中国北方野生杜梨的遗传多样性和谱系地理研究

【摘要】遗传多样性主要是指物种居群内存在的遗传变异。丰富的种内遗传多样性可以维持居群动态平衡,为物种的进化提供动力。野生种通常比栽培种包含更多的遗传变异,是育种过程中不可或缺的优良资源。杜梨(PyrusbetulaefoliaBunge)是最古老的梨属物种之一,而且可能是东、西方梨分化过程中的过渡类型。迄今为止,对杜梨遗传多样性方面的研究非常有限。本研究通过野外实地调查,结合cpDNA单倍型和基因组SSR分析对杜梨自然居群的遗传多样性和谱系地理进行了探讨,主要研究结果如下：1.杜梨在中国北方主要分布在32.94-39.74°N,107.54-119.16°E,海拔47-1545m的范围内,有4个集中分布地域,分别为子午岭、伏牛山、太行山和蒙山。不同地域间野生杜梨的叶片、果实和居群龄级结构差异较大,叶片形态多样性以河南省境内野生杜梨最高,同时其单果质量显著大于其他地域,而甘肃华池和宁县野生杜梨果实的单果质量和横纵径最小。杜梨自然居群主要由胸径为2.5-22.5cm的幼树和立木组成。2.基于叶绿体DNA基因间区trnL-trnF和accD-psaI的结果表明杜梨自然居群有着较高水平的遗传多样性(HT=0.826)。18个居群间存在着谱系地理结构(Nst>Gst,Gst<0.05),其遗传距离和地理距离呈现显著的相关性(r=0.587,P<0.001)。基于遗传距离的Neibour-Joining聚类树揭示了4个居群组合,分子变异分析(AMOVA)的结果表明杜梨遗传变异主要来自于居群内部,占总变异的56.67%,其余43.33%来自于居群之间。谱系地理分析的结果暗示杜梨居群曾经经历过快速扩张,这次扩张的时间大约发生在距今608000到204580年前。距离隔离导致的有限基因流和异域片段化是杜梨当前遗传多样性格局形成的重要原因。一些居群中独特单倍型的产生可能是由于祖先单倍型多态性的保留或杂交渐渗导致的。3.16对SSR引物均表现出较高水平的多态性；其中3对引物因为与其他位点呈现显著的连锁不平衡而在后续分析中排除。13个SSR引物每个位点上等位基因个数从3.4(CH01812)到10.4(MES122)不等,平均等位基因个数为7.1；不同位点间的平均有效等位基因数为4.10,其中最大值为5.94,最小值为1.77；平均观察杂合度和期望杂合度分别为0.687和0.702。STRUCTURE的结果显示杜梨居群可以划分为两个同源基因库,STRUCTURE结果和NJ聚类树暗示杜梨居群可以划分为3个居群组合；MIGRATE的计算结果表明东部及西部居群组合与中部居群组合间存在不对称的基因流。东部居群组合中遗传组成的显著变化可能是由于不对称的基因流或与栽培种杂交造成的。太行山脉对当前杜梨居群遗传多样性格局的形成起到了非常重要的作用。4.由于受到生态环境变化和人为砍伐等诸多因素的影响,杜梨自然居群的数量和居群中个体数量正在急剧减少,有必要对其进行科学的保护和利用。对于有较高水平遗传多样性的SABT(陕西省延安市宝塔区)、HNQS(河南省确山县)、GSZN(甘肃省正宁县)等居群,可以通过就地保护的方式进行优先保护；而且这3个居群中的个体可以作为砧木选育的首选对象。对于个体龄级构成多样化的HNWG(河南省舞钢市)、HNLB(河南省灵宝市)和HNLS(河南省卢氏县)等地的杜梨,可以在就地保护的基础上开展通过种子保存遗传多样性对其完整性影响的研究,关注居群产生的实生变异。
【作者】宗宇；
【导师】滕元文；
【作者基本信息】浙江大学，果树学，2014，博士
【关键词】杜梨；叶绿体DNA；简单重复序列；遗传多样性；谱系地理；资源保护；

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