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铃兰属(Convallaria)植物为多年生草本,隶属于天门冬科(Asparagaceae)。属下有Convallaria keiskei Miq.、Convallaria majalis Linn.、Convallaria montana Raf.3个种,分别分布于欧洲、亚洲、美洲温带地区。该属植物主要分布生境为各植被类型的林下、林下潮湿处或沟边。因其在园艺和天然药物方面的重要作用,在国内外被广泛种植。目前铃兰的研究主要聚焦于其化学成分与园艺,关于其群体遗传多样性与系统学相关研究未见系统报道。解析铃兰属内物种的群体遗传关系与系统发育历史是进一步进行种质创新和分子育种的必要基础。本研究通过SSR标记、比较叶绿体基因组学分析、生态位建模(ENM)、挥发性成分分析,结合群体遗传学的理论和方法来研究铃兰属的谱系分化和群体动态历史,主要研究结果如下:1、微卫星标记群体遗传学:对铃兰(Convallariakeiskei)转录组测序并进行微卫星扫描,得到16,228对可以用于设计微卫星引物的序列,合成其中80对引物进行筛选,得到20对SSR标记具有良好扩增效率。选择其中20对微卫星引物用于铃兰属12个群体共96个个体的群体遗传分析。群体遗传多样性显示:Hs的范围是0.372-0.608,平均值为0.537;HO的范围是0.349-0.738,平均值为0.650;HE的范围是0.354-0.588,平均值为0.518。主成分分析显示,铃兰属存在两个主要聚类;STRUCTURE分析显示,铃兰属群体的最佳分组值K为2,即铃兰属分为C.keiskei和C.majalis一个谱系,C.montana一个谱系,当K=3时,北美洲地区的两个物种(C.majalis、C.montana)内部分为2个基因池,IBD检测显示铃兰属群体存在显著的地理隔离效应。2、叶绿体基因组比较分析:对铃兰属3个物种5个个体的叶绿体基因组进行测序、比对与注释,得到5条长度在162,182bp至162,501bp范围内完整的叶绿基因组序列,ycf1存在于SSC/IRb的边界处,所以在SSC/IRa 区产生了一个假基因。在边界区域的收缩扩张分析中发现:基因组序列结构基本相同,在IRa处的轻微收缩扩增可能是由基因易位引起的。除了 LSC-IRa区域有所不同外,其他位置没有差异;分析5个铃兰叶绿体基因组全序列的差异,揭示了它们之间的序列具有高度相似性(>90%同一性)。在基因组序列中,反向重复区域的序列比LSC和SSC区域的序列存在更低的差异,表明铃兰叶绿体基因组是保守的。在个体序列中筛选了 81个基因座(36个编码基因,32个基因间隔区和13个内含子区域)。这些区域的核苷酸多样性(Pi)的范围为0.00065(ycf2)至0.08701(atpF-atpH),共有11个Pi>0.02;使用REPuter软件在5个铃兰叶绿体基因组中检测到74个前向、88个回文和15个反向重复共有177个重复。在所有个体中,有80.49%的重复序列大小范围为 30-39bp。密码子的数量范围从 54,060(C.majalis A69)到 54,165(C.montana A114)。数据显示5个个体叶绿体基因组中蛋白质编码基因的密码子数量范围为50,973至51,385,30个密码子的RSCU值大于1。在系统发育研究中,C.keiskei、C.majalis两个种的亲缘关系最近,在已知叶绿体基因组的天门冬科植物中,铃兰属与Rohdea chinensis亲缘关系最近。3、生态位模型:铃兰生态位模拟(ENM)显示,铃兰属三种植物潜在分布区与实际分布区较吻合,AUC值为0.954;在当前的气候条件下,C.majalis潜在分布区与实际分布区比较吻合。C.majalis在欧洲区域的预测分布区主要环波罗的海分布并向内陆延伸,与实际分布情况相符;在亚洲地区,C.keiskei主要分布于中国的东北、华北和部分西北(如甘肃、陕西等)地区,日朝韩也有少量分布;在北美洲地区,C.montana分布于阿巴拉契亚山脉东部地区。在末次盛冰期(LGM),映射模拟显示分布于欧洲地区的C.majalis向东部内陆地区转移;分布于北美地区的C.montana分布于滨海平原地区,C.keiskei在这个时期的分布在中国的华北和华东地区;在将来(2050)随着温室气体浓度的增加和气温逐渐的升高,铃兰的潜在分布将产生变化,适生区收缩,C.majalis在北美的适生区缩小,在欧洲地区的分布区域逐渐向北部的俄罗斯地区延伸,最适生境移至挪威地区,C.montana最适生境区域虽未发生迁移,但是适生区的面积急剧减少,C.keiskei分布于华北与华东地区,适生区范围明显收缩。4、铃兰花挥发性成分分析:利用顶空固相微萃取(SPME)技术对铃兰花的挥发性成分进行萃取,结合气质联用(GC-MS)将得到的各个组分与NIST11.L质谱数据库进行比对,选择NET>80的结果进行定性分析。经过初步研究,于铃兰花中共鉴定得到4大类23种化合物,包括4个烷烃类化合物、9个醇类化合物、6个酯类化合物和4个其他化合物,其中的致香因子为香茅醇。其他植物花的挥发性成分研究同样表明成分多以醇类和酯类为主。