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转基因植物与近缘种之间基因流的研究进展

应用生态学报 2020年第9期31卷 3207-3215页

作者：王欣玉刘勇波中国环境科学研究院国家环境保护区域生态过程与功能评估重点实验室北京100012

随着转基因植物的大面积种植,转基因植物的生态风险受到广泛关注,其中主要的风险是转基因植物与近缘物种之间的基因流及其影响。本文综述了目前商业化种植的转基因作物油菜、棉花、玉米和大豆,以及未商业化种植的水稻、小麦的基因流研... 详细信息

随着转基因植物的大面积种植,转基因植物的生态风险受到广泛关注,其中主要的风险是转基因植物与近缘物种之间的基因流及其影响。本文综述了目前商业化种植的转基因作物油菜、棉花、玉米和大豆,以及未商业化种植的水稻、小麦的基因流研究进展;分析了不同转基因作物与其近缘种之间发生基因流的频率和最远发生距离;介绍了降低基因流发生的方法。基因流频率受物种亲缘关系、花期重叠时间、风速风向等因素的影响,最远发生距离受气候条件、传粉媒介、地理条件等因素的影响。转基因作物与其近缘种之间的基因流频率与距花粉源的距离呈负相关关系(y=-0.59x-0.46,R^2=0.25,P基因流频率高。为了降低转基因植物与其近缘物种之间的基因流风险,建议采取"分区管理"的策略,并加强基因流发生之后的生态风险评价研究。

关键词：转基因植物基因流野生近缘种生态风险

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长白山北部西伯利亚狍局域种群间的基因流

野生动物学报 2020年第3期41卷 551-559页

作者：田玉苗盛清宇袁立成姜广顺国家林业和草原局猫科动物研究中心东北林业大学野生动物与自然保护地学院哈尔滨150040

基因流是指基因从某一群体迁移至另外一个群体的所有基因迁移方式的统称。为探索长白山北部西伯利亚狍(Capreolus pygargus)局域种群间的基因流,本研究通过收集长白山北部5个西伯利亚狍局域种群279份粪便样本,使用9个微卫星位点,鉴定出... 详细信息

基因流是指基因从某一群体迁移至另外一个群体的所有基因迁移方式的统称。为探索长白山北部西伯利亚狍(Capreolus pygargus)局域种群间的基因流,本研究通过收集长白山北部5个西伯利亚狍局域种群279份粪便样本,使用9个微卫星位点,鉴定出215个个体,用以评估种群间遗传多样性,同时运用贝叶斯方法探讨了群体间基因流动情况。研究结果表明,5个西伯利亚狍种群遗传多样性水平(He=0.714—0.732)高于亚洲大部分西伯利亚狍种群(He=0.522—0.628)。同时5个西伯利亚狍地理种群间遗传分化程度低(FST=-0.0011—0.0180),群体间存在不对称基因流,且穆棱和天桥岭地区呈明显向外扩散的趋势,可初步判断为源种群。各局域种群间基因持续交流是导致种群间遗传分化低的主要原因。本研究表明长白山北部西伯利亚狍局域种群具有良好的选育和遗传潜力,是可以进行持续利用的种质资源。

关键词：西伯利亚狍遗传分化基因流

江西老虎脑自然保护区浙江红山茶小尺度遗传结构与基因流研究

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江西老虎脑自然保护区浙江红山茶小尺度遗传结构与基因流研究

作者：袁月南昌大学

学位级别：硕士

浙江红山茶(Camellia chekiangoleosa),山茶科(Theaceae)山茶属(Camellia)的油茶树种之一,江西省省级重点保护植物。在江西乐安县老虎脑省级自然保护区及其毗邻区内调查发现大规模野生浙江红山茶群体,但其生境破坏严重,人为干扰程度大... 详细信息

浙江红山茶(Camellia chekiangoleosa),山茶科(Theaceae)山茶属(Camellia)的油茶树种之一,江西省省级重点保护植物。在江西乐安县老虎脑省级自然保护区及其毗邻区内调查发现大规模野生浙江红山茶群体,但其生境破坏严重,人为干扰程度大。通过研究浙江红山茶的遗传结构可以评估浙江红山茶在环境中的生存、适应和发展的潜力,以更加有效的提出针对性的保护策略。因此,本研究开展了该区域内浙江红山茶野生群体资源现状调查,并进行群体遗传结构和遗传多样性研究。通过野外调查、群体采样并进行简化基因组测序,初步查明了研究区域内浙江红山茶的分布数量及资源遗传多样性特点。主要结果如下:(1)研究区域内浙江红山茶野生资源较为丰富,但该区域正在进行风电开发,浙江红山茶生境遭到严重破坏,且断枝采果、人为挖采现象严重。(2)浙江红山茶野生林群落结构调查显示:5个群落样地中植物共有31科50属66种。全部样地中,乔木层物种最为丰富,共15科24属32种。初步估算本研究区域内浙江红山茶野生群落分布面积为54729 m,共有浙江红山茶14545株。(3)本研究以来自9个亚群体119个个体叶片为DNA材料,采用Genotyping-by-sequencing(GBS)测序技术,共获得13463个高质量的SNP位点,通过分析表明研究区域内浙江红山茶的遗传多样性水平较高,香浓指数(I)平均值为0.433;观察杂合度(Ho)平均值为0.412;期望杂合度(He)平均值为0.285;多态性位点百分比(%P)平均值为89.08%。(4)根据AMOVA结果显示,遗传分化主要存在于群体内部,群体内的遗传变异占比为93%,遗传分化系数(F)为0.065,该群体已经产生了中等程度的遗传分化,基因流(N)为3.596。基于STRUCTURE分析与PCA分析结果显示,9个亚群体可能来源于4个不同的基因库。(5)根据MEMGENE结果表明,山脊与山谷对于群体遗传分化与基因流具有一定影响。MMRR和Mantel检验的结果均显示,地理距离与遗传距离存在显著相关性。总体结果表明地形和地理距离可能是影响浙江红山茶群体间遗传分化和基因流的原因。综上所述,研究区域浙江红山茶野生群体存在中等程度遗传分化,遗传变异主要在群体内部,可能与群体生境破碎化严重以及各亚群体间存在地理障碍有关。本研究表明地理距离、山脊以及山谷会对遗传分化产生影响。这将使得亚群体间的基因交流受限,规模较小的亚群体可能会由于近亲繁殖概率增加和遗传漂变等因素加速遗传多样性的丧失,进而影响其适应环境变化的能力和进化能力,最终导致种群衰落。因此,为了维持浙江红山茶的群体数量和遗传多样性,应结合就地保护,恢复破坏的生境,加大宣传力度并做好野生群体的种群监测工作。

关键词：浙江红山茶遗传多样性基因流景观格局

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白腹鼠属的基因组分化与种间基因流

白腹鼠属的基因组分化与种间基因流

作者：武新来河北大学

学位级别：硕士

物种形成(Speciation)是指由旧物种通过各种机制进化形成新物种的过程,物种形成的遗传机制一直是进化生物学研究的热点之一。揭示物种形成背后的遗传机制有助于我们在遗传的水平理解生物进化的历程。白腹鼠属起源于青藏高原东南缘,目前... 详细信息

物种形成(Speciation)是指由旧物种通过各种机制进化形成新物种的过程,物种形成的遗传机制一直是进化生物学研究的热点之一。揭示物种形成背后的遗传机制有助于我们在遗传的水平理解生物进化的历程。白腹鼠属起源于青藏高原东南缘,目前共有23个物种,其中有18个种在我国有分布,约占全球种类的百分之八十。白腹鼠属(Niviventer;J.T.Marshall,1976)自中新世晚期以来显示出快速的物种分化,既包括分布区横跨东南亚到中国北方地区的北社鼠(N.confucianus),也有局限在狭小地理区域的山东社鼠(N.sacer)、片马社鼠(N.pianmaensis)等,是研究啮齿类动物遗传分化与种间基因流的良好类群。本研究共获得16个白腹鼠属物种的93号全基因组重测序数据,结合系统发育基因组学、比较基因组学以及生态位建模等研究方法对白腹鼠属广域分布物种与狭域分布物种的遗传分化以及基因流对白腹鼠属物种形成的影响进行探讨,主要结果分为以下两部分。在白腹鼠属广域分布物种与狭域分布物种的遗传分化的研究中,本研究基于全基因组SNPs数据构建的最大似然树、邻接树以及主成分分析均表明,山东社鼠(N.sacer)属于独立种。基于最大似然树并结合生态位模型,发现白腹鼠属内姊妹物种无法在同一地理区域同时成为广域分布物种。杂合度分析、Tajima’s D分析以及连锁不平衡分析均表明广域分布物种的遗传遗传多样性高于狭域分布物种,表明广域分布物种对环境的变化具有更强的适应能力。基于两种不同的方法对广域分布物种与狭域分布物种全基因组扫描发现广域分布物种与狭域分布物种在13号染色体大概5Mb的区域显著分化,其中位于该染色体上的两个基因(MAT2B和CNTNAP5)对于广域分布物种与狭域分布物种的分化可能起到了关键作用。此外,为了检测白腹鼠属种间基因流概况,本研究通过系统发育重建、全局基因流和局部基因流进行分析,结果表明基于全基因组SNPs构建的最大似然树和线粒体基因组13个蛋白编码基因构建的最大似然树并不完全一致,尤其是在社鼠种团的分支上,系统发育结构冲突较为明显。基于全基因组数据构建的系统发育树表明华南社鼠(N.lotipes)与短尾社鼠(N.bukit)亲缘关系较近,而基于线粒体13个蛋白编码基因构建的系统发育树表明这两个物种的亲缘关系较远,这种差异表明这两个物种间可能存在基因流。进一步分析发现华南社鼠与北社鼠之间渗入的基因和北社鼠(N.confucianus)与短尾社鼠之间渗入的基因大约有一半是相同的,再结合系统发育以及DFOIL统计结果,表明短尾社鼠可能与华南社鼠和北社鼠的共同祖先发生杂交。由北社鼠与华南社鼠这两个广域分布物种的共同祖先向短尾社鼠渗入的有关神经发育和系统发育相关的基因可能促进了短尾社鼠对环境的适应,其中的两个关键渗入基因MACROD2和CNTNAP5也在广域分布物种与狭域分布物种的分化过程起到了关键作用。此外,种群历史动态分析表明整个属在末次冰期种群剧烈收缩,且湄公针毛鼠与缅甸社鼠有着明显的竞争关系。综上所述,本研究说明白腹鼠属内广域分布物种与狭域分布物种在基因组上显著分化,且一些与神经发育与神经系统发育相关的基因促进了广域分布物种与狭域分布物种的分化;短尾社鼠与华南社鼠与北社鼠的共同祖先物种存在基因流,且基因流对白腹鼠属物种形成有着重要作用。

关键词：白腹鼠属全基因组重测序物种形成基因流系统发育基因组学

喀斯特耐阴灌木淡黄金花茶的精细空间遗传结构与基因流

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生态学报 2017年第21期37卷 7313-7323页

作者：彭国清唐绍清广西师范大学生命科学学院广西珍稀濒危动物生态学重点实验室桂林541004

淡黄金花茶(Camelia flavida)是一种具有淡黄色花瓣的金花茶植物,为喀斯特典型的耐阴灌木。基于广西弄岗喀斯特季节性雨林15 hm2(300 m×500 m)监测样地,利用13对微卫星(SSR)标记,探讨喀斯特地貌对淡黄金花茶的精细空间遗传结构(SGS)、... 详细信息

淡黄金花茶(Camelia flavida)是一种具有淡黄色花瓣的金花茶植物,为喀斯特典型的耐阴灌木。基于广西弄岗喀斯特季节性雨林15 hm2(300 m×500 m)监测样地,利用13对微卫星(SSR)标记,探讨喀斯特地貌对淡黄金花茶的精细空间遗传结构(SGS)、基因流和小尺度范围遗传分化的影响。结果表明:(1)淡黄金花茶在50 m距离内产生显著的SGS,在灌木类型和依赖种子传播的物种中具有中等程度的SGS强度(Sp=0.0248);(2)淡黄金花茶种子和花粉传播平均距离较短,分别为12.47 m和29.03 m,72.2%花粉和81.0%种子的传播距离均主要是在20 m内;(3)淡黄金花茶在小尺度范围(种群间距离基因流产生阻碍作用,从而导致淡黄金花茶在小尺度范围产生遗传分化。

关键词：喀斯特淡黄金花茶空间遗传结构基因流

基因流存在条件下的物种形成研究述评:生殖隔离机制进化

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生物多样性 2014年第1期22卷 88-96页

作者：李忠虎刘占林王玛丽钱增强赵鹏祝娟杨一欣阎晓昊李银军赵桂仿新疆生产建设兵团塔里木盆地生物资源保护利用重点实验室新疆阿拉尔843300 西北大学生命科学学院西部资源生物与现代生物技术教育部重点实验室西安710069 陕西师范大学生命科学学院西安710119

物种形成过程是生物多样性形成的基础,长期以来一直是进化生物学的中心议题之一。传统的异域物种形成理论认为,地理隔离是物种分化的主要决定因子,物种形成只有在种群之间存在地理隔离的情况下才能发生。近年来,随着种群基因组学的发展... 详细信息

物种形成过程是生物多样性形成的基础,长期以来一直是进化生物学的中心议题之一。传统的异域物种形成理论认为,地理隔离是物种分化的主要决定因子,物种形成只有在种群之间存在地理隔离的情况下才能发生。近年来,随着种群基因组学的发展和溯祖理论分析方法的完善,种群间存在基因流情况下的物种形成成为进化生物学领域新的研究焦点。物种形成过程中是否有基因流的发生?基因流如何影响物种的形成与分化?基因流存在条件下物种形成的生殖隔离机制是什么?根据已发表的相关文献资料,作者综述了当前物种形成研究中基因流的时间和空间分布模式、基因流对物种分化的影响以及生殖隔离机制形成等问题,指出基因流存在条件下的物种形成可能是自然界普遍发生的一种模式。

关键词：基因流物种形成生殖隔离自然选择分化选择

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基因流介导的种间渐渗与物种界定(英文)

植物分类与资源学报 2012年第3期34卷 257-262页

作者：杜芳徐放北京林业大学计算生物学中心林木遗传育种国家工程实验室生物科学与技术学院北京100083

物种界定是生物学中最基本的问题之一。近年来随着分子生物学技术的进步如分子条形码的发展,物种界定也越来越引起人们的兴趣。界定一个物种或相似的一组物种时最重要的一个原则就是选择适合的分子标记。然而,植物中广泛存在的不完全谱... 详细信息

物种界定是生物学中最基本的问题之一。近年来随着分子生物学技术的进步如分子条形码的发展,物种界定也越来越引起人们的兴趣。界定一个物种或相似的一组物种时最重要的一个原则就是选择适合的分子标记。然而,植物中广泛存在的不完全谱系筛选与种间渐渗却常常会阻碍准确鉴定物种。最近,有关基因流介导的种间渗入和物种界定在理论和实验研究中都取得了重大进展。本文综述了基因流介导的物种形成;评价了种间渐渗与不完全谱系筛选的区别;最后总结出应该利用基因流速度较快的分子标记去鉴定物种。

关键词：物种界定分子标记 DNA条形码种间渐渗不完全谱系筛选基因流

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南方红豆杉群体基因流比较分析

分子植物育种 2019年第19期17卷 6269-6275页

作者：王敏求武星彤王利宝文亚峰中南林业科技大学风景园林学院长沙410004 中南林业科技大学林学院长沙410004

为探索基因流的模式、时空变化规律及其对群体遗传结构的影响,本研究筛选了10个高多态性EST-SSR位点,对3个南方红豆杉群体进行了遗传变异和父本分析。根据群体间遗传分化系数计算历史基因流,利用父本分析结果估测雄性繁殖贡献率、有效... 详细信息

为探索基因流的模式、时空变化规律及其对群体遗传结构的影响,本研究筛选了10个高多态性EST-SSR位点,对3个南方红豆杉群体进行了遗传变异和父本分析。根据群体间遗传分化系数计算历史基因流,利用父本分析结果估测雄性繁殖贡献率、有效花粉传播距离等现实基因流参数。结果显示:10对EST-SSR引物共检测到80个等位基因,南方红豆杉群体的期望杂合度为0.785,群体间遗传分化系数为0.188,历史基因流为1.080。种群内亲代群体间、子代群体间基因流分别为1.140和0.923,亲子代群体间的固定指数存在显著差异。父本分析结果表明,3个自然授粉群体的雄性繁殖贡献率分别为37.50%、84.00%和18.91%,有效花粉传播距离为10.00~25.00 m,花粉传播无明显固定模式。南方红豆杉群体遗传多样性较高,群体间遗传分化显著。随着繁殖世代的升高,群体间基因流有逐渐降低的趋势。人为干扰、生境片段化和种群隔离等因素是引起基因流变化的主要原因。南方红豆杉保护实践中应注意防范基因流减少引起的遗传结构变化和遗传多样性降低风险。通过对自然授粉状态下南方红豆杉群体历史基因流和现实基因流的比较分析,了解基因流的模式、时空变化规律及其对群体遗传结构的影响,为南方红豆杉(Taxus chinensis var.mairei)种群保护提供科学依据。

关键词：基因流父本分析 SSR标记南方红豆杉

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转基因水稻基因流的发生与生态学后果

应用生态学报 2012年第6期23卷 1713-1720页

作者：刘勇波李俊生赵彩云肖能文关潇中国环境科学研究院环境基准与风险评估国家重点实验室北京100012

中国是水稻的起源中心之一,分布着丰富的野生种质资源.自转基因水稻获得安全证书以来,转基因水稻与其近缘野生种间的基因流受到广泛关注.本文对转基因水稻基因流的发生及其可能引起的生态学后果进行了综述和展望.认为转基因水稻能够与... 详细信息

中国是水稻的起源中心之一,分布着丰富的野生种质资源.自转基因水稻获得安全证书以来,转基因水稻与其近缘野生种间的基因流受到广泛关注.本文对转基因水稻基因流的发生及其可能引起的生态学后果进行了综述和展望.认为转基因水稻能够与栽培稻、野生稻、杂草稻、稗草等成功杂交,但基因流发生频率较低且变化较大.基因流成功发生后,由于转基因水稻具转基因新性状而有适合度优势,转基因可能只通过少数几代就进入野生种群.当转基因植株进入野生种群并在自然条件下长期存在时,转基因植株与近缘野生种间的竞争关系和相对适合度将决定混合种群的动态变化.研究转基因水稻基因流的影响及其长期生态学后果对合理保护与利用野生种质资源具有重要意义.

关键词：转基因水稻近缘野生种基因流基因渐渗