我国三种药用甘草遗传多样性和居群遗传结构评价及核心种质的构建

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:mwd2009
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甘草,作为我国常用的大宗药材,药用价值广泛,素有“国老”之称。乌拉尔甘草,胀果甘草和光果甘草是《中国药典》甘草药材的三个基原物种。上个世纪后半叶,由于国内外甘草市场的供不应求,我国甘草资源被掠夺式采挖,生态环境遭到严重破坏,野生甘草储量在30年间骤减,甘草生境片段化严重。同时由于栽培甘草有效成分含量低,更使得优质甘草的供应进入瓶颈阶段。甘草野生种质资源的保护和优质种质资源的挖掘成为甘草规模化栽培和避免环境破坏的关键。物种遗传多样性及居群遗传结构的研究是种质资源保护和利用的关键,对人为干扰引起的甘草生境片段化对甘草种群结构及遗传多样性影响的认识,直接关系到野生甘草资源合理保护策略的制定和提出。甘草现有种质资源和遗传多样性的收集,可以为甘草优质种质资源的挖掘提供材料,进一步推动栽培甘草的发展。  本文利用EST-SSR标记分析和比较了三种药用甘草遗传多样性及遗传结构,评价了人为干扰及生境片段化对野生甘草资源遗传多样性造成的影响。为甘草资源保护和利用奠定基础。同时,利用分子标记及有效活性成分甘草酸含量进行了三种药用甘草的核心种质的提取,为后续优质种质资源的挖掘提供重要保障。主要结果如下:  1.我国野生乌拉尔甘草遗传多样性及遗传结构研究:使用24对EST-SSRs引物对来自我国九省的67个自然居群,1377个野生乌拉尔甘草样本进行基因分型,遗传多样性和遗传结构的评价和分析。结果表明,我国野生乌拉尔甘草保持了中等的遗传变异(HE=0.38),但是遗传分化水平较高(FST=0.367、GST=0.343、GST=0.349、G"ST=0.572、Dest=0.342),居群分化与地理距离及降水有显著的相关性。STRUCTURE分配分析显示在K=3时,乌拉尔甘草获得最合理的群体结构,分布带从西至东依次形成三个区域亚群,亚群间变异占到整个遗传变异的21.85%,而区域亚群内居群间变异占18.15%。生境片段化,使得基因流减小,44.78%的居群经历了近期遗传瓶颈效应,乌拉尔甘草整个遗传结构主要受到遗传漂变的影响。  2.我国野生乌拉尔甘草三个区域亚群遗传多样性的比较:STRUCTURE分配分析将我国野生乌拉尔甘草分为三个区域亚群:华北东北组(Group A)、内蒙西部组(Group B)、新疆组(Group C)。对三个区域亚群的遗传多样性比较发现,新疆区域的居群遗传多样性最高,而东北华北地区最低;内蒙西部组居群分化最小,居群间基因流水平较高,居群间变异占整个变异的20.78%,略低于其他两个区域。区域亚群内遗传分化与地理距离及环境因子均没有显著相关性。内蒙西部区域是受遗传瓶颈效应影响的居群比例最高的区域;而其他两个区域受遗传瓶颈影响的居群也大多集中于甘草资源的主产区。三个区域亚群的局部遗传结构均主要受到遗传漂变的影响,个别小区域内相邻居群间表现出以基因流为主导的遗传结构。甘草酸含量受气候因子影响较大。  3.我国野生胀果甘草的遗传多样性及遗传结构研究。使用20对EST-SSRs引物对来自于我国胀果甘草主产区(新疆、甘肃)的25个居群,409个样本进行基因分型,遗传多样性和遗传结构的评价和分析。结果显示,胀果甘草保持了中等水平的遗传多样性(HE=0.38),遗传分化水平较高(FST=0.257),遗传分化水平与地理距离有显著相关性,但与气候因子相关性不显著。STRUCTURE分配分析,胀果甘草从西向东可以分成三个亚群,其遗传结构与水系统有一定的相关性;基因流在生境片段化加剧的过程中进一步减小;同时,60%的居群经历了近期遗传瓶颈的影响;但整个遗传结构受到基因流的作用大于遗传漂变。甘草酸含量与降雨量显著相关。  4.我国光果甘草的遗传多样性和遗传结构的研究。使用20对EST-SSRs引物对分布于我国新疆地区的10个光果甘草居群,100个样本进行基因分型,及遗传多样性分析。结果显示,我国光果甘草保持了中等水平的遗传多样性(HE=0.407),遗传分化水平较高(FST=0.244)。受居群片段化的影响,当代基因流小于历史基因流,同时有50%左右的居群受到遗传瓶颈的影响,但整个遗传结构受到基因流的作用大于遗传漂变。  5.三种药用甘草遗传多样性的比较。对三种药用甘草遗传多样性的比较,结果显示,在物种水平的遗传多样性比较中,三种药用甘草没有显著的差异(NE,HE);但遗传分化(FST)和基因流(Nm)检测中,乌拉尔甘草居群分化水平较高,居群间基因流水平较低,且与其他两个物种比较差异显著(P<0.05);与其他两个物种主要受到基因流影响不同,乌拉尔甘草居群遗传结构主要受到遗传漂变的影响。同时,乌拉尔甘草总等位基因数(Allele)低于胀果甘草,受遗传瓶颈影响的居群数显著高于胀果甘草和光果甘草,以上均表明乌拉尔甘草受到生境片段化的影响最大,资源受人为破坏最严重。  6.三种药用甘草核心种质的构建。使用M-策略,通过分子标记及甘草酸含量进行核心种质构建。分别获得包含有55个核心种质个体的10组乌拉尔甘草核心种质;包含有57个核心种质个体的10组胀果甘草核心种质以及包含有29个核心种质个体的10组光果甘草核心种质。该甘草核心种质群体包含了本研究在相应物种中检测到的所有等位基因,同时在甘草酸含量及地理分布上均可以代表原有种质群。
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