矮牡丹的遗传多样性及栽培牡丹起源研究

发布时间：2020-09-19 11:43

【摘要】：牡丹是我国特有的木本名贵花卉,其中矮牡丹(Paeonia jishanensis)是牡丹组中珍贵的种质资源。中国不仅是野生牡丹的原产地,也是牡丹栽培品种的起源和发展中心,距今已有2000多年的栽培历史。目前,针对矮牡丹的遗传多样性等尚无全面系统的研究,关于栽培牡丹的驯化起源一直没有得到一致的结论。因此本研究利用核SSR分子标记和叶绿体基因组间隔区序列分析了矮牡丹野生居群的遗传多样性,并结合MaxEnt生态学模型对其潜在分布区进行了预测,从而对矮牡丹引种及野生资源保护提供理论依据;同时采用核SSR及cpDNA分子标记深入研究牡丹栽培品种和野生种间遗传演化关系,为揭示栽培牡丹起源提供更加有力的科学证据。主要研究结果如下:1.SSR遗传多样性与居群遗传结构采用21对多态性高的EST-SSR引物,对选取的10个矮牡丹野生居群共236个样本的遗传多样性和遗传结构进行了分析。结果显示,矮牡丹在细胞核上维持着中等水平的遗传多样性(HE=0.340),其不同居群间存在着显著的遗传分化(GST=0.327;FST=0.335)。综合Structure分析、主成分分析PCoA和邻接法NJ等分析,将矮牡丹划分为与地理起源相关的四个组:陕西北部组,山西稷山组,陕西、河南和山西交界组,河南济源组。Mantel test(r=0.873,P0.0001)揭示地理隔离阻碍了矮牡丹居群间的基因交流,从而形成了居群间较大的遗传分化。2.cpDNA遗传多样性及谱系地理结构采用3个叶绿体非编码区accD-psaI,psbE-petL和petB-petD片段对10个矮牡丹居群共99个个体进行了检测。联合片段共检测出10个变异位点和3种单倍型。矮牡丹在物种水平上的单倍型遗传多样性(Hd)为0.473,核苷酸多样性(π)为2.56x10-3,表明矮牡丹在cpDNA水平上具有较低的遗传多样性。基于单倍型谱系图和系统发育树将矮牡丹划分为分布在黄河中下游以北与陕西北部野生居群的北部组和分布在陕西省中东部的南部组。AMOVA分析显示,矮牡丹10个居群间的遗传分化系数FST为0.993,说明矮牡丹cpDNA遗传变异主要来自居群间(FST=0.993),居群内部个体之间的遗传差异很小。IBD分析表明矮牡丹居群间的遗传距离和地理距离呈显著正相关(r=0.464,P0.05),由于地理隔离,居群间的基因流较小,具有较高的遗传分化。基于BEAST软件推算矮牡丹的北部组与南部组分化的时间约为0.188Mya,失配分布分析显示北部组居群发生过群体扩张。3.基于MaxEnt生态学模型对矮牡丹潜在适宜区进行预测将12个环境因子和21个矮牡丹地理分布数据通过MaxEnt模型预测矮牡丹在当代和未来2070年的适宜引种区分布范围和面积。依据选取的12个环境因子影响矮牡丹潜在分布的贡献率推测紫外线、年平均降水量和温度季节性变化方差是影响矮牡丹分布的最主要因子。矮牡丹最适宜生长区域主要分布在中国秦巴山区及陕甘黄土高原地区,至2170年,矮牡丹在潜在适生区总面积缩小,并将有向北部和西部地区迁移的趋势。4.栽培牡丹驯化起源综合34对核SSR分子标记和3条叶绿体间隔区片段(accD-psaI,psbE-petL和petB-petD),对本研究选取的栽培牡丹和革质花盘亚组野生种的遗传多样性及遗传演化关系进行了深入研究,结果显示栽培牡丹遗传多样性呈中等水平(Ho=0.632;HE=0.612),说明牡丹在驯化过程中保存着丰富的遗传变异。同时推测杨山牡丹、紫斑牡丹和卵叶牡丹可能是栽培牡丹最主要的祖先种;并揭示了栽培牡丹最可能的驯化历史:即栽培牡丹最初可能是通过将杨山牡丹野生种直接驯化后,再与紫斑牡丹、卵叶牡丹等野生种自然杂交形成的。
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S685.11
【图文】：

技术路线图,技术路线,野生种,科学证据

培牡丹品种为研宄对象，并加入牡丹组其它野生种，深入研究牡丹栽培品种和野生种间的遗逡逑传演化关系，将为进一步深刻揭示栽培牡丹的起源提供更加有力的科学证据。逡逑具体的实验技术路线如图１－１所示：逡逑１１逡逑

花山,雄蕊,延安,陕西

要分布于陕西省东北部的华阴市、延安万花山和山西省南部的稷山、永济一带以及河南省北逡逑部的济源等地，被黄河流域隔离成不同居群，位于东经１０９．３４２９８？１１２．０７８９６，北纬３４．４３５８３？逡逑３６．５２０７之间，见图２－１，其中在陕西宜川和华阴新发现了矮牡丹的野生居群（徐兴兴等，２０１７）。逡逑２．２．２矮牡丹的生物学特性逡逑矮牡丹高０．５？１．５邋ｍ，小叶通常９枚，近圆形或卵形，但在陕西延安、山西永济和河南济逡逑源居群中均发现随每出复叶的顶生小叶分裂程度的不同而表现出小叶９、１１、１５枚的变化。逡逑不同居群在花部性状上变异也非常丰富，主要表现在花径、花丝颜色及瓣化等方面：延安万逡逑花山居群的单朵花直径１０－１３邋ｃｍ；花瓣倒卵形，顶端波状裂；雄蕊数量８０－１００，花丝长约１２逡逑ｍｍ，花丝中下部紫红色，上部白色，花药线型（图２－２邋Ａ）。同时发现延安万花山矮牡丹常常逡逑具有与花瓣颜色相同的瓣化雄蕊，花丝增粗为扁平状（图２－２邋Ｂ）。山西永济居群花直径１２－１９逡逑ｃｍ；花瓣阔捕圆形，顶端微凹；雄蕊数量５０－７０，花丝１０－１５ｍｍ，深褐红色，接近顶部渐变逡逑成白色，花药线型（图２－２邋Ｃ）；河南济源居群花直径８－１２邋ｃｍ，花瓣近圆形稍皱，顶端波状裂；逡逑雄蕊数量大于丨00

照片,陕西,宜川,褐土