海三棱藨草的物种生物学和遗传结构研究

【摘要】海三棱藨草[ScirpusxmariqueterTang&F.T.Wang=Bolboschoenusplaniculmis(F.Schmidt)T.Koyama]是滩涂的先锋物种,分布于长江口和杭州湾的潮间带。本文对海三棱藨草的分类学疑点、种群遗传结构和有性繁殖策略进行了综合研究。内容包括四部分：1)利用AFLP分子标记检验了海三棱藨草是否为杂交起源；2)基于核糖体基因的ITS序列对海三棱藨草及其近缘种的亲缘关系进行分析；3)通过分析遗传变异的空间分布格局及其影响因子,探讨了河口异质生境对其遗传结构的影响；4)利用杂交实验对海三棱藨草和扁秆藨草[Scirpusplaniculmis=Bolboschoenusplaniculmis(F.Schmidt)T.V.Egorova]的有性繁殖策略作初步探讨,并通过种间杂交进一步理解这两个种的亲缘关系。1)AFLP分子标记推断海三棱藨草与其潜在的亲本扁秆藤草和藨草[ScirpustriqueterL.=Schoenoplectustriqueter(L.)Palla]之间的关系。研究发现,海三棱藨草与藨草之间的遗传距离(0.41士0.026)远高于海三棱藨草与扁秆藨草之间(0.09士0.013)；邻接树显示藨草为一个清晰的单系类群,该结果否定了海三棱藨草的杂交起源,不支持海三棱藨草为属间杂交种,×Bolboschoenoplectusmariqueter(Tang&F.T.Wang)Tatanov。邻接树和基于STRUCTURE分析的聚类图都表明海三棱藨草与藨草差异显著,而与扁秆藨草亲缘关系更加密切,但两者明显属于两个不同的分类群。2)克隆并测定了来自欧洲、亚洲、北美和澳大利亚等地区的与海三棱藨草关系密切的藨草属植物10种的ITS序列,结果表明：(1)来自东亚、欧洲和澳大利亚的B.planiculmis类群具有完全一致的ITS序列；(2)B.planiculmis和Bmaritimus尽管序列差异小,但仍是有区别的分类群；(3)来自中国的B.yagara与来自欧洲的B.laticarpus具有一致的序列,大量简并位点的存在暗示该类群可能为杂交起源：而来自欧洲的B.yagara则与来自韩国的B.fluviatilis聚类为一个亚支；这两种类型可能同属于B.fluviatilis复合类群；(4)ITS序列还表明S.xmariqueter具有3个区别于B.planiculmis复合类群及B.fluviatilis复合类群的特异性碱基位点,使之单独构成一个亚支,该结果支持S.xmariqueter为独立的分类群。3)植物的繁育系统、生态因素和基因流等作用最终决定了种群的遗传变异分布格局。本研究对覆盖海三棱藨草完整分布区的14个亚种群、共641个体进行了AFLP分析。(1)与其它植物的AFLP分析相比,海三棱藨草种群具有中等水平的遗传多样性(PLP：49.3～66.8%；Ht=0.2101,Hw=0.1773；hs：0.1312～0.1771),这可能与其混合繁殖系统(克隆繁殖和有性繁殖)有关。(2)FLOCK分析将所有海三棱藨草个体分为13个遗传类型；个体指派检测发现亚种群之间存在大量的繁殖体交流,而且存在长距离扩散(>100km)；亚种群之间的最小生成树图也显示亚种群之间有密切联系,并表明处于长江口和杭州湾交汇处的南汇(NH)是最关键的亚种群。(3)Mantel检验表明,长江口和杭州湾的13个亚种群之间并不存在显著的距离隔离(R2=0.0404,P=0.065),该结果很可能是由于亚种群之间频繁的交流和长距离扩散的存在而造成。(4)亚种群之间具有相对较高的遗传分化水平(FST=0.1875),不同的统计方法均得出相似的结果；不同的亚种群拥有不同的遗传类型组成以及较高的遗传分化水平暗示着在河口生境异质性的背景下可能有本地适应发生,通过对遗传类型的选择而降低了基因流的作用。(5)长江口与杭州湾的4个分支中,同一分支内盐度及受潮汐的影响从上游到下游逐渐增强,即受到干扰的程度不断增强；通过检测不同地理位置的亚种群的Shannon-Weiner多样性指数,结果表明中等水平的干扰能容纳更多的遗传类型。4)繁育系统的检测显示,海三棱藨草和扁秆藨草均雌蕊先熟,但自交结实性分析表明两个种能够分别自交亲和。种间杂交实验表明海三棱藨草和扁秆蔗草杂交能够产生种子,且本研究开发的SSR引物验证了种间杂交成功。这些结果都支持了两个种有非常近的亲缘关系。
【作者】杨梅；
【导师】吴千红；张文驹；
【作者基本信息】复旦大学，生态学，2010，博士
【关键词】海三棱藨草；AFLP；ITS序列；Bolboschoenusplaniculmis问题类群；遗传结构；扩散；异质生境；杂交实验；自交亲和；

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