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遗传多样性是物种长期生存和进化的基础。遗传多样性分布的地理格局,不仅能反映生物在整个分布范围内基因的动态变化规律,而且通过划分不同生态或地理等级的种群,如核心种群和边缘种群,并对这些种群的遗传结构进行比较研究,结合繁育结构和扩散信息,可以清楚地认识物种的扩散、进化过程,以及对种群和个体将来的生存状况所产生的影响。推测种群和物种的生存和进化潜力,是保护生物学的重要研究领域。华中五味子(Schisandra sphenanthera)为五味子科(Schisandraceae)五味子属(Schisandra)多年生藤本植物,是我国著名的珍贵药用植物,习称“南五味子”,一直被中国药典所收录。但是关于该物种全面的遗传多样性和遗传结构还不十分清楚。华中五味子是中国特有种,分布广泛,边缘种群与核心种群共存,是进行研究“核心—边缘理论”的理想物种。本文采用大尺度的地理格局,对分布于中国中南部6省区的华中五味子进行种群遗传学研究,应用核基因SSR和ISSR分子标记分析华中五味子的遗传多样性水平及分布格局;分析核心种群与边缘种群在遗传组成及繁殖方式的不同,探讨物种分布边缘的生境,对种群大小、种群分化以及在物种进化方面所反映的遗传学的变化规律。研究结果如下:
分离和筛选了9对多态性的微卫星位点。这些多态性引物为华中五味子的种群遗传学研究和保护生物学研究提供了有效的工具。
华中五味子的自然种群表现出了中等偏高水平的遗传多样性,10个种群共检测到58个等位基因,平均预期杂合度HE为0.528,平均观察杂合度Ho为0.519,华中五味子总体表现为显著的杂合子缺失,内繁育系数Fis为0.042。种群间总的遗传分化系数FST为0.1077,两两种群间分化显著。华中五味子个体间混合程度较高。贝叶斯聚类结果显示10个采样种群按遗传组成仅分为2组:江南组和江北组,与UPGMA聚类中去除最边缘的2个种群后的聚类结果大致相同,推测可能是由于长江所形成的特殊地理屏障造成长江南北地区五味子种群间较高的遗传分化。
华中五味子的边缘种群表现出较低的遗传多样性,较高的种群遗传分化,支持了以前关于边缘种群与核心种群的理论预测和实验结果。虽然华中五味子是一种高度杂交的物种,但是所有边缘种群却显示出显著的内繁殖,并且伴随着大量的克隆个体存在;相对的核心种群为随机交配。华中五味子整体上表现出显著的距离隔离模式。边缘种群中检测到特有的等位基因,这对物种遗传多样性的维持和适应性进化具有非常重要的意义。这些特点暗示着华中五味子的边缘种群趋向于独立管理单元,这对物种的维持和进化潜力,以及面对全球环境变化下的适应性具有重要价值。