论文部分内容阅读
自然杂交在生物界广泛存在,自然杂交可以导致物种形成及适应性渐渗,具有重要的进化意义。同时,自然杂交也可以通过群体湮没或遗传湮没导致物种灭绝,因此研究自然杂交对物种多样性保护具有重要意义。一些研究表明,生境干扰可以促进自然杂交,即“生境杂交”假说。一方面,生境干扰破坏种间原有生殖隔离,如地理隔离、季节隔离等,从而促进两物种杂交;另一方面,生境干扰为杂交体提供空白生境或新生态位。本研究利用红桦与“二倍体”红桦,即红桦复合群作为模型,通过比较生境干扰区与未干扰区的杂交率验证“生境杂交”假说。桦木属植物分布广泛,为风媒传粉的先锋物种,具有重要的生态及经济价值。“二倍体”红桦与红桦分布范围部分重叠,且“二倍体”红桦的分布海拔常高于红桦。研究表明,同域分布的“二倍体”红桦与红桦之间存在自然杂交现象。生境干扰居群,如LFG、BX、TBS、WLP、DY和QYS,以及生境未受干扰的天然林居群,如HHG、MYL、XMX、LHS、TZZ和DTX均发现存在“二倍体”红桦与红桦的早期杂交或回交个体。本研究在六个生境干扰居群中选取184个个体,其中21个来自LFG居群,41个来自BX居群,56个来自TBS居群,21个来自WLP居群,14个来自DY居群,31个来自QYS居群。另外,在六个生境未干扰居群中选取313个个体,其中75个来自HHG居群,60个来自MYL居群,30个来自XMX居群,25个来自LHS居群,76个来自TZZ居群,47个来自DTX居群。然后,利用16对核微卫星引物对上述12个居群的497份桦木样本开展分子标记。基于微卫星数据进行STRUCTURE分析和主坐标分析(principal coordinates analysis,PCO),推测种群遗传结构和种间杂交情况。同时,基于STRUCTURE结果,对生境干扰居群与未干扰居群的杂交率进行比较。此外,我们发现WLP、DY及QYS居群中存在45个遗传结构不同的未知个体。形态学上,对未知种、红桦、“二倍体”红桦及硕桦的叶形进行主成分分析(principal component analysis,PCA)。分子生物学上,一方面使用15对微卫星引物对未知种、红桦、“二倍体”红桦及硕桦进行分子标记,利用STRUCTURE软件分析四个物种的遗传结构;另一方面对四个未知种个体的内转录间隔区进行(internal transcribed spacer,ITS)测序,结合GenBank上下载的76条桦木属ITS序列构建系统发育树。主要研究结果如下:(1)基于微卫星数据的STRUCTURE分析表明,497份桦木样本分为三个聚类群,分别为红桦、“二倍体”红桦和未知种。(2)仅包含红桦和“二倍体”红桦的STRUCTURE结果表明,杂交系数q值为0.9时,生境干扰居群LFG、BX、TBS、WLP、DY与QYS中“二倍体”红桦与红桦早期杂交个体或回交个体所占比例分别为12/21、12/41、18/56、10/13、5/5和1/3。生境未干扰居群HHG、MYL、XMX、LHS、TZZ与DTX中早期杂交个体或回交个体所占比例分别为14/75、16/60、5/30、1/25、10/76和2/47。生境干扰居群的杂交率显著高于未干扰居群(P=0.010)。(3)未知种形态学分析表明,未知种成熟个体皮孔长度较红桦细长,且树皮沿皮孔呈条状剥落。相反,红桦树皮呈块状或薄层状剥落。叶形的主成分分析表明,未知种、红桦、“二倍体”红桦和硕桦间的叶形无明显差异。(4)基于未知种、红桦、“二倍体”红桦和硕桦微卫星数据的STRUCTURE结果表明,四个物种的遗传结构不同。当K=2时,未知种为一个聚类群,而“二倍体”红桦、硕桦和红桦聚为一类;当K=3时,未知种、“二倍体”红桦以及硕桦和红桦分别聚为一类。基于ITS序列的系统发育树表明,四个未知种个体单独聚为一枝,且系统发育树位置位于Acuminatae组中,与西南桦(B.alnoides)、长穗桦(B.cylindrostachya)、海南桦(B.hainanensis)和亮叶桦(B.luminifera)相邻。综上所述,生境干扰促进红桦与“二倍体”红桦杂交,原因可能是生境干扰产生了空白生境;结合形态学及分子生物学证据,我们提出桦木属一个疑似新种。