中国沙棘和云南沙棘的遗传分化研究

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沙棘属(Hippophae),属于胡颓子科(Eleagnaceae),目前被广泛接受的分类为7个种和11个亚种,广受关注的鼠李沙棘(Hippophae rhamnoides)包括10个亚种,其中云南沙棘(H.rhamnoides subsp.yunnanensis)和中国沙棘(H.rhamnoides subsp.sinenesis)在地理分布上有重叠区,位于四川北部和中部,该区的分类存在争议。中国沙棘的分布范围广泛、生境多样,是国内大面积种植培育的亚种,同时因种内变异类型丰富,也是研究适应性进化的理想材料。本研究利用简单重复序列(simple repeat sequence,SSR)、基于全基因组重测序得到的单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)和叶绿体基因组全序列(chloroplast DNA,cp DNA),分析了中国沙棘和云南沙棘的遗传分化与地理分界线,以及中国沙棘基因组上潜在的适应性区域。主要研究结果如下:(1)中国沙棘和云南沙棘间有明显分化:基于SSR和SNP标记计算两亚种间的遗传分化系数分别为0.435、0.350。遗传分组分析显示两者在地理上的分界线为四川北部的红原县和松潘县地区。(2)基于SSR标记,结果显示中国沙棘的遗传多样性比云南沙棘的遗传多样性高:中国沙棘的平均NA(3.2)、NE(2.1)、HO(0.398)、HE(0.424)高于云南沙棘的平均NA(2.2)、NE(1.6)、HO(0.192)、HE(0.271)。而基于SNP标记,结果显示中国沙棘的遗传多样性比云南沙棘的遗传多样性低:中国沙棘的π值(0.000 036)低于云南沙棘π值(0.000 055)。本研究中SSR标记位点数量少且具有高变异性,因此用SNP标记反应基因组上的变异模式更具有代表性。(3)遗传分组分析和基于叶绿体基因组全序列构建的系统发育树显示,中国沙棘可分为两个类群,分别对应祁连山西侧青海及甘肃分布的种群,和东侧陕西、陕西、河北及内蒙分布的种群;云南沙棘也具有明显的种群结构,以横断山脉为界。(4)中国沙棘整体自青藏高原东缘向北扩散,一部分向西扩散到青海甘肃,一部分向东扩散到黄土高原等地。其在扩散过程中受气候影响,有5个功能基因发生了变化。以上结果表明,中国沙棘和云南沙棘间有显著分化,两亚种间地理分界线为四川红原松潘地区。中国沙棘和云南沙棘均有种群结构,前者以祁连山为界,后者以横断山为界。中国沙棘在扩散过程中主要受温度和降水影响,部分基因因适应性发生了变化,但这些还需要后续进一步的功能验证。这些结果是沙棘育种的重要理论基础,为后续开展深入研究适应性机制提供了参考。
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