这两大分支进行的STRUCTURE聚类分析，结果西部又可分为三支，中东部则出现严重的马赛克现象；BARRIER分析说明了群体之间具有较强的地理隔离障碍。BOTTLENECK揭示了白栎有群体经历了瓶颈效应。通过IDW分析，我们发现云贵高原、武夷山、天目山、雪峰山的群体观测杂合度较高，推测可能为白栎冰期避难所，与叶绿体标记研究结果一致。 （3）生态位模拟、群体历史动态和冰期避难所 基于叶绿体和ITS数据得到的BSPs曲线表明约在100kyr-21kyr，白栎有效群体开始减少，且在21kyr达到最小，之后有效群体又发生了迅速扩张，这与生态位模拟中的末次盛冰期(21kyr)白栎适生分布区面积发生了大范围的收缩，冰后期白栎分布区大范围扩张这一结果高度一致。 综合叶绿体、ITS与微卫星数据均表明白栎在更新世时期存在多个冰期避难所，生态位模拟也暗示四川盆地、武夷山、雪峰山、云贵高原和天目山可能为白栎冰期避难所。冰后期白栎群体向四周发生扩散，可能导致各避难所群体之间发生二次接触，最终形成当前白栎的分布格局。
白栎;遗传结构;谱系地理;群体历史动态;冰期避难所
西北大学
硕士
植物学
赵桂仿
2018
中文
S792.18
2019-01-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）