鼎湖山锥栗种群表观遗传变异与环境的关系

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锥栗(Castanopsisi chinensis)是鼎湖山南亚热带常绿阔叶林20公顷大样地的优势种与建群种,对森林群落的演替和稳定有着重要的生态意义。以DNA甲基化特征为代表的植物表观遗传变异直接受到环境的影响,反映了种群对环境的适应。研究土壤、地形与空间因子对不同演替阶段锥栗甲基化水平变异的影响,能够反映其在森林群落中与生态环境的适应,也有助于理解种群在不同演替阶段的适应策略。本研究运用甲基化敏感扩增多态性分子标记(MSAP)实验技术,结合方差分解和矩阵多元线性回归等数据分析方法,探讨鼎湖山锥栗种群在不同演替阶段(成熟林、过熟林)的DNA甲基化水平以及甲基化位点变异等表观遗传特征与土壤、地形、空间因子的关系,找到影响甲基化水平的主要环境因子。  研究结果如下:  (1)鼎湖山大样地锥栗种群的表观遗传多样性较高,总体甲基化率是19.78%,其中全甲基化率是11.51%,半甲基化率是8.27%。  (2)不同甲基化模式水平及其对土壤、地形和空间的响应在不同林分间有所不同。过熟林锥栗的全甲基化水平(12.52%)略高于成熟林(11.38%),半甲基化水平(7.54%)略低于成熟林(8.56%)。空间因子对两林锥栗甲基化水平影响显著,尤其是在成熟林,这与锥栗的空间分布和表观遗传变异空间自相关有关。  (3)众多环境因子都会影响锥栗的DNA甲基化水平,在不同林分中响应不同,环境因子对全甲基化率的影响与总甲基化率基本一致,而对半甲基化率的影响与总甲基化率不同。整体而言,锥栗甲基化水平与土壤含水率、总有机质、总氮、总磷、凹凸度、平均海拔负相关,与土壤容重、pH、有效钾、总钾正相关。  (4)环境因子中的空间对甲基化位点变异的影响影响在成熟林表现显著,与对甲基化水平的影响一致,影响两林分甲基化位点变异的环境因子有所不同。土壤对两林分甲基化位点变异的解释分别为8.49%,15.91%;地理距离对成熟林的解释率11.5%,过熟林中不显著;成熟林中显著的因子有:土壤容重、总磷、有效磷、凹凸度、平均海拔;过熟林的显著因子:有效钾,有效磷、平均海拔。  综上,锥栗种群的表观遗传变异在群落不同演替阶段表现出与环境的不同适应性,为下一步深入分析鼎湖山锥栗的适应机制奠定了基础。
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