沙地云杉及近缘种种间谱系地理学研究

作     者：乌云塔娜 

作者单位：内蒙古农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：白玉娥

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 0829[工学-林业工程] 

主      题：沙地云杉 近缘种 谱系地理学 遗传多样性 遗传分化与结构 单倍型 

摘      要：沙地云杉（Picea mongolica）是我国特有树种,仅分布于浑善达克沙地东部边缘。该树种的地理空间分布较特殊,具有耐旱、耐寒、耐贫瘠及根幅大等特性。沙地云杉形态特征和核型特征与近缘种的红皮云杉和白扦极为相似,导致该物种在分类界尚存较大争议。本研究以沙地云杉、红皮云杉和白扦为研究对象,利用4个叶绿体基因片段（matk、trnL-trnF、trnS-trnG、ndhK-C）和3个单拷贝核基因片段（sb62、se1390、xy1420）进行谱系地理学研究,从3种云杉的遗传多样性、遗传分化与结构、单倍型及历史动态等方面系统分析,探讨沙地云杉系统进化历史及分类地位,为沙地云杉的分类鉴定及育种工程提供理论依据。主要研究结果如下:（1）基于cpDNA分子标记和nrDNA分子标记的遗传多样性分析,发现在叶绿体基因水平上,沙地云杉（Hs=0.71、HT=0.75）群体内遗传多样性（Hs）和总的遗传多样性（HT）比白扦（Hs=0.59、HT=0.67）和红皮云杉（Hs=0.19、HT0.19）高;在核基因水平上,白扦（Hs=0.80、HT=0.84）群体内遗传多样性（Hs）和总的遗传多样性（HT）比沙地云杉（Hs=0.69、HT0.74）和红皮云杉（Hs=0.62、HT=0.73）高。（2）基于4个叶绿体基因片段和3个单拷贝核基因片段的遗传分化及基因流分析,发现沙地云杉、红皮云杉和白扦在叶绿体基因水平上种间遗传分化程度适中（FsT=0.13）,基因流为1.65,核基因水平上3种云杉种间遗传分化水平较高（FsT=0.17）,基因流为1.21,其中,在叶绿体基因和核基因水平上沙地云杉与白（?）之间的遗传分化水平适中（FsT=0.07、FsT=0.13）,基因流大于1（1.67、3.16）。Amow（?）分析表明,叶绿体基因水平上遗传变异主要来自种内（90.83%）,而种间遗传变异仅占9.17%;核基因水平上种间无变异。（3）沙地云杉、红皮云杉和白扦在叶绿体基因和核基因水平上分别都具有各自独立单倍型,3种云杉的单倍型未能各自划分为一支,说明3个种间基因交流较频繁。（4）3种云杉在叶绿体基因水平上的总的遗传分化系数NST小于群体间遗传分化系数GsT,说明沙地云杉、红皮云杉和白扦不存在明显的谱系地理结构;在核基因水平上的总的遗传分化系数NsT大于群体间遗传分化系数GST,说明3种云杉种间存在明显的谱系地理结构。（5）基于4个叶绿体基因片段的Structure分析,发现类群数K=3时能将红皮云杉划分开,基于3个单拷贝核基因片段的Structure分析、以及4个叶绿体基因片段、3个单拷贝核基因片段、联合7个基因片段的NJ邻接关系树均未能将3种云杉清晰的划分,说明3个种间存在基因渐渗。（6）沙地云杉、红皮云杉和白扦的中性检验和错配分布分析结果表明,叶绿体基因和核基因水平上3种云杉的Tajimia’s D值、Fu and Li’s D*和Fu and Li’s F*值均为负值,表明3种云杉在历史上发生过群体扩张事件,但是沙地云杉在叶绿体基因水平上错配分布图表现为单峰,核基因水平上表现为双峰,说明沙地云杉近期没发生过群体扩张。综上所述,3种云杉种间遗传分化适中,基因交流频繁,认为沙地云杉、红皮云杉和白扦间存在基因渐渗,3个种间亲缘关系较近,其中沙地云杉与白扦的亲缘关系更近。