论文部分内容阅读
沙棘属（Hippophae）隶属于胡颓子科（Elaeagnaceae）,包含7个种11个亚种,我国作为沙棘属植物的起源和分化中心,共分布有7个种7个亚种,该属所有植物均为二倍体,是一种雌雄异株、风媒传粉以及鸟类传播种子的灌木或小乔木。沙棘属植物的繁殖特点为其长距离迁移提供了便利,同时也提高了不同种/亚种之间杂交和基因渐渗的可能性,因此是研究同倍体杂交物种形成良好材料。前期不同学者基于不同的分析方法对零星分布于四川和青海的理塘沙棘（H.litangensis）和棱果沙棘（H.goniocarpa）的同倍体杂交起源进行了研究,认为理塘沙棘起源于云南沙棘（H.rhamnoides ssp.yunnanensis）和肋果沙棘（H.neurocarpa）之间的杂交,而棱果沙棘则起源于中国沙棘（H.r.ssp.sinensis）与肋果沙棘之间的杂交。然而此类研究大多仅基于单个或少数几个叶绿体基因组片段及核基因组片段,有些研究仅以个别样品为基础,并未在居群水平进行取样研究。为进一步深刻理解理塘沙棘和棱果沙棘的同倍体杂交形成过程,本研究基于二代测序平台完成了上述5个类群共78个沙棘属植物样本的叶绿体基因组测序,包括四川省理塘县和红原县两个地区的理塘沙棘及其同域分布的亲本云南沙棘和肋果沙棘共60个样本,以及青海省祁连县的棱果沙棘以及同域分布的肋果沙棘和中国沙棘共18个样本。本文比较分析了理塘沙棘和棱果沙棘与其各自亲本的叶绿体基因组序列的结构和变异特征。本研究还收集了异域分布的江孜沙棘（H.gyantsensis）、西藏沙棘（H.tibetana）、中亚沙棘（H.r.ssp.turkestanica）3个样本,并结合数据库中已公布的其他沙棘物种叶绿体基因组重建系统发育关系。本研究得到以下主要结果:（1）本研究通过测定5个沙棘属植物类群78个样本的叶绿体基因组,首次获得了3种沙棘植物（理塘沙棘、棱果沙棘、中亚沙棘）的叶绿体基因组。理塘沙棘和棱果沙棘及其各自亲本叶绿体基因组总长度介于:154,944-156,460 bp之间,各样本叶绿体基因组序列均注释到134个功能基因,包括88个蛋白编码序列、8个r RNA基因和38个t RNA基因;呈典型四分体结构:大单拷贝区（Large single copy region,LSC）长度为83,047-84,072 bp,小单拷贝区（Small single copy region,SSC）长度为18,571-19,073 bp,反向重复区（Inverted repeat,IR）长度为26,516-26,679 bp;GC含量为36.6%-36.7%。通过核苷酸多态性（Pi）分析检测到5个非编码区域的高变位点:rps16-psb K、rpo B-trn C、psb Z-trnf M、rrn4.5-trn R、trn R-rrn4.5。（2）肋果沙棘的叶绿体基因组序列比其他沙棘属植物少了约1,500 bp,各种类型的插入/缺失超过150 bp,主要发生在LSC区域的ycf3-rps4、rbc L-acc D、psb Epet L片段和SSC区域的ndh F-rpl32、rpl32-ccs A片段。此外,肋果沙棘IRs四个边界区域的扩张长度也与其他沙棘属植物存在差异。（3）理塘沙棘在叶绿体基因组大小、基因组成、GC含量、密码子偏好性和IR区边界收缩和扩张等方面与同域的云南沙棘高度相似;理塘沙棘在系统发育树上表现为复系,且不同区域（四川理塘、四川红原）的理塘沙棘位于不同的分支,表明理塘沙棘可能独立起源于各地区亲本种间的多次杂交。对叶绿体基因组序列的各基因片段和间隔区进行单倍型分析,发现除少数片段（约20%）为理塘沙棘、云南沙棘和肋果沙棘三个物种共享外,其余片段（约80%）均表现为理塘沙棘与云南沙棘共享,说明理塘沙棘与云南沙棘亲缘关系较近,结合之前相关的核基因标记分析表明云南沙棘应为理塘沙棘的母系来源。（4）棱果沙棘在叶绿体基因组大小、基因组成、GC含量、密码子偏好性和IR区域边界收缩和扩张等方面与中国沙棘高度相似;系统发育关系显示,棱果沙棘同样并非单系类群。单倍型分析发现,除少数片段（约20%）为棱果沙棘、中国沙棘和肋果沙棘三个物种共享外,其余片段（约80%）均表现为棱果沙棘与中国沙棘共享,说明棱果沙棘与同域的中国沙棘亲缘关系较近,结合之前相关的核基因标记分析表明中国沙棘为棱果沙棘的母系来源。本结果不支持中国沙棘和肋果沙棘互为棱果沙棘母本的结论。（5）红原地区的理塘沙棘及其亲本群体的ycf1基因和祁连地区的棱果沙棘及其亲本群体的inf A基因受到了正向选择,红原、理塘和祁连3个地区沙棘属植物群体的rps8、atp F、rpo A基因Ka/Ks值介于0.5到1之间,受到宽松选择。综上,本研究对该两例杂交种及其各自亲本进行了群体水平的采样,基于叶绿体全基因组数据对各类群叶绿体基因组的结构和变异特征、亲缘关系进行了全面分析,深入研究了其杂交起源式样。本研究凸显了采样策略和全基因组数据在物种形成研究中的重要性。本研究产生的大量遗传信息还将为沙棘属植物相关理论研究和种质资源的保护和开发利用提供数据支撑。