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沙冬青属(Ammopiptanthus Cheng f.)是亚洲中部荒漠特有的、中国西北部惟一的常绿阔叶植物,包括沙冬青(A. mongolicus Cheng f.)和矮沙冬青(A. nanusCheng f.)两个种。它们是当地植被中的建群种,对防风固沙、绿化荒漠有着重要的生态意义。然而,由于日益严重的荒漠化和人类活动的干扰,沙冬青经历了生境丧失与片断化,其分布范围不断减小,个体数量持续下降,两个种均已被列为国家珍稀濒危保护植物。为深入了解物种濒危机制和制定合理有效的保护策略,本研究采用等位酶和AFLP两种分子标记,分别研究了这两种濒危植物的遗传多样性和遗传结构,并且采用共显性的等位酶位点对两个物种的繁育系统进行了分析,最后简单介绍了沙冬青微卫星标记开发和初步筛选工作。主要结果如下:
1.采用超薄平板微型聚丙烯酰胺等电聚焦方法对矮沙冬青6个居群的种子材料进行等位酶分析,发现无论在物种水平(A=1.21,HE=0.040)还是居群水平(A=1.14,HE=0.036)上,矮沙冬青均具有低水平的遗传多样性,缺乏稀有等位基因和居群特有等位基因。对9个自然居群的叶片材料进行AFLP分析的结果进一步证实了这一濒危物种缺乏遗传变异。该物种在进化早期可能经历了奠基者效应或者遗传瓶颈,从而造成遗传变异基础极为贫乏。两种不同方法都揭示了矮沙冬青居群间存在显著的遗传分化,这与该物种有限的基因流密切相关;中等偏低水平的遗传分化意味着矮沙冬青居群在过去的分布较为连续。不同分子标记估计得到的遗传分化程度的差异与使用不同材料有关,也可能与等位酶比其它DNA分子标记更易于受到选择作用的影响有关。
2.对沙冬青14个居群的等位酶分析发现,尽管沙冬青也缺少稀有、特有等位基因,但是其遗传多样性(HE=0.104)明显高于矮沙冬青(HE=0.040),接近于特有种的平均水平。AFLP分析结果也同样表明沙冬青的遗传变异水平明显高于矮沙冬青。两种沙冬青遗传多样性的差异可能是由于沙冬青的地理分布范围远大于矮沙冬青。等位酶分析表明所有被检测的居群(种子)都表现出纯合子过量;然而根据家系分析估计得到的亲代近交系数明显小于0,说明现存居群中存在杂合子过多现象,这反映了自然条件下沙冬青由种子成长为成年植株的过程中,居群内存在强烈的杂合子选择优势。
等位酶多态位点的等位基因频率在居群间变化较大,不同居群间存在显著的遗传分化(FST=10%)。AFLP分析也表明沙冬青居群间存在中等水平的遗传分化。基于AFLP数据的分析揭示了居群遗传距离和地理距离之间的显著相关关系,表明沙冬青居群在整体空间尺度上表现出迁移一漂变平衡。沙冬青长寿命的特性在一定程度上缓解了近期生境片断化对居群遗传结构的影响。当前研究所揭示的居群间的显著遗传分化水平,在很大程度上归根于片断化之前业已存在的遗传多样性分布格局。而且,在较小的空间尺度上,沙冬青也表现出了一定的空间遗传结构。
3.为避免对自然居群造成较大的不利影响,分别选取了1个矮沙冬青居群(柯依尔佣克儿,KE)和2个沙冬青居群(内蒙古磴口林场,DKH;宁夏银川汝箕沟,RJG)进行了繁育系统分析。每个居群选择30个结实量较大的家系,每个家系随机选取15粒左右的种子,进行大规模的等位酶多态位点分析。基于混合交配系统模型估计异交率等繁育系统参数,结果发现两种沙冬青均具有混合交配系统,各个居群的异交率分别为KE=0.447,DKH=0.648,RJG=0.746。沙冬青两个居群的远交率没有显著差别,但是都明显高于所分析的矮沙冬青居群的异交水平,这与矮沙冬青现存居群相对较小、生境条件更加恶劣密切相关,也可能与繁育系统在长期进化过程中的适应相关。
4.采用FIASCO方法从沙冬青的基因组中分离微卫星位点,初步筛选得到11对多态标记可用于该物种的居群遗传学研究和繁育系统分析,但是这些微卫星位点中仅有2对可以成功应用于矮沙冬青。