基于ddRAD-seq数据对刚竹属(Phyllostachys)及其近缘类群的系统发育研究

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刚竹属(Phyllostachys Siebold&Zuccarini)隶属于禾本科竹亚科(Poaceae:Bambusoideae)的三大分支之一的温带木本竹类,即青篱竹族(Arundinarieae)。刚竹属是我国,也是全球人工栽培最广泛的属,具有很高的经济价值。本研究使用ddRAD测序技术对刚竹属46种49个体,鹅毛竹属(Shibataea Makino ex Nakai)7种以及2个外类群进行建库测序,通过使用Stacks和pyRAD方法分别重建了刚竹属的系统发育树,并对刚竹属内部类群的基因渐渗问题进行了分析。同时尝试对现有分析方法进行优化,使其能够更准确有效的对双端数据进行分析。  分析结果表明,刚竹属和鹅毛竹属分别都为单系类群,这一结果在不同方法的不同梯度中均得到稳定支持。鹅毛竹属内部类群间的关系稳定,都得到100%的支持,与叶绿体树不同的是,基于ddRAD数据的系统树结果支持基于形态学性状对刚竹属和鹅毛竹属的划分。对刚竹属内部类群进行系统发育分析的结果表明,刚竹属内部明显分为刚竹组分支和水竹组分支,水竹组类群全部聚在一起形成一个单系支,除此以外,形态分类上归属刚竹组、但分子证据显示可能是中间类群的种分别聚到了刚竹组和水竹组。其中紫竹(P.nigra(Loddiges ex Lindley) Munro)、毛金竹(P.nigra var.henonis(Mitford)Stapf ex Rendle)、毛竹(P.edulis(Carrière)J.Houzeau)和假毛竹(P.kwangsiensis W.Y.Hsiung,Q.H.Dai&J.K.Liu)聚为一个小分支,与水竹组分支聚在一起形成了一个大的分支;除此以外的其他中间类群都聚在了刚竹组分支的基部和最末端,各自形成一个小分支。中间类群的芽竹(P.robustirameaS.Y.Chen&C.Y.Yao)在Stacks方法中聚到了水竹组类群内部,在pyRAD的分析结果中则出现在刚竹组的基部,与其他中间类群聚在一起。在刚竹组类群的内部,桂竹(P.bambusoides Siebold&Zuccarini)、早园竹(P.propinqua McClure)、角竹(P.fimbriligulaT.H.Wen)3个种在Stacks和pyRAD得到的系统树中位置存在冲突;水竹组类群内部的姐妹关系在两个方法间也存在一定差异。推测这些种可能存在不完全谱系分选或者杂交渐渗,Stacks和pyRAD找到的信息位点不完全一致,造成这几个种在系统树上的位置不一致。其他类群的关系则在两种方法的结果中都一致。  基于遗传组分分析(Structure)的结果显示,刚竹属内部类群依据遗传组分也可分为刚竹组和水竹组两组,但是存在一些类群同时具有两种遗传组分,并且两种组分各自占据较高的比例,这些具有两种遗传组分的类群即为在系统发育分析中的紫竹等中间类群。该结论支持系统树得到的结果。而主坐标分析(PCoA)的结果显示,刚竹组内部类群可以看出较为明显的聚类结果,其中水竹组类群与紫竹等四个类群聚在一起,刚竹组类群聚在一起,而其他中间类群则分布在刚竹组和水竹组类群的中间,呈现过渡趋势,进一步印证了系统树结果与Structure分析结果。依据这个结果判断,这些中间类群可能是杂交起源。而对于紫竹和毛金竹这一水竹组组分占据绝大部分的类群可能起源于与水竹组类群的基因渐渗。  运用D statistic对研究类群进行基因流检测,未得到理想结果。数据显示所有的检测组合都有渐渗情况发生。在对刚竹组内部类群进行检测时,结果也显示一个较为显著的水平。通过对结果的Pdisc值进行统计,发现Pdisc水平较高,表明很多位点未参与分析。推断可能由于刚竹属人工栽培较多,不符合D statistic的检测条件,并且类群内部不完全谱系分选和杂交现象可能比较严重,导致刚竹属基因组较为复杂,无法很好的划分统计检验需要的三个类群,导致得到的结果不具有辨别度。说明D statistic方法在分析刚竹属这样的类群时存在局限性。  为了更有效的使用双端数据并对序列同源性有更准确的判断,本研究在现有流程基础上进行改进。在使用软件进行种内聚类后再使用Blast进行进一步的筛选,得到的数据分别使用Stacks和pyRAD方法进行分析。结果没有达到预期效果。推断是由于聚类软件选择不合理,以及Blast筛选去除过多序列,造成信息位点不足,后续还需进一步改进。
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