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中国特有属植物——马蹄香（Saruma henryi Oliv.）的分子谱系地理学与遗传多样性研究

作　者: 周天华
导　师: 赵桂仿
学　校: 西北大学
专　业: 植物学
关键词: 马蹄香 分子谱系地理学 遗传多样性 遗传分化 居群 ISSR cpSSR atpB-rbcL
分类号: Q943
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


马蹄香(Saruma henryi Oliv.),属马兜铃科(Aristolochiaceae),马蹄香属(Saruma),多年生直立草本。该属为典型的华中分布型特有属,仅含马蹄香(Saruma henryi Oliv.)一个种,在植物区系研究上占有重要的地位,还具有一定的药用价值,是国家级重点保护植物。由于草本植物有较短的生活周期以及对环境变化的敏感性,可以更好地揭示第四纪冰期以来植物居群变化的历史过程,因此本文选择马蹄香为研究对象,通过对该植物的分子谱系地理学研究,旨在分析马蹄香的谱系地理结构,重建其进化历史,为研究华中地区植物多样性和特有型的形成机制提供参考；同时,为了更好地保护这种我国特有种质资源,本研究还首次对该属植物的遗传多样性进行了分析。本研究利用12个叶绿体微卫星(cpSSR)位点对采自马蹄香整个分布区内的16个居群290个个体进行了检测；另外,对取自各居群的78各个体的叶绿体基因组atpB-rbcL非编码区的序列变异进行了检测和分析。两种标记的分析结果都表明：马蹄香在物种水平上遗传多样性丰富(HT=0.939 for cpSSR,HT=0.862 for atpB-rbcL)；居群遗传分化显著(HS=0.182,GST=0.91,RST=0.81,FST=0.93 for cpSSR；HS=0.238,GST=0.724,NST=0.758,FST=0.79 for atpB-rbcL)；存在明显的谱系地理结构(RST>GST,P<0.01,for cpSSR；NST>GST,U=0.25,for atpB-rbcL)。同时,两种标记各检测出11种单倍型,单倍型分布的特点均表明马蹄香在冰期曾避难于秦岭、巴山、云贵高原南缘等多个避难所。NCA巢式支系分析揭示,现今马蹄香谱系地理分布格局的形成有多个方面的原因：首先,种子的散播机制和马蹄香分布区复杂的地形因素造成的有限的基因流是其显著地理谱系形成的主要原因；其次,历史上的片段化和异域片段化对马蹄香现今分布格局也产生重大影响,该过程在马蹄香的分布区曾普遍发生过,尤其以长江以南各居群最为明显；再次,在秦岭山脉和巴山山脉的东段曾经发生过从避难所向毗邻地区的扩张；最后,马蹄香存在着显著的从西南向东北迁移的趋势。采用简单重复序列间隔区(ISSR)分子标记对14个马蹄香自然居群共255个个体的遗传多样性及居群遗传结构进行了研究。16个ISSR引物共检测到175个位点,其中129个为多态位点,占73.71%(ppb)。POPGENE分析结果表明：马蹄香在物种水平上遗传变异丰富(Nei’s基因多样性指数h=0.2658,Shannon指数I=0.3928)；但在居群水平上的遗传多样性较低(ppb=23.45,h=0.0831,I=0.134)。Nei’s遗传多样性分析和AMOVA分析表明,大部分的遗传变异发生在居群间,各居群间产生了显著的的遗传分化(GST=0.63,FST=0.67),居群间基因流低(Nm=0.29)。NJ聚类分析表明,14个居群依据遗传距离可分为秦岭、巴山和长江以南三大支。马蹄香独特的遗传结构是其自交为主的繁育系统、生境片段化、地理隔离以及克隆生长等因素共同影响的结果。基于马蹄香的遗传多样性现状和其相应的居群遗传结构,我们提出以就地保护为主的保护策略。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
第一章 绪论  9-25
  1.1 马蹄香属的研究背景  9-10
    1.1.1 马蹄香生物学特征  9
    1.1.2 马蹄香的生存现状  9-10
    1.1.3 马蹄香属的研究现状  10
  1.2 本研究的主要内容及意义  10-11
    1.2.1 研究内容  10-11
    1.2.2 本研究的意义  11
  1.3 分子谱系地理学  11-14
    1.3.1 分子谱系地理学的概念和内涵  12
    1.3.2 植物分子谱系地理学的研究方法  12-13
    1.3.3 分子谱系地理学的研究进展  13-14
  1.4 遗传多样性与遗传结构  14-20
    1.4.1 遗传多样性  15-16
    1.4.2 遗传结构  16-19
    1.4.3 植物遗传多样性的研究方法  19-20
  1.5 本研究所涉及的DNA分子标记技术  20-25
    1.5.1 分子标记技术简介  20-21
    1.5.2 ISSR分子标记及其在遗传多样性研究中的应用  21-22
    1.5.3 cpSSR及其在植物中的应用  22
    1.5.3 叶绿体微卫星(choroplast simple sequence repeats,cpSSR)分子标记  22-23
    1.5.4 叶绿DNA序列分析技术及其应用  23-25
第二章 马蹄香的分子谱系地理研究  25-54
  2.1 材料与方法  25-28
    2.1.1 材料  25-26
    2.1.2 马蹄香总DNA的提取  26-28
  2.2 基于叶绿体微卫星(cpSSR)的谱系地理分析  28-40
    2.2.1 cpSSR扩增与检测  28-30
    2.2.2 cpSSR数据统计与分析  30-32
    2.2.3 cpSSR分析结果  32-40
  2.3 基于atpB-racL 序列分析的谱系地理研究  40-49
    2.3.1 材料和方法  40
    2.3.2 数据分析  40-43
    2.3.3 结果  43-49
  2.4 本章讨论  49-54
    2.4.1 遗传多样性与种群分化  49
    2.4.2 冰期避难所  49-51
    2.4.3 单倍型地理分布模式和现今谱系地理局形成原因  51-54
第三章 马蹄香的遗传多样性与遗传分化的ISSR分析  54-65
  3.1 材料与方法  54-55
  3.2 数据统计与分析  55-56
  3.3 结果与分析  56-61
  3.4 讨论  61-65
    3.4.1 马蹄香的遗传多样性  61-62
    3.4.2 马蹄香的遗传结构  62-63
    3.4.3 马蹄香的保护  63-65
参考文献  65-78
附录  78-79
致谢  79-80

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中图分类: > 生物科学 > 植物学 > 植物细胞遗传学
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