论文部分内容阅读
自然杂交是物种形成的方式之一,在植物界中非常普遍,尤其在亲缘关系比较近的同域或邻域的物种中比较常见。青藏高原的隆起导致了橐吾属(Ligularia)生境多样化和片段化,它经隔离分化、基因突变、自然杂交形成了当今繁多的种类。近年来,橐吾属植物的新种不断被发现,也从另一方面说明了橐吾属丰富的多样化。 牦牛山橐吾(L.×maoniushanensis)是大黄橐吾(L.duciformis)和奇形橐吾(L.paradoxa)的一个自然杂交后代。前人的研究主要基于形态特征和生殖生物学特性的研究,且只研究了一个杂交群体/杂交区,而分子生物学的研究甚少,没有涉及到杂交群体的遗传结构,也没有涉及到同域分布的其它橐吾属种类(如沼生橐吾)。在对宁蒗县的两次野外考察中,我们发现大黄橐吾和奇形橐吾形成了两个杂交区(牦牛山和黑海),两地同域分布的橐吾属物种都是沼生橐吾(L.lamarum),还有少数形态上介于大黄橐吾和奇形橐吾之间的个体,从形态上初步判断这些个体为二者的自然杂交后代——牦牛山橐吾。因此,本研究采用分子生物学的方法(叶绿体DNA片段、nrITS、SSR和ISSR)对牦牛山和黑海两个大黄橐吾和奇形橐吾自然杂交区杂交群体以及同域分布的沼生橐吾群体进行研究,旨在进一步证实两者存在自然杂交的基础上,研究杂交群体的遗传结构、渐渗杂交与基因流及其是否与其它橐吾属植物之间是否发生了基因流,并由此探讨自然杂交在橐吾属物种形成和进化方面的作用、意义。 研究中所涉及的橐吾属物种大黄橐吾和奇形橐吾为复伞房花序,沼生橐吾为总状花序;叶脉都呈掌状脉。形态性状中间个体(牦牛山橐吾)特征明显,易于区分,它的叶形为宽卵形,8至15掌状分裂至中部,介于奇形橐吾的叶片圆形或宽卵形、3至8掌状全裂和大黄橐吾的叶片肾形或心形之中。 本研究利用3个叶绿体片段(psb A-trnH、trnL-rpl32和trnQ-5rps16)和1个核片段(ITS)对两个杂交区的三个类群和同域橐吾属物种(沼生橐吾)共107个个体(大黄橐吾35个,奇形橐吾40个,牦牛山橐吾19个和沼生橐吾13个)进行杂交物种形成方面的研究。结果发现这两个混合居群中存在杂交,牦牛山杂交区的牦牛山橐吾的母本全是奇形橐吾而黑海杂交区中有的个体的母本是奇形橐吾,而另—些个体的母本是大黄橐吾;所有牦牛山橐吾的核基因都来自大黄橐吾和奇形橐吾,排除了同域物种沼生橐吾参与杂交的可能。 研究中筛选的11对多态性SSR引物通过了等位基因数、观测杂合度、期望杂合度以及哈迪-温伯格平衡检测,相对于其它植物而言,都接近平均水平,可用于研究大黄橐吾和奇形橐吾杂交区类群的杂交关系和其它近缘物种的遗传多样性和居群结构。利用STRUCTURE、NewHybrids和Introgression等软件对11个SSR分子标记进行分析,结果发现:(1)STRUCTURE分析中,在K=2时有最高的△K值,得到最可能的取样组数目为K=2,结果显示大黄橐吾中94.3%(33/35)和奇形橐吾中97.1%(34/35)被认定是纯合的聚类(qi>0.90),而牦牛山橐吾中89.5%(17/19)被认定是一个混合的聚类(0.10<qi<0.90)。(2) NewHybrids分析显示牦牛山橐吾中大多数个体的后验概率显示F2代较高,F1代的后验概率较低,但具体所属的类别仅依此还不足以判定,并且两个混合居群中长期有F1代与亲本发生回交。(3) Introgression分析检测到杂交群个体位点上的基因渐渗,并且牦牛山橐吾聚类式样的改变也呈逐步过渡状态。SSR的研究结果与基于分子片段的判断一致,这些杂交个体和亲本存在一定复杂性,各物种间存在基因流。 9个ISSR分子标记的结果同时证实了大多数牦牛山橐吾个体的后验概率F2代较高,F1代的后验概率较低,并且都与亲本之一或两者有回交和基因渐渗发生ISSR是显性标记,SSR是共显性标记,它们都得到了共同一致的结果。 因此,这些分子生物学数据为假定的杂交个体的来源以及大黄橐吾和奇形橐吾之间长期渐渗杂交提供了确凿的证据。两个混合居群中长期存在杂交个体与亲本间的回交,且发生渐渗杂交。由于时常发生渐渗杂交和基因交流,如果杂交后代的代数不长,就可能面临灭亡。由于经常发生杂交,杂交后代时常形成,并与亲本没有形成生殖隔离,很难形成新的物种,这种杂交现象可能属于自然杂交中的进化噪音。