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多倍化是植物中最重要的同域物种形成方式之一,基因组加倍是植物进化的普遍现象,大部分甚至大多数被子植物都是多倍体起源的。多倍体通常更容易占据更广的环境。另一重要的问题是多倍体细胞型是一次起源还是多次起源的,现在一般认为多倍体的多次起源是普遍规律而非例外情况。长萼堇菜(ViolainconspicuaBlume)是一种分布广泛的常见杂草,属于堇菜科堇菜属合生托叶组紫花地丁系;它是一个多倍体复合体,同时具有2n=24和2n=48两种细胞型。本研究基于长萼堇菜中国21个种群的染色体观察,探明不同细胞型在中国的分布格局。同时,采用AFLP标记分析不同生态环境与地理分布的长萼堇菜种群的遗传变异水平及遗传结构,探讨长萼堇菜种内系统地理分布格局的形成机制,检测单一古老起源和多次起源模型,并推测八倍体长萼堇菜在历史上可能的起源次数,为探讨多倍体植物进化提供了基础资料。主要研究结果如下:
1、所采集的长萼堇菜21个种群中,有南京a、张家界、永州a、永州b、海口5个四倍体种群(2n=24),其余16个为八倍体种群(2n=48)。四倍体种群主要分布于中国分布区的中部(湖南),另外海南和江苏各有一个种群;而八倍体种群则分布于中国分布区的东、南、西部;台北种群为八倍体;南京同时有四倍体和八倍体的分布。总体来说,八倍体长萼堇菜的分布范围较四倍体更广。
2、STRUCTURE、AMOVA分析的结果和基于最大简约法(MP)建立的系统树的结果一致:长萼堇菜在中国的种群并没有明显的按细胞型聚类,而是根据地理区域形成四大聚类分支:1)东部地区,全部为八倍体;2)东北地区,包括1个四倍体种群和2个八倍体种群;3)西部地区,也全部是八倍体;4)南部地区,有4个四倍体种群和5个八倍体种群。
3、从MP树的结果还可以推测八倍体起源的次数。可以看出,长萼堇菜八倍体在进化历史上至少发生过5次起源,其中四次可以确定,所产生的八倍体都是单系类群。但是八倍体种群广州a和广州b是复系类群,说明这两个种群并不是一次多倍化产生的,至少经过了多于一次的多倍化。