金佛山方竹的遗传多样性及谱系地理研究

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金佛山方竹(Chimonobambusa utilis(Keng)Keng f.)仅分布在大娄山山脉一带,是中国西南地区特有竹种,其笋肉质肥厚、味道鲜美,是桐梓、正安、叙永等县脱贫致富的主要产业之一。本研究在进行全面的野外调查和查阅文献的基础上,采集到了金佛山方竹共20个居群,呈现其整个地理分布范围,并利用EST-SSR分子标记、叶绿体基因(cp DNA)和核糖体基因(ITS)三种分子标记方法对金佛山方竹居群进行遗传多样性和谱系地理研究,基于单倍型分布特点推测了金佛山方竹居群在第四世纪冰期至少存在两个冰期避难所。本研究有利于进一步加深对中国西南地区复杂的山形变化、横断山脉隆起如何影响周围生境所存在物种的遗传多样性、遗传结构及进化演变的影响认识。此外,根据种群间遗传分化程度和遗传多样性提出了金佛山方竹居群相关的保护策略及后期有效开发利用的实施方法。主要研究结果如下:(1)利用5对EST-SSR分子标记对金佛山方竹居群的遗传多样性分析研究表明,5对引物的平均多态性含量(PIC)为0.732,均具有较高的多态性;金佛山方竹居群的观测等位基因数(Na)为3.843,有效等位基因数(Ne)为3.111,相对于濒危物种而言,金佛山方竹种群具有较高的遗传多样性水平;AMOVA分析表明基于EST-SSR分子标记的分化系数较低(FST=0.05021),遗传变异主要来自居群内(94.98%),仅有5.02%的变异来自居群间;Mantel检验结果显示,金佛山方竹居群之间的遗传距离与地理距离之间存在极显著正相关性,与海拔梯度之间存在着不显著的正相关性,表明金佛山方竹的居群间的遗传变异主要受到地理障碍的影响;UPGMA聚类分析、PCo A分析和STRUCTURE聚类分析一致将金佛山方竹所有居群划分为三类,可将所有居群整体沿着大娄山山脉划分,分别为南部地区、北部地区和西部地区。(2)基于金佛山方竹叶绿体基因标记与核糖体基因标记的遗传多样性相差不大(cp DNA:HT=0.956,Hs=0.507;ITS:HT=0.868,Hs=0.495);在金佛山方竹不同居群间的遗传多样性程度存在着较大的差异,结合地理分布图来看,位于大娄山山脉北部地区的MB居群、DSH居群和西南地区的JS居群、GL居群和CS居群的单倍型多态性和核苷酸多态性值较高,因此推测金佛山方竹在冰期可能存在2个及以上的冰期避难所;AMOVA分析表明,金佛山方竹居群两种分子标记的遗传变异主要来自于群体间,遗传分化系数(FST)较高(cp DNA:FST=0.84135;ITS:FST=0.70121);基于cp DNA、ITS序列分析金佛山方竹居群的历史动态和中性检验,均表明了金佛山方竹居群在近期发生了小范围内快速扩张事件。(3)为了合理有效的开发利用金佛山方竹天然居群,根据金佛山方竹群体间的遗传多样性和分化程度,可将金佛山方竹居群分为2个进化单元,3个支系,并提出就地保护和迁地保护两方面的管理保护措施。
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