中国北方广布树种油松的谱系地理学研究

论文摘要

中国北方的裸子植物在第四纪气候反复变化过程中的分布动态一直没有很好的研究。本论文拟研究广布于中国北方的特有松科树种——油松的谱系地理学,进而阐述其种群分布历史。由于松科植物的线粒体基因组通过种子传播,具有母系遗传特性;而叶绿体基因组通过花粉传播,具有父系遗传特点。本文选取了线粒体DNA（nad5内含子1区域以及nad4内含子3区域）和叶绿体DNA（rpl16以及trnS-trnG）的序列变异研究30个天然油松种群的谱系遗传结构。所研究的291个油松个体中存在有6种线粒体单倍型和5种叶绿体单倍型。线粒体DNA群体遗传特征上表现为:种群分化指数(GST=0.738,NST=0.771)高,基因流低,和谱系结构(NST＞GST,P＜0.05)明显。根据线粒体单倍型空间分布可将所有的种群划分为5个组:（1）由7个位于西北地区的种群所组成;（2）由15个以北方为分布中心的种群所组成;（3）由5个分布于南部和东部的种群所组成的;（4）由一个位于中部和一个位于西部的种群所组成和（5）由一个位于北方的种群组成。每个组与其他组之间都有明显不同的主导单倍型。如果组间具有相同的单倍型,则在其中一个组中出现的频率一定很低。这些结果表明:很可能在最后一次冰期（LGM）,由于油松的生境片状化形成了不同冰期避难所,残留在避难所的祖先种群进而繁衍出油松目前每个组中的大部分个体。根据这些结果,并结合其它证据,大致推测了最后一次冰期避难所的可能位置。此外,通过对第二组2个亚组——南北亚组的线粒体单倍型多样性比较表明:北亚组种群内和种群间的分化都很小,而南亚组则具有较高的种群间分化。虽然不能排除其它的可能原因,这种差异表明:存在于第二组的南部避难所祖先种群在冰期后在北方区域内发生了一个由南向北的扩散过程。叶绿体的群体遗传特征上具有明显的谱系结构(GST=0.188＜NST=0.471,P＜0.05),但是两种主要单倍型存在多数种群中,从而导致种群间的遗传分化很小;这很可能是因为叶绿体DNA通过长距离扩散的花粉传播,从而使种群间的分化不很明显。虽然5种叶绿体单倍型的分布不能全面地阐述油松的种群分布历史,但是它还是揭示了该种在冰期时至少存在一个以上的冰期避难所。总之,研究结果支持油松在中国北方有多个冰期避难所存在的假说。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 谱系地理学（Phylogeography）的概念
• 1.2 谱系地理学中的分子生物学技术
• 1.3 植物谱系地理的研究
• 1.4 研究的材料和意义
• 2 材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 样品的采集
• 2.3 总DNA的提取
• 2.4 PCR扩增及扩增产物纯化
• 2.5 序列测定
• 2.6 数据分析程序
• 3 研究结果
• 3.1 线粒体单倍型变异及其分布
• 3.2 叶绿体单倍型变异及其分布
• 3.3 种群内和种群间的遗传变异
• 4 讨论
• 4.1 线粒体和叶绿体DNA多样性
• 4.2 冰期避难所以及冰期后扩张
• 4.3 主要结论
• 参考文献
• 致谢