巴山木竹克隆结构及遗传多样性研究

发布时间：2018-04-11 05:08

本文选题：巴山木竹 + SSR引物开发　；参考：《西北农林科技大学》2016年博士论文

【摘要】：巴山木竹是秦岭大熊猫冬春季食物的主要来源,主要分布于秦岭南坡和巴山,其对该区域的生态系统稳定、水土保持及其动物多样性保护起着至关重要的作用。然而,目前对于巴山木竹的研究仅集中在生物学特性、无性系种群生态学、竹林的间伐与复壮更新、营养成分以及开发利用这几个方面,尚未对巴山木竹的克隆结构和遗传结构进行研究。为揭示巴山木竹种群的克隆结构和遗传多样性,本研究对秦岭南坡大熊猫栖息地各自然保护区和巴山的镇巴和万源区域的13个种群5个样地共计1647个DNA样本进行了SSR分析。在试验和数据分析的基础上,分别从巴山木竹和秦岭木竹SSR引物的开发、巴山木竹倍性的判定、巴山木竹SSR数据基因型的判定、不同年龄巴山木竹的克隆结构、开花巴山木竹的克隆结构、交错分布的巴山木竹和秦岭木竹的克隆结构以及13个巴山木竹种群的遗传结构等7个方面进行了系统、深入研究。以期揭示巴山木竹种群建立、发展、衰退、开花不同阶段以及植物相互作用下的克隆数量、大小、空间格局及其遗传变异和该区域种群的遗传结构情况,为以后巴山木竹竹林的复壮更新、抚育实践、人工栽植以及大熊猫保护策略制定等方面提供理论依据。其主要研究结果如下:(1)利用生物信息学方法开发巴山木竹和秦岭木竹微卫星引物,利用Oligo软件设计引物50对,文献引用引物27对,共合成引物77对。经过初筛和复筛,15对引物可产生多态性条带。荧光标记这15个位点,扩增巴山木竹和秦岭木竹DNA模板各43份,毛细管电泳检测显示这15对引物的扩增结果均具有多态性。两个种不同引物扩增出的等位基因数分别为4到20个和5到18个。巴山木竹的15个SSR位点的观测杂合度、期望杂合度和多态信息含量分别为0.310~0.943、0.323~0.905和0.322~0.901。秦岭木竹的15个SSR位点的观测杂合度、期望杂合度和多态信息含量分别0.625~0.971、0.554~0.905和0.537~0.898。(2)利用秦岭大熊猫栖息地各保护区以及巴山的镇巴和万源13个种群52个样品对上述15对引物再次筛选,决定选用8对多态性较高的引物用于巴山木竹的后续遗传分析。分析秦岭大熊猫栖息地各保护区以及巴山的镇巴和万源13个种群286个样品的SSR数据,各种群每对引物平均等位基因数均大于2,即大于二倍体,各引物扩增出的最大等位基因数为4,最小等位基因数为1,Polysat软件评估13个种群巴山木竹的倍性为四倍体。(3)应用MAC-PR(Microsatellite DNAAllele Counting—Peak Ratios)法来判断巴山木竹少于4个等位基因位点的峰面积比配置,8对引物等位基因峰面积比结果均与四倍体期望等位基因配置相匹配。从而进一步证实了巴山木竹的四倍体特性。通过对8对引物扩增样品数据的分析,认为MAC-PR法是一个比较适合从四倍体巴山木竹SSR数据提取定量信息的方法,可以用于位点等位基因频率的判定,还可以用于无效等位基因的鉴别。(4)分析不同年龄7年生、30年生和60年生3个巴山木竹种群的克隆结构发现,随着种群年龄的增长,巴山木竹克隆面积增加,克隆数量减少;其克隆分布格局在7年生和30年生种群为团块状,而在60年生种群内呈现出团块状和离散状并存的格局。这说明了巴山木竹在幼苗定居的初期其克隆以短距离的克隆延伸为主,而随着年龄的增长,克隆面积不断扩大,当复轴混生型的巴山木竹克隆受到强大的压迫时,基株可能进行较多的单轴和长距离的克隆延伸,呈现出离散状。Mantel检测和空间自相关分析都支持不同年龄种群在小尺度范围内存在明显的克隆空间遗传结构。克隆多样性指标说明巴山木竹幼苗期基因型比例远远高于成年的竹林,随着年龄的增长巴山木竹克隆多样性虽有所降低,但由于有性繁殖的作用仍然保持了较高的多样性。(5)分析开花巴山木竹种群的克隆结构可知,该样地内有2个无性系同步开花,2个克隆均包含开花团块、混合开花团块和未开花团块,且开花持续的时间至少为4年。该片样地2个克隆在2015年进入集中开花期,整个样地全部开花,同时产生大量的种子。2个克隆最初在不同位置出现开花团块,随着时间的推移上一年的混合开花团块变为全开花团块,部分未开花团块变为全开花团块和混合开花团块,最终全部开花。(6)分析交错分布的巴山木竹和秦岭木竹的克隆结构发现,同一样地内巴山木竹和秦岭木竹的克隆数量和大小均不等,且均呈现出团块状和离散状并存的分布格局。Mantel检测和空间自相关分析都支持两种竹子在小尺度范围内存在明显的克隆空间遗传结构。比较巴山木竹和秦岭木竹的克隆空间遗传结构,巴山木竹的克隆空间延伸力强于秦岭木竹。而两种竹子的克隆大小、数量以及分布格局可能是两种之间的竞争对克隆结构塑造作用的体现。(7)利用8对引物分析秦岭大熊猫栖息地各自然保护区和巴山的镇巴和万源13个种群的遗传结构结果显示,13个巴山木竹种群均表现出较高的遗传多样性。聚类(upgma)、主坐标(PCoA)和贝叶斯聚类(Structure)分析均支持13个种群被分为3组,第1组为秦岭的黄柏源、牛尾河、长青、桑园、盘龙、屋梁山、佛坪、娘娘山和天华山9个种群,第2组为秦岭的平和梁和镇安种群,第3组为巴山的镇巴和万源种群。适中的基因流存在于第1组与第2组和第1组与第3组之间,而第3组与第2组之间仅有较低的基因流,出现了一定程度的分化。这两组之间较低的基因流可能与第3组种群生境严重碎片化有关,再加之汉江的隔离阻碍了两个组种群之间的基因交流。
[Abstract]:In order to reveal the clonal structure and genetic diversity of bamboo and bamboo populations in the Qinling Mountains , the clonal structure and genetic diversity of bamboo and bamboo were analyzed . Based on the analysis of 8 pairs of primers , it is found that the clonal expansion of bamboo shoots in BaShan wood is much higher than that of adult bamboo forest . The results showed that 13 populations were divided into three groups : upgma , PCoA and Structure .

【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S795

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