红花玉兰形态变异居群遗传与种间关系研究

论文摘要

红花玉兰是马履一、王罗荣等在湖北五峰发现的木兰科新种,因其分布地域的特殊性,分布范围的狭窄性,数量的稀缺性,种群的濒危性,以及极高的观赏价值与巨大的经济价值,急需进行抢救性研究。本文主要对红花玉兰种质资源的分布、形态变异、居群遗传多样性与遗传分化以及红花玉兰与其它木兰科植物种间的亲缘关系进行了研究,以期为红花玉兰种质资源的保护、分类地位的进一步确定、演变关系的分析、新品种的选育以及开发利用提供理论依据。本文对红花玉兰野生种质资源进行了调查,对其丰富的形态变异进行了观测,并依据其自然分布的格局进行了居群划分;采用ISSR与SRAP两种分子标记方法,琼脂糖与聚丙烯酰胺凝胶两种凝胶电泳方式,4种显性标记数据分析方法,分析了红花玉兰居群遗传特征。利用ISSR、SRAP标记与核糖体DNA内转录间区(ITS)序列对红花玉兰与木兰科其它种的亲缘关系进行了分析。野外调查表明,红花玉兰主要分布在湖北省五峰县中西部及其与长阳县交接地域,呈狭域分布,为三峡地区特有种;野生红花玉兰大多分布在海拔1400～1800m的山腰、山坡与山脚,因人类活动影响,呈散生或居群分布。形态观测表明,野生红花玉兰种群存在丰富的变异类型,包括花型、花被片数目、花被片颜色、花被片形状及其它变异等。居群遗传分析表明,红花玉兰居群中保持有较高的遗传多样性,平均多态位点百分率为86.2%,总基因多样度为0.3137,平均居群内基因多样度为0.2821;居群间的遗传分化较小,FST为0.1008,表明只有10.08%的遗传变异分布于居群间,而89.92%的遗传变异分布于居群内。为红花玉兰的保护、优良品系的选择提供了丰富的物质基础与实施策略。种间关系分析ISSR与SRAP标记均表明,红花玉兰与白玉兰、多瓣白玉兰、武当木兰的亲缘关系较近。ITS序列分析表明,红花玉兰与望春玉兰、武当木兰亲缘关系较近。木兰科植物种内ITS序列不同克隆间差异明显,结合染色体计数资料分析,由此推断木兰科内可能存在网状进化关系。根据红花玉兰居群遗传多样性水平较高,居群间遗传分化较小的特点,提出红花玉兰的保护策略,对红花玉兰的保护应以保护与维持现有居群高水平的遗传多样性为核心,原地保护与异地保护并重。在原地保护中,尽量保持现有居群的完整性,采取野生植株保护与栖息地保护并重的方略。迁地保护中,结合其为优良观赏树种的特性,大力发展红花玉兰产业,使红花玉兰种群在开发应用中发展壮大。本文系统进行了分子标记方法及统计分析方法的比较研究。文中优化了ISSR标记方法,分析了ISSR标记与SRAP标记、琼脂糖凝胶与聚丙烯酰胺凝胶以及平方根(SR)法、Lynch & Milligan(LM)法、Bayes法与基于条带表型的AMOVA法4种显性标记统计分析方法在红花玉兰居群遗传分析中的优缺点,提出了SRAP标记可能为目前最适宜的居群遗传分析显性分子标记种类;聚丙烯酰胺凝胶是推荐选用的最佳的分离介质;Bayes法是最适合的显性标记分析方法。为居群遗传分析显性标记实验、分析方法统一平台的构建提供依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 本论文研究的背景
• 1.2 木兰科植物研究进展
• 1.2.1 木兰科系统分类学研究
• 1.2.2 木兰科的分子系统学研究
• 1.2.3 木兰科居群遗传与保护研究
• 1.3 本文主要研究的内容及目的意义
• 1.4 研究的技术路线
• 2 研究的理论基础
• 2.1 居群遗传学理论
• 2.2 分子标记理论
• 2.2.1 分子标记的优越性
• 2.2.2 居群遗传研究中使用的DNA分子标记种类
• 2.2.3 居群遗传学研究中分子标记的选择
• 2.3 分子标记统计分析理论
• 2.3.1 基因与基因型频率
• 2.3.2 显性标记估计基因频率的方法
• 2.3.3 显性标记居群遗传分析常用的软件
• 2.4 分子进化与系统发育理论
• 2.4.1 分子系统学研究方法
• 2.4.2 目的基因的选择
• 2.4.3 核糖体DNA内转录间区（ITS）序列在系统发育中的应用
• 2.5 保护生物学理论
• 2.5.1 功能原理
• 2.5.2 伦理原理
• 3 材料与方法
• 3.1 红花玉兰种质资源调查
• 3.1.1 分布状况调查
• 3.1.2 居群划分
• 3.1.3 红花玉兰形态变异分析
• 3.1.4 五峰分布的其它玉兰种
• 3.2 红花玉兰居群遗传分析实验
• 3.2.1 植物材料
• 3.2.2 基因组总DNA的提取
• 3.2.3 ISSR标记实验
• 3.2.4 SRAP标记实验
• 3.2.5 谱带记录与数据分析
• 3.3 种间关系分析实验
• 3.3.1 植物材料
• 3.3.2 ISSR与SRAP标记
• 3.3.3 数据处理方法
• 3.4 ITS分析实验
• 3.4.1 植物材料
• 3.4.2 基因组总DNA提取
• 3.4.3 PCR扩增ITS序列
• 3.4.4 PCR扩增片段的克隆与测序
• 3.4.5 序列数据处理
• 4 结果与分析
• 4.1 红花玉兰的形态特征及其变异
• 4.1.1 红花玉兰形态特征
• 4.1.2 红花玉兰形态变异
• 4.2 红花玉兰的分布
• 4.2.1 零星单株分布
• 4.2.2 居群连片分布
• 4.2.3 伴生的其它玉兰类树种
• 4.3 ISSR反应体系的优化
• 4.3.1 各因素对PCR反应的影响
• 4.3.2 ISSR-PCR反应各因素的最佳水平组合
• 4.3.3 引物筛选与适宜退火温度确定
• 4.3.4 小结
• 4.4 红花玉兰居群遗传分析
• 4.4.1 红花玉兰居群的遗传多样性
• 4.4.2 居群间的遗传分化
• 4.4.3 居群间的遗传距离
• 4.4.4 居群间的聚类
• 4.4.5 两种标记方法与两种凝胶电泳方式结果间的相关性
• 4.4.6 小结
• 4.5 红花玉兰与其它木兰科种的种间关系分析
• 4.5.1 种间的遗传相似度
• 4.5.2 种间关系聚类分析
• 4.5.3 两种标记方法间的相关性
• 4.5.4 小结
• 4.6 nrDNA ITS序列分析
• 4.6.1 克隆ITS片段的检测与挑选
• 4.6.2 ITS序列长度与G、C含量
• 4.6.3 各克隆ITS序列聚类
• 4.6.4 ITS全序列分析
• 4.6.5 5.8S 序列分析
• 4.6.6 小结
• 5 讨论
• 5.1 红花玉兰居群遗传分析
• 5.1.1 分子标记类型的选择
• 5.1.2 凝胶电泳方式选择
• 5.1.3 统计分析方法的选择
• 5.1.4 红花玉兰居群的遗传特征
• 5.2 居群遗传多样性及遗传分化的保护学
• 5.2.1 遗传多样性水平
• 5.2.2 居群的遗传结构
• 5.2.3 居群遗传特征的保护学内涵
• 5.3 种间关系分析
• 5.3.1 红花玉兰与木兰科其它种间的相似度
• 5.3.2 形态差异与遗传相似度
• 5.3.3 分析方法间的相关性
• 5.3.4 木兰科植物的网状进化
• 6 结论与展望
• 6.1 主要研究结论
• 6.2 展望
• 附录Ⅰ ITS 序列
• 附录Ⅱ部分凝胶电泳图片
• 参考文献
• 作者简介
• 导师简介
• 在读期间发表的论文
• 致谢