野生和栽培滇重楼群体遗传学的比较研究

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滇重楼(Paris polyphylla Smith var.yunnanensis(Franch.)Hand.-Mazz.)属于百合科重楼属多年生草本植物,作为中药重楼的基原植物之一,其根茎具有清热解毒、消肿止痛、凉肝定惊等效用。长期以来,由于市场需求巨大,野生滇重楼受到过度采挖,致使野生资源日趋濒危,现已被列为国家二级濒危药用植物。近年来,为缓解重楼药材资源紧缺的现状,人工种植重楼方兴未艾。由于滇重楼及其近缘类群间形态变异复杂,种或变种的鉴定比较困难,因而导致许多栽培基地的种源混杂现象比较突出,严重影响重楼药材质量的稳定性,同时也制约了重楼产业的健康发展。本课题采用AFLP分子标记和cp DNA基因片段,以15个野生居群和17个栽培居群为研究材料,探讨野生和栽培居群中滇重楼的遗传多样性现状和遗传结构、比较它们的遗传多样性水平差异、评估栽培基地中种源的混杂情况、并初步揭示野生滇重楼的谱系地理结构等及其保护策略等科学问题。主要研究结果如下:1.基于AFLP标记分析野生和栽培滇重楼的遗传多样性和遗传结构利用5对AFLP选择性引物组合,检测和分析了采自云南、贵州等地的15个野生居群和17个栽培居群(共计32个居群)的遗传多样性和结构。在物种水平上,全部居群、野生和栽培居群的遗传多样性分别为0.2657、0.2616、0.2636;在居群水平上,这三个群体的值分别是0.2002、0.2001、0.2002。该结果表明,无论是在物种水平还是在居群水平上,栽培居群均略高于野生居群,因此栽培居群的遗传多样性没有出现明显下降。在野生居群中,贵州的野生居群的遗传多样性高于云南野生居群;与之相反,贵州的栽培居群遗传多样性低于云南栽培居群。根据UPGMA聚类树,野生和栽培居群均被分为3个组,这也得到了STRUCTURE和PCo A分析结果的支持。此外,mantel test分析结果表明,野生居群在地理距离和遗传距离上存在极显著的正相关(r=0.6767,P=0.001),而栽培居群却不存在显著的相关性(r=0.0392,P=0.3530),表明栽培基地间可能存在较为相互引种的情况。根据AMOVA分析,在野生居群和栽培居群之间,仅有1.35%的遗传变异存在,可见野生和栽培居群之间没有明显的遗传分化,说明栽培居群的种源驯化栽培的历史较短。2.基于cp DNA片段(trn L-trn F)的滇重楼群体遗传学分析采用cp DNA片段(trn L-trn F)对32个居群进行检测,共获得15种单倍型,其中,野生居群拥有10种单倍型,栽培居群拥有14种单倍型。在物种水平上,野生和栽培居群总的遗传多样性(HT)分别为0.861、0.900,野生居群的遗传多样性是略低于栽培居群,这一结果与AFLP分析结果一致。根据mantel test分析,野生居群之间存在显著相关的亲缘地理结构(r=0.3178,P=0.02),同时,遗传分化系数GST和NST的比较结果也支持了该结构的存在;而栽培居群不存在这种地理遗传结构(r=0.1629,P>0.05),GST和NST的比较同样说明栽培居群间不存在明显的地理遗传结构。野生和栽培居群基于trn L-trn F的遗传多样性和遗传结构得到的结果与AFLP标记相一致。在AMOVA分析中,野生和栽培居群之间仅存在2.5%的遗传变异,表明野生和栽培居群之间没有出现明显的遗传分化,这也支持了AFLP的相关研究结果。3.野生滇重楼的谱系地理分析利用叶绿体基因trn L-trn F对野生滇重楼进行谱系地理分析。根据中性检测和失配分析的结果,野生组没有检测到群体的快速扩张的现象。由Network和Splitstree构建的网状进化关系图及地理分布图,野生居群的单倍型被分为两大支,第Ⅰ支的单倍型主要分布于贵州,H1位于中心,第Ⅱ支的单倍型分布于云南及四川会东(W-HD),H6位于中心。其中,H1广泛分布于贵州地区,H6广泛分布于滇西地区,因此推断滇重楼在贵州省及滇西可能存在两个独立的冰期时代避难所。根据两个网络进化关系图及地理分布图可知,单倍型H9分布在滇西地区的保山昌宁(CN),但是在网状图上却表现出与贵州地区的单倍型具有相近的关系,这说明昌宁的野生居群可能是鸟类等长距离传播或引种栽培个体逸生所致。4.滇重楼种质资源的保护和可持续利用在野外工作中,我们发现西南地区滇重楼分布较广,但是有些地区能采集到的野生个体数偏少,例如贵州省的黔南州龙里县(LL)、兴义市七舍镇(XY),云南省的易门县(YM)、昌宁县(CN)等居群,可见,当前滇重楼的野生资源是非常濒危的。滇重楼作为国家二级濒危药用植物,制定有效的保护策略对其野生资源的开发和可持续利用有深远的意义。本研究利用AFLP标记和cp DNA片段检测了来自3个省的15个野生居群的遗传多样性。结果表明,贵州省的野生居群具有较高的遗传多样性;同时,四川的野生居群的遗传多样性也较高,但由于仅有1个居群(HD),其真实情况有待进一步评估。与此同时,对野生滇重楼的谱系地理分析结果表明,贵州和滇西可能存在它的两个独立的冰期避难所。所以,建议对贵州省的野生滇重楼应该进行优先保护。一方面,在其野生分布区进行就地保护,严格禁止对滇重楼进行采挖,并对其生境有效保护;另一方面,建立滇重楼野生种质资源圃,进行系统的迁地保护。除此之外,还可以开展人工抚育个体回归野生环境、对野生种子进行去除种皮等人工干预,促进野生种群的恢复和壮大。对17个栽培居群的遗传结构研究表明,栽培基地的种源可能存在混杂的现象。这将会导致药材的质量不稳定,而影响重楼种质产业的健康发展。因此,应当开展滇重楼优质种源的筛选和纯化工作,并进行良种选育和推广,以便为重楼产业的发展提供优质原料。
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