基于叶绿体基因trnL-F和psbA-trnH序列对老芒麦居群的遗传多样性研究

发布时间：2020-06-06 20:10

【摘要】：老芒麦(Elymus sibiricus L.),是禾本科(Poaceae)小麦族(Triticeae)披碱草属(Elymus)中含有StStHH基因组的多年生禾草,其为披碱草属的模式种。该物种广泛分布于在欧洲东部、中亚、俄罗斯远东地区、蒙古、中国、北美洲,其生长在潮湿草地以及疏林或灌木,对干旱、寒冷、盐碱等不良环境具有良好的适应性。老芒麦作为小麦遗传改良的重要基因库,因富含大量抗病和抗逆的优良基因,常通过远缘杂交把优异的基因转移到栽培的大麦中,是丰富麦类作物和牧草遗传多样性的重要基因资源;其次老芒麦作为优良的牧草资源,可用于建植人工草地和放牧草地,对维持生态平衡、防止水土流失、种草养畜等都具有重要意义。通过国内外近年来对老芒麦的形态学、细胞学、细胞遗传学、分子系统学等研究表明老芒麦是含有StH染色体组成,由二倍体拟鹅观草属和大麦属物种经天然杂交形成,地理分布广泛以及形态变异较大的种群。然而,关于老芒麦染色体组具体供体起源于哪个或哪些二倍体供体属物种?导致形态分化等遗传多样性产生的因素有哪些?形成中亚、青藏高原、东亚等主要分布区地理分布格局的历史成因如何?等起源演化的科学问题需要进一步研究。因此本研究对不同居群的87份老芒麦材,基于叶绿体基因trnL-F和psbA-trnH序列,结合谱系地理学分析和生态位建模分析方法,对老芒麦的起源演化、居群的遗传多样性和遗传结构成因以及现有地理分布格局的形成进行研究分析。主要结论如下:1.对87份老芒麦、3份拟鹅观草属物种和3份大麦属物种的trnL-F和psbA-trnH联合序列进行基因谱系分析,结果表明:(1)老芒麦的母本供体来源为St基因组;(2)老芒麦的母系供体存在多个,具多系起源。2.基于叶绿体基因trnL-F和psbA-trnH联合序列对老芒麦的遗传多样性和遗传关系进行分析。老芒麦的单倍型多态性为0.912,核苷酸多态性为0.0029,表明老芒麦存在丰富的遗传多样性。基于Nei's的基因分化系数为0.462,即53.8%的遗传变异存在于居群间,46.2%的遗传变异来源于居群内部,表明居群间的遗传分化大于居群内的遗传分化,居群间的变异是老芒麦的主要变异来源。3.根据Tajima's D中性检测结果为显著负值,不遵循中性进化模型,暗示老芒麦在进化过程中经历了种群的扩张事件。通过对3个居群的单倍型多样性和核苷酸多样性计算,显示中亚居群的遗传多样性水平最高,且中亚居群老芒麦分布在分子系统树及分支系统树的各个分支中,推测中亚是老芒麦的生物多样性中心且是其冰期避难所之一。基于对老芒麦材料进行生态位建模分析,表明在经历了冰期以后,中亚居群的老芒麦向东亚、青藏高原和欧洲地区扩散,从而形成了现有地理分布格局。4.通过最大熵模型对老芒麦未来的适生区进行预测,显示老芒麦未来的分布区整体是呈扩散趋势,中亚分布区向北略微扩散,而欧洲分布区则向西移动,推测这一现象的出现可能是由于全球温度升高所导致。
【图文】：

拟鹅观草属二倍体物种（P. gracillima、P. stipifolia、P. tauri、P. strigosa、P. spicata）和 5 份含 H 基因组的大麦属二倍体物种（H. bogdanii、H. chilense、H. pubiflorum、H. pusillum、H. vulgare）。其中 87 份来自俄罗斯、中国、蒙古、哈沙克斯坦等地的老芒麦和 10 份二倍体物种材料用于叶绿体基因序列分析，全部 150 份老芒麦材料用于生态位建模分析。所有材料的采样地理分布见图 1；150 份老芒麦材料以及 10 份二倍体物种的序号，物种名，编号，来源地，经纬度及材料所属分区均列于表 1，其 trnL-F 序列和 psbA-trnH 序列为本实验首次获得，其余 5 份拟鹅观草属二倍体材料和 5 份大麦属二倍体物种的基因序列均从 NCBI 网站（http://www.ncbi.nlm.nih.gov）；剩余 63 份用于生态位建模分析的材料列于附表1。其中 PI 编号和 W 编号的材料由美国国家植物种质库（American National PlantGermplasm System, Pullman, Washington, USA）提供，，其余的 ZY 和 Y 编号材料均由四川农业大学小麦研究所采集。存活的供试材料均种植于四川农业大学小麦研究所的多年生苗圃，其标本凭证于小麦研究所标本室（SAUTI）保存。

欧洲居群有 1 种单倍型（占总的 2.2 %）。通过将老芒麦材料与 8份二倍体物种结合构建网状分支分析（图 4），4 个大麦属物种（H. bogdanii、H.chilense、H. pubiforum、H. pusillium）（H 基因组）形成一个单系组，而 4 个拟鹅观草属物种（P. gracillima、P. stipifolia、P. tauri、P. strigosa）（St 基因组）和老芒麦聚在一起。
【学位授予单位】：四川农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：Q943

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本文编号：2700200