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长期以来,栎树(即壳斗科栎属所有物种)因其物种界限混乱而备受关注。物种间繁殖隔离发育的不完全使得众多研究者对传统的物种概念在栎属中的应用产生了质疑。然而,正是由于其种间杂交的属性,栎树至今仍然是人们大量研究的对象,并在物种概念的发展、物种形成和进化的研究中扮演了重要角色。随着分子技术在描述多样性和物种特征上的应用,分子标记开始用于刻画栎树特征以及检测物种在分子水平的分化程度。不少研究者利用分子标记确定了一些近缘栎树的物种地位。此外,大量的分子研究和花粉化石记录表明,当前西欧栎树的分布和种群遗传结构在很大程度上受到第四纪冰期的影响。
在中国,对于辽东栎和蒙古栎这两个分类群的物种地位问题存在很大争议。由于栎树的形态特征高度可塑,以及辽东栎和蒙古栎在同域内可能大量杂交,许多研究者并不接受辽东栎作为一个独立的物种。本研究试图通过分子标记手段研究辽东栎和蒙古栎在基因组水平上的差异,从而确定二者在分类上的地位。利用19对高度多态的核基因微卫星(nrSSR)引物和四对扩增片段长度多态(AFLP)引物结合得到的226条带(其中包括194条多态片段)对中国北部以及俄罗斯远东地区锡霍特山南部总共41个栎树种群的1166个个体进行了种间和种内遗传分化程度的研究。根据形态特征(如苞片瘤状突起,树皮等),这些栎树种群被定义成辽东栎种群或者蒙古栎种群,如果大多数个体不易分辨则被划为混交种群。最后确定了13个纯辽东栎种群,14个纯蒙古栎种群和8个混交种群;另外有三个地方,在同一片林中根据形态特征同时采到了这两个类群。研究发现,变异分级分析(AMOVA)和Fsr结果都表现出明显的种间分化,而且这种种间分化无论是在nrSSR还是在AFLP分析中都明显大于种内不同种群之间的分化。在以贝叶斯归类为基础的STRUCTURE软件分析中,nrSSR和AFLP结果都能很好的将所有个体分成明显的两大组,分别对应于辽东栎和蒙古栎两个分类群,大部分的个体都按照形态界定分到对应的分类群中;辽东栎进一步分为两个组:太行山及其以西的所有种群组成一个组,东北所有辽东栎种群组成另一个组;混交种群大部分个体也被很好的分到两个分类群,只有东灵山,泰山和崂山种群大部分个体都表现为中间状态。以个体间距离为基础的主轴分析和贝叶斯归类结果一致,即个体按照对应的分类群聚为两大类。以种群间距离为基础的UPGMA和NJ树也以很高的支持率将辽东栎和蒙古栎分成不同的组,而混交种群则处在这两组之间。nrSSR和AFLP数据在上述所有的分析中都表现出很高的一致性,但是AFLP有着更高的分辨率。本研究发现AFLP标记中存在一条辽东栎特征带,这条特征带在16个辽东栎种群中的存在频率达到95.6%,而在17个蒙古栎种群中的频率不到4%。此外,其他一些微卫星等位基因和AFLP标记也在频率上表现出很大的种间差异。所有这些结果表明,尽管辽东栎和蒙古栎在同域内(如东北和华北地区)存在着种间杂交,但是它们的基因组仍然保持着很大的分化,因此二者应该被看成不同的物种。
为了确定第四纪末次冰期对当前辽东栎和蒙古栎的分布以及种群遗传结构的影响,研究进一步采用母系遗传的叶绿体微卫星(cpSSR)和DNA序列对上述41个种群进行分析。利用6个多态cpSSR位点和trnQ-trnS序列的9个变异位点,共得到12个单倍型。辽东栎包含所有的单倍型,而蒙古栎只包含其中的6个单倍型。这些单倍型并没有表现出明显的谱系关系。所有单倍型的都呈现出明显的地理斑块状分布:大多数种群只有一个单倍型,同一单倍型或者相近的单倍型倾向于分布在邻近的种群。叶绿体基因组这种很强的种群间分化(辽东栎GST=0.863;蒙古栎GST=0.914)与橡子在鼠类搬运下进行有限的扩散相关。相比而言,以nrSSR和AFLP为基础的核基因标记在两个物种内都表现出很低的种群间分化,尤其是蒙古栎种群(AFLP:FST=0.009;nrSSR:FST=0.022)。贝叶斯分类和遗传距离树将辽东栎分为西部组和东北组。辽东栎相对蒙古栎较大的种群间分化(AFLP:FST=0.036;nrSSR:FST=0.043)主要受组间不同种群间分化的影响,组内种群间的分化非常低。核基因在物种内不同种群间的低分化可能和栎树这种风媒植物频繁的种群间花粉流有关。花粉种子传播比例在蒙古栎中为518.77(nrSSR)和1168.25(AFLP),在辽东栎中为149.19(nrSSR)和166.68(AFLP)。Mantel检验发现在两个物种中都有随着地理距离的增加种群间分化增加的趋势,而且这种趋势在辽东栎种群中更明显。叶绿体单倍型的分布和核基因组在两个物种中表现出来的遗传结构表明在末次盛冰期的时候,蒙古栎以长白山地区为主要避难所;东北的辽东栎种群在盛冰期的时候存在于长白山南端;西部的辽东栎种群则主要存在于秦岭避难。这一结果与Ren和Beug(2002)对一万年以来中国北纬30度以上的栎树花粉分布的研究结果相符本研究利用19个nrSSR位点和226条(包括194条多态)AFLP片段对辽东栎和蒙古栎的遗传多样性进行了分析。研究发现两个物种都有着较高的遗传多样性而且大部分的变异都分布在种群内而不是种群间,同时没有任何一个种群的有效种群大小受到瓶颈效应的影响。与蒙古栎(nrSSR:HT=0.760,HS=0.744.;AFLP:HT=0.196,HS=0.194)相比,辽东栎(nrSSR:HT=0.794,HS=0.762;AFLP:HT=0.206,HS=0.198)有着稍高的遗传多样性。辽东栎这种较高的遗传多样性主要体现在东北的辽东栎种群,可能是与蒙古栎种间杂交的结果。在辽东栎种群中分别用nrSSR和AFLP计算的遗传多样性指数之间存在着显著的相关性,表明这两种分子标记在比较种群遗传多样性方面有着高度的一致性;这种相关性在蒙古栎种群中并不存在。