克隆植物喜旱莲子草在不同温度驯化过程中的表观遗传变异及其适应意义

发布时间：2020-05-04 21:45

【摘要】：很多遍布全球的入侵植物都可以通过克隆生长进行繁殖,虽然遗传多样性不高,却能占据多样的异质环境,表观遗传变异可能是其重要的适应机制。入侵植物喜旱莲子草在中国完全以克隆生长的形式进行扩散,几乎没有遗传变异,却占据了黄河以南包括温带、亚热带、热带等在内的广阔地理分布区,表观遗传变异介导的对不同温度的驯化适应可能在其成功入侵中发挥了重要作用,但目前研究较少。本研究沿中国最冷月最低温度梯度,采集了8个种群的喜旱莲子草样本,包括两个温带种群(济南和洛阳)、三个亚热带种群(上海、南昌和昆明)、三个热带种群(景洪、北海和三亚),然后在人工气候箱中模拟设置济南(温带)和海口(热带)的四季温度环境进行驯化培养,无性传代。利用甲基化敏感扩增片段多态(MSAP)标记分析野外种群以及驯化1代和4代后的种群样本,检测其DNA甲基化变异的变化趋势,并将驯化培养后的喜旱莲子草样本在两种模拟条件下进行交互移植,测定关键表型性状的变异,探讨其对温度适应性的贡献。研究结果如下:(1)喜旱莲子草的野外种群之间存在的DNA甲基化分化可能与温度有关。沿最冷月最低温度梯度采集的8个喜旱莲子草种群在PCoA空间中聚成三个组,刚好与气候区一致。(2)野外种群表现出来的DNA甲基化分化在移植到模拟济南和模拟海南的温度条件下,具有短暂的遗传稳定性,但随着驯化时间延长,其无性系后代的表观遗传分化逐渐减弱,特别是在有低温胁迫时,表现出明显的趋同。这些结果暗示野外种群的表观遗传变异并不是随机产生和积累的,而是对不同温度环境的主动响应或适应。(3)不同温度驯化下培养的喜旱莲子草在生长、侧芽数量、叶形等方面均有明显差异,可能具有适应意义。模拟温度交互移植实验表明,在模拟济南温度条件下驯化培养的喜旱莲子草与模拟海口的材料相比,侧芽及叶片数量更少、茎长累积增长量更高。这些结果暗示,不同的温度驯化能引起表型变异,可能各具有适应意义。本研究揭示了克隆植物喜旱莲子草在不同温度梯度的地理环境中的表观遗传变异模式,初步证实DNA甲基化变异可以对不同的温度驯化条件产生主动响应或适应,并伴随着一系列表型变异,可能有助于喜旱莲子草适应不同的温度环境。这些结果有助于更好的防控入侵种喜旱莲子草、更深入理解表观遗传变异在克隆植物中的适应意义。
【图文】：

表观,遗传学,异同,遗传变异

图１－１．生态遗传学和生态表观遗传学之间的异同。一方面，表观遗传过程作为第二系统与遗传系统一样，通过自然选择进化；另一方面，表观遗传变异不同于遗传变异能会直接响应生态相互作用而改变，因此为进化提供了额外的加速途径。逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－１．邋Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ邋ａｎｄ邋ｓｉｍｉｌａｒｉｔｉｅｓ邋ｂｅｔｗｅｅｎ邋ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ邋ｇｅｎｅｔｉｃｓ邋ａｎｄ邋ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ逡逑ｅｐｉｇｅｎｅｔｉｃｓ邋．邋Ｏｎ邋ｏｎｅ邋ｈａｎｄ，，邋ｅｐｉｇｅｎｅｔｉｃ邋ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ邋ｍａｙ邋ｐｒｏｖｉｄｅ邋ａ邋ｓｅｃｏｎｄ邋ｉｎｈｅｒｉｔａｎｃｅ邋ｓｙｓｔｅｖｅｒｙ邋ｓｉｍｉｌａｒ邋ｔｏ邋ｔｈｅ邋ｇｅｎｅｔｉｃ邋ｉｎｈｅｒｉｔａｎｃｅ邋ｓｙｓｔｅｍ，邋ｔｈａｔ邋ａｌｌｏｗｓ邋ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ邋ｂｙ邋ｎａｔｕｒａｌ邋ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ．ｔｈｅ邋ｏｔｈｅｒ邋ｈａｎｄ，邋ｅｐｉｇｅｎｅｔｉｃ邋ｖａｒｉａｔｉｏｎ，邋ｕｎｌｉｋｅ邋ｇｅｎｅｔｉｃ邋ｖａｒｉａｔｉｏｎ，邋ｍａｙ邋ｂｅ邋ａｌｔｅｒｅｄ邋ｄｉｒｅｃｔｌｙ邋ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ邋ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ邋ａｎｄ邋ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ邋ｐｒｏｖｉｄｅ邋ａｎ邋ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ，邋ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ邋ｐａｔｈｗａｙ邋ｆｏｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎａｒｙ邋ｃｈａｎｇｅ．逡逑注：文章引自Ｂｏｓｓｄｏｒｆ等人（２００８）的研宄。逡逑Ｎｏｔｅ：邋ｃｉｔｅｄ邋ｆｒｏｍ邋ｔｈｅ邋ｓｔｕｄｙ邋ｏｆ邋Ｂｏｓｓｄｏｒｆ邋ｅｔ邋ａｌ（２００８）．逡逑１．邋１．邋３

最冷月,最低温度,数据

所以我们沿最冷月最低温度梯度进行采样。依照最冷月最低温度梯度，可逡逑以在地理上将中国的喜旱莲子草适生区划分为温带、亚热带、热带３个主要区域，逡逑在三个区域中我们共设置了邋８个采样点，见图２－１。在温带区域中采集了济南（ＪＮ）、逡逑洛阳（ＬＹ）２个地理种群，在亚热带区域中采集到了上海（ＳＨ）、南昌（ＮＣ）、昆明（ＫＭ）逡逑共３个地理种群，在热带区域采集到了景洪（ＪＨ）、北海（ＢＨ）、三亚（ＳＹ）３个地理种逡逑群，具体地理及气候信息见表２－１。逡逑采样时间为２０１７年５月，为保证样品一致性，所有喜旱莲子草材料都来自陆逡逑生种群中正常生长，且未遭病虫害的健康个体。本次采样主要采集植株叶片以及逡逑连根的整体植株，每个种群采集到１０－２０个植株，植株之间的距离保持在１０米以逡逑上，确保其属于不同的克隆斑块。逡逑（１）
【学位授予单位】：云南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q943.2

【参考文献】