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秦岭冷杉和巴山冷杉物种分化和谱系地理学研究

作　者: 王婧
导　师: 刘建全
学　校: 兰州大学
专　业: 生态学
关键词: 秦岭冷杉巴山冷杉异域邻域基因流突变速率遗传分化自然选择谱系地理物种界定
分类号: S791.14
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

揭示不同进化过程(如突变、随机遗传漂变、基因流和自然选择)对物种自然群体遗传变异及物种形成的影响一直都是进化生物学的基本议题之一。在本论文中,我们利用母系遗传的线粒体DNA片段(nad5 intron4和nad7 intron 1),父系遗传的质体DNA片段(trnS-trnG和trnL-trnF)和双亲遗传的扩增片段长度多态性标记(126个AFLP位点)对分布于秦岭及邻近山脉的两种冷杉(秦岭冷杉和巴山冷杉)进行物种分化和谱系地理学研究。根据秦岭冷杉和巴山冷杉明显的形态学差异,分类学家通常把它们归类到冷杉属不同的组中。因此,在本研究中,我们首先对两种冷杉基因组不同区域遗传变异与表型变异的一致性情况进行探讨。我们最先利用基因流速率不同的线粒体和质体DNA序列探讨其遗传变异在秦岭冷杉和巴山冷杉种内和种间的地理分布情况。在检测到的4个线粒体单倍型中,3个单倍型都广泛存在于两种冷杉的不同种群中。依据线粒体单倍型的地理分布式样我们推测在第四纪冰期时两种冷杉存在于多个避难所中,且它们的现代种群可能是冰期后从这些不同的避难所扩张后形成的。与线粒体DNA不同,质体DNA序列变异水平在两种冷杉中都相对较高,3个频率较高的质体单倍型广泛分布于两种冷杉的不同种群中,而其余21个稀少的单倍型则都具有物种特异性,尽管如此,质体DNA大部分遗传变异都存在于种群内,而物种间的变异却非常小。质体DNA序列变异的失配分析结果表明,秦岭冷杉和巴山冷杉都曾经历过快速的种群扩张。此外,通过网状进化分支分析我们推测两种冷杉共享的3个质体单倍型可能是祖先单倍型,而其余物种特有的单倍型则可能是在近期种群扩张过程中产生的。因此,我们推断两种冷杉之间表型与分子变异的不一致性主要是由于它们谱系筛选不完全且种间共享大量祖先遗传多态性所导致的。质体DNA相对较快的突变速率可能促使它们产生大量物种特有的单倍型,然而,这些单倍型的数量却十分稀少,这主要是因为秦岭冷杉和巴山冷杉物种分化历史较短,新突变产生的单倍型没有足够的时间在不同物种内固定的结果。所有数据联合模拟分析表明,两种冷杉细胞器基因组遗传多态性产生于最后一次大冰期前,主要是由于它们种群反复的收缩和扩张造成。此外,本论文还利用AFLP分子标记比较了异域和邻域分布环境下秦岭冷杉和巴山冷杉核基因组的遗传分化水平。对126个AFLP位点数据分析结果表明,两种冷杉在邻域地区种间遗传分化水平远远大于它们异域种群间的分化。此研究结果类似于之前对动植物中一些生态及生殖性状的研究所发现的“性状替换”现象,表明自然选择在核基因组水平上促进了秦岭冷杉和巴山冷杉邻域种群间的遗传分化。同时,基于两个全基因组扫描软件(DFDIST和BayeScan)对两种冷杉邻域地区的所有种群进行数据模拟分析,最终共确定有9个AFLP位点可能受到自然选择作用。由此推断在两种冷杉重叠分布的地区,自然选择可能促使它们发生生态位分化以减弱种间相互竞争作用。同时,自然选择还可以通过强化作用促进两种冷杉形成合子前生殖隔离,或仅仅促使它们适应各自不同的生态环境。总之,本研究结果表明突变速率、基因流大小、受遗传漂变和自然选择影响程度,以及种群历史动态等因素都会影响近缘物种基因组的遗传变异及物种分化过程。

秦岭冷杉和巴山冷杉物种分化和谱系地理学研究

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