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本文选取鄂报春(Primula obconia Hance)为研究对象。该物种的分布区由我国的西南地区一直向东延伸至广东、福建等沿海地区,涵盖了我国三个生物多样性热点地区。尽管以往的研究表明鄂报春具有较高的遗传多样性和遗传分化水平,但是这些研究仅仅基于少量的居群及单一的分子标记技术。因此当前鄂报春的遗传多样性、遗传结构以及进化历史还缺乏深入的研究。本论文使用cpSSR方法、叶绿体基因组上两个非编码片段(trnL-F和rps16)以及核基因组上的核糖体内转录间隔区序列(ITS)的序列分析方法对鄂报春整个分布区内的遗传多样性、遗传结构、世系分化与地理相关性进行了研究,探讨了鄂报春的迁移路径、避难所等演化信息。本论文的主要研究内容如下:
1.鄂报春的遗传多样性和遗传结构的研究
本文通过cpSSR分子标记技术检测出鄂报春具有很高的遗传多样性(HT=0.971)和高的居群间分化水平(Gst=0.971)。利用叶绿体基因组上两个非编码区片段得到鄂报春的核苷酸多样性(π=0.00852)和强烈的遗传分化(Gst=0.819)。此外,核基因组上的ITS数据检测到的核苷酸多样性(π:0.01935;θ:0,02665)高于cpDNA的核苷酸多样性,但其居群间的遗传分化(Gst=0.425)明显小于上述两种叶绿体数据得到的遗传分化值。在物种水平上,三种方法的AMOVA分析均表明鄂报春的主要变异存在于居群间(84.87-97.34%)。该物种具有高的遗传多样性和居群间分化水平除与其具有广泛的分布范围和种子缺乏迁移能力有关外,还应与其具有较长的演化历史和所处的地质历史密切相关。
2.鄂报春的世系分化与分化时间的研究
本论文通过三种方法都证明鄂报春存在明显的世系分化。该物种世系主要包括两大支:一支由云南和我国中东部地区的居群组成;另一支则由四川、贵州、重庆和湖南的部分居群组成。在这两个大分支的内部存在相似的分化式样,即:云南和四川的单倍型间的分化较大,但由它们各自演化出的中东部地区的分支和中部地区(贵州、重庆和湖南)组成的分支内部的单倍型联系较为紧密。这种东西部地区间单倍型分化差异与鄂报春的分化时间密切相关。
本文使用叶绿体和ITS的进化速率估算了鄂报春分化时间。鄂报春在四个地理单元的分化时间大致如下:1、云南的居群(包括与云南居群的世系紧密相连的四川一些居群)间具有最早的分化时间,处于中新世末期,大约在6.4 Mya开始分化,该地区最有可能是鄂报春的起源地;2、四川的居群分化晚于云南,大概在3.2 Mya开始分化,该时间大致始于上新世末期;3、鄂报春在中部地区的分化最早约发生在1.8 Mya,处于早更新世时期;4、中东部地区的分化时间稍晚于邻近的中部地区,大致为1.17-0.01 Mya。粤北地区的三个居群间分化最晚,大约距今10000年左右。通过这些分化时间可以推测云南和四川的鄂报春必然受到了青藏高原和云贵高原剧烈隆升时期的抬升作用等地质历史的影响,而处于我国中东部地区的鄂报春受第四纪冰期的作用更加明显。
3.鄂报春的迁移路径及可能存在避难所
本论文通过三种分子标记的手段推测了鄂报春分布区内的迁移路径。cpSSR数据表明西部分支可能存在向东的扩张事件,而东部分支可能存在南迁的过程。鄂报春叶绿体和核基因组上的序列信息支持这种推测。该物种的巢式分析表明:鄂报春历史上存在由云南向东部地区的迁移事件,该事件大致在第四纪初期就已完成。该物种在中东部地区的演化时间(1.17-0.01 Mya)贯穿于整个第四纪,巢式分析认为鄂报春在该地区存在由北向南的迁移过程,因此本论文推测这种迁移事件应是冰期作用的结果。
本文根据鄂报春古老类型的分布情况、分化时间和迁移式样等情况推测出其可能存在几个避难所。鄂报春在云南和四川间分化较早,在两个地区保存有大量古老类型,所以该物种在我国西南地区存在这两个主要的避难所。宜昌地区存在相对古老的类型,至少是鄂报春在中东部地区的一个避难所。此外,通过鄂报春世系分化的研究表明湖南的桑植一带可能是鄂报春两大世系的汇合区域。通过分化时间的估算,本文认为这两大世系到达桑植一带的时间存在差异。