苏皖4种同域分布栎树的遗传变异与基因渐渗

来源 :南京林业大学 | 被引量 : 10次 | 上传用户:wolfboy5566
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栎属(Quercus)是壳斗科(Fagaceae)中最大的属,是典型的风媒传粉、异交植物,栎树常同域分布,种间存在着较强的基因交流,是研究植物遗传多样性、物种形成与进化、种间基因渐渗与杂交的模式植物。中国是栎属植物的起源地,也是现代栎树的分布中心之一,栎树是我国重要经济和生态树种。本研究以江苏省、安徽省4块样地中同域分布的麻栎(Quercus acutissima)、栓皮栎(Q. variabilis)、白栎(Q.fabri)和短柄袍栎(Q. glandulifera var. brevipetiolata)居群为研究对象,利用叶表型性状、核基因组大小和核SSR标记分析了4种栎树居群的遗传多样性、居群和个体的变异情况,以探明栎树种间基因渐渗和杂交的水平。主要研究结果如下:(1)表型性状变异。在种内居群水平上,麻栎的侧脉对数与叶柄长存在着显著变异,白栎除叶柄长外其它表型性状指标上均存在显著变异,短柄袍栎在叶片长、叶片长/宽、侧脉对数等3个指标上存在显著变异,栓皮栎在所有指标上均不存在显著变异。聚类分析表明,4种栎树居群内均存在着表型变异,部分白栎、麻栎和栓皮栎个体表现出明显的种间变异表型。(2)基因组大小变异。通过对4种传统的细胞核分离缓冲液进行比较,并利用正交设计法对经典Marie’s缓冲液中的β-疏基乙醇和Tween 20组分进行了优化,成功构建了分别适合于麻栎、栓皮栎、白栎和短柄袍栎的流式细胞术试验体系。并测定了江苏紫金山样地4种栎树共120个个体的核基因组大小。发现麻栎居群与栓皮居群间在基因组大小上存在着显著变异,二者与白栎居群和短柄袍栎居群间也均存在着显著变异,但白栎居群与短柄袍栎居群间无显著变异。聚类显示,同组的栎树间表现出广泛的种间变异,不同组的栎树间有部分个体存在着种间变异。(3)居群遗传结构。从来自于近缘物种的92对核SSR引物中,选出能在4种栎树中扩增出多态性的核SSR引物27对,并对4种栎树共300个个体的DNA样品进行了PCR扩增反应,进行了4种栎树总体水平、种水平和种内居群水平遗传多样性的分析。在4种栎树总体水平上,27对SSR引物共检测到526个等位基因,平均为19.48个,期望杂合度(He)为0.79-0.94,平均为0.90,多态性信息含量指数PIC为0.755-0.939,平均PIC值为0.886,表明在4种栎树总体水平上具有较高的遗传多样性。在物种水平上,4种栎树平均等位基因数为13.63-14.48,期望杂合度(He)为0.84-0.87,多态性信息含量PIC为0.811-0.845,均表现了较高水平的遗传多样性,其中麻栎的遗传多样性水平最高,其次为白栎,栓皮栎与短柄袍栎的变异水平最低,二者的遗传多样性近于同一水平。对10个栎树居群遗传结构的分析结果表明,所有居群均表现出较高水平的遗传多样性。(4)居群遗传变异。i同种栎树居群的居群内变异率为83%-91%,居群间为9%-17%,基因流(Nm)为1.202-2.394。其中,短柄袍栎安徽凉亭沟口居群(LT-B)与江苏紫金山居群(ZJ-B)间变异率最高,麻栎居群间的变异率最低。ii异种栎树居群的居群内变异率为80%-94%,居群间变异率为20%-6%,居群间基因流(Mm)为1.015-4.267。麻栎居群-栓皮栎居群、白栎居群-短柄袍栎居群间均存在着强烈的基因交流,基因流(Nm)1.634-4.267,居群间的变异率相对较低(6%-13%)。其它异种居群间基因流(Nm)值相对较低,居群间变异率为14%-20%。iii聚类结果表明,白栎居群和部分短柄袍栎居群出现了明显的种内分化和种间变异,种间差异缩小。部分栎树个体表现出较高程度的种间分子变异。江苏紫金山白栎居群(ZJ-F)显示出强烈的种间变异,与江苏紫金山短柄袍栎居群(ZJ-B)构成了潜在的种间基因渐渗高发群体。(5)栎树种间基因渐渗。4块样地共检出栎树种间基因渐渗现象24例(6.67%),其中,1个个体疑似为杂交一代个体。种间基因渐渗全部集中于麻栎-栓皮栎、栓皮栎-短柄袍栎、白栎-短柄袍栎等3个种对间。白栎-短柄袍栎间的比例最高(10.83%),栓皮栎-短柄袍栎间的比例最低(1.71%)。在麻栎-白栎、麻栎-短柄袍栎、栓皮栎-白栎等3个种对间未检出基因渐渗现象。结果显示基因渐渗现象在同组内的栎树种间普遍存在,不同组栎树间能够发生种间基因渐渗现象,但不是普遍现象。
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