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冰草是禾本科小麦族冰草属的模式种,广泛分布于欧亚大陆,是冰草属中分布范围最广、应用最多的一个物种。冰草具有抗旱、抗寒性,是一种良好的水土保持植物和固沙植物,是草原、草甸的重要材料;冰草品质好,营养价值丰富,返青早,具有很高的饲用价值;冰草具有抗赤霉素病、黄矮病、白粉病和叶锈病等小麦常见病虫害的优点,是培育新品种进行小麦遗传改良的重要资源。目前对冰草的研究主要集中在冰草资源的开发利用方面,从居群遗传学角度的相关报道比较少,对不同地理分布甚至是不同生态环境下的冰草居群遗传分化程度以及地理分布格局形成的原理和过程等缺乏研究。本研究采用谱系地理学方法与相关理论,以单拷贝核Pgk1基因为分子标记探讨东亚、中亚以及青藏高原、欧洲4个A.cristatum居群对不同环境所发生的进化;结合地质历史事件,分析其进化成因,了解其遗传结构。主要结果及结论如下: 1.经PCR扩增、克隆测序,共得到87份A.cristatum材料的286条Pgk1基因序列,有690个变异位点,呈现265个单倍型序列。冰草的单倍型多态性为0.99902,核苷酸多态性为0.02070,说明冰草存在丰富的遗传多样性。基于Neis的基因分化系数Gst=0.14943,即14.943%的遗传变异存在于居群间,85.057%的遗传变异来源于居群内部,表明居群内的遗传分化大于居群间的遗传分化,说明居群内的变异是冰草物种的主要变异来源。 2.对4个居群的单倍型多样性和核苷酸多样性显示中亚居群的遗传多样性水平最高(Hd=0.99830,π=0.02220)。中亚居群与欧洲居群、青藏高原居群、东亚居群3者间的遗传距离分别为0.028、0.026和0.024,表明中亚居群与这3个居群间的亲缘关系都很相近。推测中亚是冰草的生物多样性中心。 3.Network网状支系分析显示两个分支,Clade1包含来自青藏高原居群、中亚居群、东亚居群的材料;Clade2包含来自青藏高原居群、中亚居群、东亚居群、以及全部欧洲居群的冰草材料。其中青藏高原居群以及中亚居群的单倍型分别位于Clade1和Clade2两个分支的内部位置,并向边缘呈星状辐射,结合近代起源的单倍型出现在网状图的边缘位置而古老单倍型多存在于网状图的内部,推测青藏高原和中亚可能是冰草在末次冰期时的避难所。 4.Tajima Test中性检测结果发现欧洲居群的冰草的Tajimas D值为0.04456(P>0.10),结果不显著,遵循中性进化模型,推测欧洲居群的冰草在历史演化过程中没有发生种群扩张事件。而对青藏高原居群、东亚居群和中亚居群的中性检测结果显示这3个地区的冰草均经历了种群的扩张时间。结合各居群间基因流数据Nm,遗传分化指数Fst,推测冰草现有谱系地理结构可能是由于在冰期后,中亚居群向东亚、青藏高原和欧洲地区扩散,并且直接参与欧洲居群的形成。青藏高原居群向东亚和中亚地区扩散。青藏高原居群和东亚居群通过与中亚居群间的基因交流而间接与欧洲居群进行基因交流而形成的。