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垂穗披碱草是高原和草甸的优势种,在中国西北地区广泛分布,特别是青藏高原,因披碱草属含有小麦族植物优秀的抗逆基因可以为麦类作物的改良和育种及提高牧草品质提供很好的基因资源而被广泛研究。本试验选取青藏高原东部16个地区的垂穗披碱草种群作为研究材料,基于cpDNArp132-trnL、matK和trnL-F序列,利用克隆测序研究青藏高原东部垂穗披碱草种群的遗传多样性及亲缘关系。
(1)基于cpDNArp132-trnL片段计算各垂穗披碱草种群的遗传距离在0.304-0.869,遗传距离最小的为海东市化隆县种群、黄南藏族自治州泽库县种群与海南藏族自治州共和县种群(0.304),其次是海东市化隆县种群和黄南藏族自治州泽库县种群(0.336),海南藏族自治州同德县种群其他各种群的遗传距离都较大(0.819-0.869)。玉树藏族自治州的三个种群的遗传多样性较高:称多县种群(S=15、h=4、Hd=0.998)、称多县清水河种群(S=16、1h=7、Hd=0.995)、玉树县种群(S=16、1h=5、Hd=0.876),其次是海北藏族自治州的2个垂穗披碱草种群:海北藏族自治州刚察县种群(S=10、h=9、Hd=0.978)、海晏县种群(S=11、1h=5、Hd=0.933),除海西蒙古族藏族自治州德令哈种群(P<0.01)、乌兰县种群(P<0.05)和海北藏族自治州海晏县种群(P<0.05)之外,大部分种群都经历过种群扩张。AMOVA得出3.64%的变异发生在种群内部,种群间的遗传分化程度低(Fst=0.03639),经Gst计算得出各种群间的基因流高(Nm=13.85),而PCoA分析得出黄南藏族自治州泽库县种群和海南藏族自治州共和县种群和其他种群间的关系较远,其次是海南藏族自治州同德县种群。Mantel分析发现青藏高原东部垂穗披碱草种群的地理距离和遗传距离存在不显著的相关性关系(r=-0.090,P=0.140)。且结合MP树和NJ树发现海西蒙古族藏族自治州德令哈种群、都兰县种群、海南藏族自治州共和县种群和玉树藏族自治州玉树县种群总是可以聚在一起,且节点靠近树根的位置,说明以上四个种群优先分化出来,亲缘关系较其他种群较近,而玉树藏族自治州称多县种群和海北藏族自治州海晏县种群、刚察县种群聚在一起,亲缘关系较近。
(2)基于cpDNAmatK片段计算各种群间遗传距离范围为0.038-0.172,玉树藏族自治州垂穗披碱草种群(0.038-0.116)和其他各种群的遗传距离都小,而海南藏族自治州同德县种群(0.097-0.172)和海北藏族自治州刚察县种群(0.109-0.172)与其他种群间的遗传距离较大。称多县种群(S=10、h=3、Hd=0.932)、称多县清水河种群(S=9、h=6、Hd=0.999)、玉树县种群(S=9、h=6、Hd=0.991),海北藏族自治州的2个垂穗披碱草种群:海北藏族自治州刚察县种群(S=9、1h=4、Hd=0.996)、海晏县种群(S=8、h=4、Hd=0.959)有较高水平的遗传多样性,且海东市化隆县种群、黄南藏族自治州同仁县种群(P<0.05)、泽库县种群、果洛藏族自治州玛多县种群、玉树藏族自治州玉树县种群(P<0.01)、海西蒙古族藏族自治州乌兰县种群、天峻县种群都经历了种群扩张。AMOVA结果显示2.81%的变异发生在种群间,遗传分化程度较低(Fst=0.02816)和较高的基因流(Nm=12.78)。PCoA结果得出海南藏族自治州同德县种群、海北藏族自治州刚察县种群和其他各种群间的关系较远。Mantel分析结果显示青藏高原东部垂穗披碱草种群的地理距离和遗传距离呈现不显著的相关关系(r=-0.206,P=0.070)。结合MP树和NJ树发现玉树藏族自治州玉树县种群和称多县清水河种群、海西蒙古族藏族自治州天峻县种群在两种进化树中都可以聚在一起亲缘关系较近。
(3)分析现有12个种群的cpDNAtrnL-F基因序列数据,发现各种群遗传距离在0.0001-0.7741,海南藏族自治州同德县种群与玉树藏族自治州玉树县种群、海西蒙古族藏族自治州都兰县种群三个种群之间遗传距离最小。对种群数据进行Mantel分析发现,青藏高原东部垂穗披碱草种群的地理距离和遗传距离呈现显著负相关的关系(r=-0.234,P=0.02)。
结合三个叶绿体基因数据,分析得出玉树藏族自治州垂穗披碱草种群的遗传多样性最高,适宜的生境赋予了种群更多遗传变异信息。AMOVA分析显示遗传分化土要在青藏高原东部垂穗披碱草种群内部,且种群间遗传分化程度较低,PCoA显示出与遗传距离及进化树类似的结果。但Mantel结果表明遗传距离和地理距离无显著相关性(P<0.05),且玉树藏族自治州种群和海北藏族自治州种群总是聚在一起,说明其垂穗披碱草种群亲缘关系较近。综合分析本试验发现,cpDNA非编码区更适合作为研究种间的遗传多样性及系统发育的标记材料。
(1)基于cpDNArp132-trnL片段计算各垂穗披碱草种群的遗传距离在0.304-0.869,遗传距离最小的为海东市化隆县种群、黄南藏族自治州泽库县种群与海南藏族自治州共和县种群(0.304),其次是海东市化隆县种群和黄南藏族自治州泽库县种群(0.336),海南藏族自治州同德县种群其他各种群的遗传距离都较大(0.819-0.869)。玉树藏族自治州的三个种群的遗传多样性较高:称多县种群(S=15、h=4、Hd=0.998)、称多县清水河种群(S=16、1h=7、Hd=0.995)、玉树县种群(S=16、1h=5、Hd=0.876),其次是海北藏族自治州的2个垂穗披碱草种群:海北藏族自治州刚察县种群(S=10、h=9、Hd=0.978)、海晏县种群(S=11、1h=5、Hd=0.933),除海西蒙古族藏族自治州德令哈种群(P<0.01)、乌兰县种群(P<0.05)和海北藏族自治州海晏县种群(P<0.05)之外,大部分种群都经历过种群扩张。AMOVA得出3.64%的变异发生在种群内部,种群间的遗传分化程度低(Fst=0.03639),经Gst计算得出各种群间的基因流高(Nm=13.85),而PCoA分析得出黄南藏族自治州泽库县种群和海南藏族自治州共和县种群和其他种群间的关系较远,其次是海南藏族自治州同德县种群。Mantel分析发现青藏高原东部垂穗披碱草种群的地理距离和遗传距离存在不显著的相关性关系(r=-0.090,P=0.140)。且结合MP树和NJ树发现海西蒙古族藏族自治州德令哈种群、都兰县种群、海南藏族自治州共和县种群和玉树藏族自治州玉树县种群总是可以聚在一起,且节点靠近树根的位置,说明以上四个种群优先分化出来,亲缘关系较其他种群较近,而玉树藏族自治州称多县种群和海北藏族自治州海晏县种群、刚察县种群聚在一起,亲缘关系较近。
(2)基于cpDNAmatK片段计算各种群间遗传距离范围为0.038-0.172,玉树藏族自治州垂穗披碱草种群(0.038-0.116)和其他各种群的遗传距离都小,而海南藏族自治州同德县种群(0.097-0.172)和海北藏族自治州刚察县种群(0.109-0.172)与其他种群间的遗传距离较大。称多县种群(S=10、h=3、Hd=0.932)、称多县清水河种群(S=9、h=6、Hd=0.999)、玉树县种群(S=9、h=6、Hd=0.991),海北藏族自治州的2个垂穗披碱草种群:海北藏族自治州刚察县种群(S=9、1h=4、Hd=0.996)、海晏县种群(S=8、h=4、Hd=0.959)有较高水平的遗传多样性,且海东市化隆县种群、黄南藏族自治州同仁县种群(P<0.05)、泽库县种群、果洛藏族自治州玛多县种群、玉树藏族自治州玉树县种群(P<0.01)、海西蒙古族藏族自治州乌兰县种群、天峻县种群都经历了种群扩张。AMOVA结果显示2.81%的变异发生在种群间,遗传分化程度较低(Fst=0.02816)和较高的基因流(Nm=12.78)。PCoA结果得出海南藏族自治州同德县种群、海北藏族自治州刚察县种群和其他各种群间的关系较远。Mantel分析结果显示青藏高原东部垂穗披碱草种群的地理距离和遗传距离呈现不显著的相关关系(r=-0.206,P=0.070)。结合MP树和NJ树发现玉树藏族自治州玉树县种群和称多县清水河种群、海西蒙古族藏族自治州天峻县种群在两种进化树中都可以聚在一起亲缘关系较近。
(3)分析现有12个种群的cpDNAtrnL-F基因序列数据,发现各种群遗传距离在0.0001-0.7741,海南藏族自治州同德县种群与玉树藏族自治州玉树县种群、海西蒙古族藏族自治州都兰县种群三个种群之间遗传距离最小。对种群数据进行Mantel分析发现,青藏高原东部垂穗披碱草种群的地理距离和遗传距离呈现显著负相关的关系(r=-0.234,P=0.02)。
结合三个叶绿体基因数据,分析得出玉树藏族自治州垂穗披碱草种群的遗传多样性最高,适宜的生境赋予了种群更多遗传变异信息。AMOVA分析显示遗传分化土要在青藏高原东部垂穗披碱草种群内部,且种群间遗传分化程度较低,PCoA显示出与遗传距离及进化树类似的结果。但Mantel结果表明遗传距离和地理距离无显著相关性(P<0.05),且玉树藏族自治州种群和海北藏族自治州种群总是聚在一起,说明其垂穗披碱草种群亲缘关系较近。综合分析本试验发现,cpDNA非编码区更适合作为研究种间的遗传多样性及系统发育的标记材料。