金钱槭属植物居群遗传结构及谱系地理研究（续）

论文摘要

金钱槭属（Dipteronia Oliv.）隶属于槭树科（Aceraceae）,是北温带植物区系中古老、残遗的木本属之一,为中国特有属。属下仅包括金钱槭（D.sinensisOliv.）和云南金钱槭（D.dyerana Henry）两个种。该属植物的现代分布区和化石分布区存在显著的差异,其化石存在于东亚及北美的第三纪,而现今仅残存分布于中国的秦岭山脉及其以南的横断山脉和云贵高原等地,居群小而分散,数量极其有限,因此被列为我国珍稀濒危保护植物。本研究利用AFLP分子标记、叶绿体微卫星（cpSSR）标记以及叶绿体基因非编码区（trnL-trnF,trnD-trnT,rps12-rpL20,rps16 intron）序列研究了金钱槭属内金钱槭17个群体和云南金钱槭4个居群的遗传多样性水平和居群遗传结构、及其与地理格局之间的关系,并提出相应的保护策略;检测物种及种内群体水平的叶绿体DNA单倍型类型和多样性,分析了金钱槭属叶绿体DNA单倍型的地理分布,推测该属植物可能的冰期避难所。探讨了该属植物种群进化历史及属内两物种的遗传分化。主要的研究结果如下:1、遗传多样性分析表明:金钱槭属内金钱槭（AFLP:H=0.3319,Hsh=0.4880;cpSSR:HT=0.9676）和云南金钱槭（AFLP:H=0.3047,Hsh=0.4450;cpSSR:HT=0.9144）皆具有较高的遗传多样性水平,而且金钱槭的遗传多样性高于云南金钱槭。2、居群遗传结构分析表明:金钱槭属内金钱槭和云南金钱槭种间产生了较大的分化(AFLP:FST=0.3904,p＜0.001;cpSSR:FST=0.4424,p＜0.001);种内群体间的遗传分化程度也较大(AFLP:金钱槭:GST=0.3678;云南金钱槭:GST=0.3266)(cpSSR:金钱槭:GST=0.8120;云南金钱槭:GST=0.7067),群体间的基因流匮乏。相关性检验表明:种间、群体间的地理隔离是造成其遗传分化程度较大的主要原因。3、基于前人研究基础之上的分子系统发育分析发现:金钱槭属内的两物种金钱槭与云南金钱槭并不总是聚成一个单系群,云南金钱槭常被置于槭属内,表明两物种种间已经产生了剧烈的分化;与金钱槭相比,云南金钱槭是更加进化的物种。4、基因组的AFLP标记和叶绿体SSR标记结果比较表明:金钱槭属内叶绿体基因组是通过母系遗传的;本研究两物种的花粉流与种子流的基因流比值为:金钱槭:5.4;云南金钱槭:3.0,表明:在金钱槭和云南金钱槭种内有限的基因流水平中,花粉传播为主要的基因交流方式。5、叶绿体DNA单倍型分析表明金钱槭属内金钱槭和云南金钱槭种间无共享单倍型,叶绿体SSR标记和基因序列分析表明:金钱槭属植物存在多个分散的冰期避难所,其中云南金钱槭主要避难于其现今分布的云南省东南部地区,而金钱槭由于其分布区比较广泛,主要的避难所有秦岭山脉、大巴山山脉、伏牛山山脉、武陵山脉、神农架山脉等。6、种群历史动态分析（Tajima’s D=-1.045,P＞0.01,Fu and Li’s D*=-1.175,P＞0.01,Fu and Li’s F*=-1.316,P＞0.01）和叶绿体单倍型网状关系图（未呈星状）皆表明该属植物进化历史上未曾发生明显的扩张,推测其现今的地理分布很可能是最后一次冰期退却时分布的保存。7、生境的破坏是导致金钱槭属植物濒危的主要原因。cpSSR分析揭示了每个居群都有其特有单倍型,而且发现该属植物进化历史上未曾发生明显的种群扩张。因此,建议采取以下保护策略:①尽可能的对所有的金钱槭属植物的每个居群的具体生境加以保护;②对遗传多样性较高的群体进行保护以维持其较高的遗传变异水平;③对遗传多样性较低的居群应考虑从其他自然群体移栽金钱槭个体以增加群体的遗传变异;④在对金钱槭和云南金钱槭居群进行就地保护的同时开展迁地保护也是必要的;⑤在迁地保护取样时尽可能从更多的自然群体中取样,通过加大居群间种子和幼苗的交换,人为制造大居群、大空间,创造基因交流和重组的条件,以保存物种尽可能多的遗传变异。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 前言
• 1 金钱槭属植物生物学特性及研究背景
• 1.1 金钱槭属植物生物学特性
• 1.2 金钱槭属植物研究背景
• 2 金钱槭属植物研究中存在的问题
• 3 本研究中所用的分子标记
• 3.1 AFLP（Amplified fragrnent length polymorphism扩增片段长度多态性）标记技术
• 3.1.1 AFLP技术原理
• 3.1.2 AFLP技术在植物遗传多样性中的应用
• 3.2 cpSSR（chloroplast simple sequence repeat，叶绿体微卫星）标记技术
• 3.2.1 叶绿体微卫星标记（cpSSR）
• 3.2.2 叶绿体微卫星（cpSSR）标记在植物种群遗传学及谱系地理研究中的应用
• 3.3 cpDNA（叶绿体DNA）及其在植物谱系地理研究中的应用
• 3.4 DNA序列分析
• 4 本研究的目的及意义
• 第二章 金钱槭属遗传多样性和居群遗传结构的AFLP分析
• 1 前言
• 2 材料和方法
• 2.1 植物材料
• 2.2 基因组 DNA的提取
• 2.2.1 DNA的提取与纯化
• 2.2.2 DNA纯度和浓度检测
• 2.2.2.1 凝胶电泳检测
• 2.2.2.2 紫外吸收法检测
• 2.3 AFLP分析
• 2.3.1 酶切与连接
• 2.3.2 预扩增反应
• 2.3.3 选择性扩增
• 2.3.4 数据处理
• 3 结果分析
• 3.1 AFLP实验体系的建立和优化
• 3.1.1 DNA模板的制备
• 3.1.2 PCR扩增
• 3.2 遗传多样性
• 3.3 地理分化
• 3.3.1 遗传结构
• 3.3.2 遗传距离和聚类分析
• 3.3.3 地理距离与遗传距离相关性分析
• 4 讨论
• 4.1 AFLP实验体系的建立与优化
• 4.1.1 模板 DNA的制备
• 4.1.2 AFLP-PCR扩增反应
• 4.1.2.1 预扩增反应
• 4.1.2.2 选择性扩增
• 4.1.2.3 电泳检测
• 4.2 金钱槭属植物的遗传多样性
• 4.3 金钱槭属植物的遗传分化
• 4.4 珍稀濒危物种的保护
• 4.5 金钱槭属植物的保护策略
• 第三章 金钱槭属居群遗传结构和谱系地理的cpSSR分析
• 1 前言
• 2 材料与方法
• 2.1 植物材料
• 2.2 植物基因组总DNA的提取
• 2.3 叶绿体微卫星（cpSSR）引物的筛选
• 2.4 PCR扩增
• 2.5 PCR扩增产物的银染检测
• 2.5.1 扩增产物的变性处理
• 2.5.2 聚丙烯酰胺凝胶原理
• 2.5.3 聚丙烯酰胺凝胶准备
• 2.5.4 电泳及银染检测
• 2.6 数据处理
• 3 结果分析
• 3.1 cpSSR单倍型及遗传变异
• 3.2 居群遗传结构
• 4 讨论
• 4.1 cpSSR多态性及遗传变异
• 4.2 遗传分化与居群遗传结构
• 第四章 叶绿体基因序列在金钱槭属中的应用及其谱系地理分析
• 1 前言
• 2 材料与方法
• 2.1 植物材料
• 2.2 基因组 DNA的提取
• 2.3 DNA纯度和浓度检测
• 2.3.1 凝胶电泳检测
• 2.3.2 紫外吸收法检测
• 2.4 PCR扩增及产物的纯化
• 2.4.1 引物筛选
• 2.4.2 PCR扩增产物检测
• 2.4.3 PCR扩增产物纯化
• 2.5 数据处理与分析
• 3 结果分析
• 3.1 金钱槭属内叶绿体基因序列变异
• 3.2 金钱槭属分子系统树的构建以及单倍型Network分析
• 3.3 金钱槭属种群历史动态分析
• 4 讨论
• 4.1 叶绿体基因序列在金钱槭属中的变异
• 4.2 叶绿体 DNA单倍型的地理分布及冰期避难所
• 4.3 金钱槭属种群进化历史
• 第五章 云南金钱槭的系统地位分析
• 1 前言
• 2 材料与方法
• 2.1 物种的选择以及基因序列的获得
• 2.2 系统发育分析
• 3 结果
• 3.1 单基因序列分析
• 3.2 多基因序列综合分析
• 4 讨论
• 结论与展望
• 主要研究结果
• 进一步的研究方向
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历