中国北部和蒙古国山羽藓遗传多样性及五大连池火山群山羽藓谱系地理学的研究

摘要

山羽藓(Abietinella abietina)是在泛北极植物区高山林地广泛分布的苔藓植物,对高海拔针叶林的更新与发育具有重要作用,然而其形态变异的遗传特征尚未明确且物种演化与火山历次喷发间的关系模糊.本研究在大尺度上以该物种自然分布的10个种群140个个体为研究对象,利用ISSR分子标记技术,开展中国北部和蒙古国山羽藓遗传多样性研究,旨在探究遗传变异与遗传结构,以期为其种质资源的保护提供科学依据.同时,在小尺度上以该物种自然分布的6个种群80个个体为研究对象,采用核基因、叶绿体基因和ISSR分子标记相结合的技术,开展五大连池火山群山羽藓谱系地理学研究,致力于揭示种群间的谱系关系,推测传播路径和祖先分布区.主要的研究结果如下:
　　(1)L16(45)正交试验的结果表明,山羽藓ISSR-PCR最佳反应体系(25μL)为:Taq DNA聚合酶0.8U,Mg2+2.5mmol/L,dNTPs0.4mmol/L,引物0.6μmol/L和模板DNA40ng,对该反应体系的影响顺序为:Taq DNA聚合酶>引物>dNTPs>模板DNA>Mg2+.同时从100条ISSR通用引物中筛选出12条适合山羽藓的ISSR引物,并确定了每条引物的最适退火温度.
　　(2)中国北部和蒙古国的山羽藓在物种水平上,相比于其他苔藓植物和被子植物具有较高的遗传变异;在地域水平上,遗传变异由高到低依次为:中国西北地区,中国东北地区和蒙古国;在种群水平上,位于最南端的贺兰山苏峪口(SYK)种群最高,而位于最北端的罕塔盖图(HTGT)种群最低.AMOVA结果显示,遗传变异主要集中于种群内,其次为地域间和地域内不同种群间.UPGMA、PCoA和STRUCTURE结果均表明,10个种群聚类成三支并与其地理分布相符合,即中国西北地区独立成支,中国东北地区和蒙古国构成姐妹类群.此外,Mantel检测显示遗传距离与地理距离间存在显著的正相关性.
　　(3)本研究基于筛选出的1个核基因序列(nrITS)和3个叶绿体基因序列(trnL-F、atpB-rbcL、rps4),分别从五大连池火山群的6个山羽藓种群中获得5个nrITS单倍型和10个cpDNA单倍型.新期火山种群即火烧山(HS)和黑龙山(HL)比老期火山种群即龙门山(LM)、西焦得布山(XJDB)、莫拉布山(MLB)和东焦得布山(DJDB)的遗传多样性水平高.AMOVA结果显示,种群内的遗传变异大于种群间的遗传变异.PERMUT结果显示,山羽藓的谱系地理结构在物种水平上尚不显著,但是基于cpDNA序列对谱系B单独分析时检测出显著的谱系地理结构.TCS单倍型网络图和MP、ML、BI系统发育树均表明,在这一地区存在两个主要谱系:谱系A(DJDB种群)和谱系B(MLB、XJDB、LM、HL、HS种群),其中谱系B基于nrITS可划分为两个谱系:MLB-LM-XJDB谱系和HS-HL谱系;基于cpDNA可划分为三个谱系:MLB谱系、LM-XJDB谱系和HS-HL谱系.此外,在失配分布分析和中性检测中均未检测到种群扩张事件.

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摘 要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1. 遗传多样性

1.1.1. 遗传多样性的概念

1.1.2. 苔藓植物遗传多样性研究的取样策略

1.1.3. 苔藓植物遗传多样性的研究进展

1.2. 谱系地理学

1.2.1. 谱系地理学的概念

1.2.2. 谱系地理学的研究方法

1.2.3. 火山活动对谱系地理结构影响的研究进展

1.3. 山羽藓

1.4. 研究目的和意义

1.5. 技术路线

第二章 研究材料与方法

2.1. 研究材料

2.2. 研究方法

2.2.2. ISSR-PCR反应体系正交试验设计

2.2.3. ISSR引物筛选、PCR扩增

2.2.4. nDNA和cpDNA引物筛选、PCR扩增与测序

2.2.5. 数据分析

第三章 山羽藓ISSR-PCR反应体系优化及引物筛选

3.1.

3.1.1. 山羽藓ISSR-PCR正交试验

3.1.2. 引物退火温度对山羽藓ISSR-PCR反应体系扩增的影响

3.1.3. 山羽藓ISSR-PCR反应体系的稳定性验证

3.2. 讨论

第四章 中国北部和蒙古国山羽藓遗传多样性研究

1.

4.1.1. 遗传多样性

4.1.2. 遗传结构

4.2. 讨论

4.2.1. 中国北部和蒙古国山羽藓遗传多样性

4.2.2. 中国北部和蒙古国山羽藓遗传结构

4.2.3. 中国北部和蒙古国山羽藓保护建议

第五章 五大连池火山群山羽藓谱系地理学研究

5.1. 研究结果

5.1.1. nrITS 和 cpDNA的序列特征

5.1.2. 基于nrITS、cpDNA和ISSR的种群遗传多样性分析

5.1.3. 基于nrITS 和 cpDNA的单倍型谱系关系分析

5.1.4. 基于nrITS 和 cpDNA的种群动态历史

5.2. 讨论

5.2.1. 五大连池火山群山羽藓遗传多样性

5.2.2. 五大连池火山群山羽藓谱系关系

5.2.3. 五大连池火山群山羽藓种群动态历史

第六章 结论与展望

6.1. 结论

6.2. 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文