紫茎泽兰的遗传多样性及其种群结构分析

论文摘要

紫茎泽兰Ageratina adenophora是我国危害最严重的恶性外来入侵杂草之一,隶属于菊科泽兰属,原产于墨西哥至哥斯达黎加一带,现广泛分布于世界热带、亚热带30多个国家和地区并已在多个国家造成危害。该杂草于20世纪40年代由中缅边境传入我国,目前在我国西南地区,特别是云南省广泛分布,且正以每年几十公里的速度向我国北方地区入侵。其入侵之处常导致生态系统组成和结构的完全改变,破坏生物多样性,并严重影响土地的利用,从而对入侵地区的生态、经济和社会造成重大损失。本研究利用分子标记技术从核DNA和叶绿体DNA角度研究了入侵我国的紫茎泽兰种群的遗传多样性和种群结构,揭示了入侵我国的紫茎泽兰种群间可能存在的遗传变异,并对该杂草在我国的传播扩散路径进行了推测,探讨了我国境内的紫茎泽兰入侵来源、入侵路线和方式,为有效控制和阻击该杂草提供了理论依据和遗传背景。主要结果如下: 1. 简单系列重复（SSR）在菊科植物中具有一定的保守性。从向日葵基因组DNA中开发的SSR引物难以在紫茎泽兰基因组DNA中找到靶标系列,两者间很难找到可共用的SSR引物。 2.ISSR是分析紫茎泽兰遗传多样性的有效分子标记。100条所筛选的ISSR引物中有51条在紫茎泽兰基因组DNA中出现扩增产物。含（AG）和（GA）系列的引物大多能在紫茎泽兰中获得清晰的扩增产物,而含（AT）和（TA）系列的引物却难以得到目标产物:五碱基重复系列引物和混合基元引物在紫茎泽兰中未能得到任何扩增产物或扩增产物弥散,显示了不同微卫星系列在紫茎泽兰基因组中的分布差异。所筛选的ISSR引物中有20条在不同地区的紫茎泽兰DNA样品中呈现多态性,其中二碱基重复系列引物16条,三碱基和四碱基重复系列引物各2条。20条ISSR多态性引物在64个样点的紫茎泽兰中共扩增出577个条带,其中多态性条带479个,占总条带数的83%,说明入侵我国的紫茎泽兰具有丰富的遗传多样性。不同类型的ISSR引物在紫茎泽兰中的扩增能力不同,5’锚定引物所扩增的平均多态性条带数少于3’锚定引物;二、三和四碱基重复系列引物在紫茎泽兰中所产生的平均条带数分别为28、28和35;由含（AG）和（GA）系列引物产生的条带数和多态性条带数分别为251个和220个,各占其总数的43.5%和46%。 3.由于不同地区生态条件的差异,在不同气候和生境长期作用下的紫茎泽兰在核DNA水平上已形成了一定程度的遗传分化。利用12条ISSR多态性引物在32个紫茎泽兰地理种群的256个植株中共扩增出446个条带,其中多态性条带占93.5%,99%的个体显示了独特的ISSR指纹图谱。AMOVA、Wright’s F-统计量、Shannon’s指数、Nei’s基因多样性等分子生态统计参数均显示入侵我国的紫茎泽兰存在一定程度的遗传分化,AMOVA分析中FST=0.3140,Wright’s F统计量中GST=0.3453,Shannon’s信息指数中Hpop=0.2330,Nei’s基因多样性指数中HE=0.1541。各种群的Noi’s基因多样性处于0.1244至0.2041之间,Shannon’s信息指数在0.1873至0.3086之间。种群水平和物种水平的平均Nei’s基因多样性分别为0.1541±0.0193和0.2354±0.0265,Shannon’s信息指数分别为0.2330±0.0289和0.3716±0.2194。就地区水平而言,广西的紫茎泽兰种群遗传变异最大,四川的种群遗传变异最小。对上述32个紫茎泽兰种群的叶绿体DNA多态性分析表明,入侵我国的紫茎泽兰叶绿体DNA进化速度非常缓慢。18对选择的叶绿体DNA PCR扩增引物中有14对在紫茎泽兰中得到有

论文目录

• 第一章 生物入侵过程中的遗传变异（综述）
• 1.1 物种遗传多样性
• 1.1.1 遗传多样性的概念及研究意义
• 1.1.2 遗传多样性的产生及影响因素
• 1.1.3 遗传多样性研究中的遗传标记
• 1.2 植物遗传多样性研究中的分子标记技术
• 1.2.1 基于Southern杂交的限制性片段长度多态性分析技术
• 1.2.2 基于PCR技术的分子标记
• 1.2.3 基于DNA系列的分子标记
• 1.2.4 几种类型的分子标记技术的简单比较
• 1.3 分子标记技术在生物入侵研究中的应用
• 1.4 ISSR标记及其在入侵植物研究中的应用
• 1.4.1 ISSR标记原理
• 1.4.2 ISSR标记的优点与不足
• 1.4.3 ISSR标记实验操作
• 1.4.4 ISSR标记在入侵植物研究中的应用
• 1.5 外来入侵杂草—紫茎泽兰的研究进展
• 1.5.1 紫茎泽兰的分布范围及可能扩散的区域
• 1.5.2 有利于紫茎泽兰入侵的生物学特性
• 1.5.3 紫茎泽兰入侵扩张的化感作用
• 1.5.4 紫茎泽兰的防治
• 1.6 紫茎泽兰遗传多样性研究的目的与意义
• 第二章 向日葵SSR引物在紫茎泽兰中的通用性研究
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 基因组DNA的提取和纯化
• 2.1.2 DNA浓度及纯度的检测
• 2.1.3 向日葵SSR标记引物的获得
• 2.1.4 SSR引物PCR反应体系的建立与优化
• 2.1.5 向日葵SSR引物在紫茎泽兰中的通用性
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 DNA提取方法的比较
• 2.2.2 向日葵基因组DNA PCR反应条件的优化
• 2.2.3 SSR引物在紫茎泽兰中的通用性
• 2.2.4 引物ORS1015在紫茎泽兰DNA中扩增体系优化
• 2.3 讨论
• 第三章 紫茎泽兰ISSR反应体系的优化与引物筛选
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 供试材料
• 3.1.2 ISSR引物的设计与选择
• 3.1.3 紫茎泽兰ISSR标记体系的建立
• 3.1.4 紫茎泽兰ISSR标记体系的优化
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 PCR各反应条件对紫茎泽兰ISSR-PCR扩增的影响
• 3.2.2 紫茎泽兰ISSR标记的引物筛选
• 3.3 讨论
• 第四章 紫茎泽兰遗传多态性的ISSR标记分析
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 样品的采集与保存
• 4.1.2 不同地区紫茎泽兰样本的室内种群建立
• 4.1.3 DNA提取
• 4.1.4 ISSR-PCR扩增
• 4.1.5 数据统计与分析
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 ISSR-PCR反应条件
• 4.2.2 ISSR-PCR扩增模式及多态性水平
• 4.2.3 ISSR-PCR聚类分析和主坐标分析（PCOA）
• 4.3 讨论
• 第五章 紫茎泽兰叶绿体DNA多态性研究
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 植物材料与DNA提取
• 5.1.2 引物来源
• 5.1.3 紫茎泽兰叶绿体DNA PCR-RFLP反应体系的建立
• 5.1.4 紫茎泽兰叶绿体DNA PCR反应体系的优化
• 5.1.5 扩增产物检测与酶切
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 紫茎泽兰叶绿体DNA PCR反应体系的建立
• 5.2.2 紫茎泽兰叶绿体DNA PCR反应体系的优化
• 5.2.3 叶绿体DNA通用引物在紫茎泽兰中的扩增
• 5.3 讨论
• 第六章 紫茎泽兰种群结构研究
• 6.1 材料与方法
• 6.1.1 植物材料与DNA提取
• 6.1.2 紫茎泽兰种群的ISSR-PCR扩增和电泳
• 6.1.3 数据的统计与分析
• 6.2 结果与分析
• 6.2.1 紫茎泽兰种群的遗传多样性
• 6.2.2 不同地区紫茎泽兰的种群结构
• 6.2.3 不同海拔地区紫茎泽兰种群的遗传变异
• 6.3 讨论
• 第七章 紫茎泽兰在中国的传播扩散模式推测
• 7.1 材料与方法
• 7.1.1 聚类分析与入侵路径推测
• 7.1.2 种群的地理隔离与蒙特尔检验
• 7.2 结果与分析
• 7.2.1 中国紫茎泽兰种群的系统聚类与分布格局
• 7.2.2 紫茎泽兰种群的地理隔离分析
• 7.2.3 紫茎泽兰在我国的传播和扩散路径推测
• 7.3 讨论
• 第八章 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 本文的创新之处
• 8.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 附录