优越虎耳草的系统地位及谱系地理学研究

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山羊臭组(Saxifraga sect.Ciliatae Haworth)是虎耳草属(SaxifragaL)中最大的一个组,约占该属植物的一半,主要分布在青藏高原-喜马拉雅地区。关于该组的范围界定和组下系统发育关系一直争议较大。本研究利用叶绿体DNApsbA-trnH、trnL-F和nrDNA ITS序列对虎耳草属山羊臭组进行系统发育学研究。结果显示,虎耳草属山羊臭组是一个单系类群,组下至少聚成三个主要分支:1)Saxifraga sect.Ciliatae subsects.Gemmiparae,Cinerascentes,Flagellares和Hemisphaericae聚成一支,位于系统发育树的基部;2)来自S.sect.Ciliataesubsect.Rosulares的物种聚为一支,并包含了来自S.sect.Ciliatae subsect.Serpyllifoliae的物种;3)来自S.sect.Ciliatae subsect.Hirculoideae的物种单独聚为一支。分子钟估算表明,虎耳草属山羊臭组三个主要分支的分歧时间为9.48Mya,与青藏高原在15-6.5 Mya的大规模隆升相吻合。Saxifraga sect.Ciliataesubsects.Rosulares和Hirculoideae的分歧时间分别为4.51 Mya和2.12 Mya,与青藏高原在5-1.8 Mya的隆升事件相吻合。事实上,S.sect.Ciliatae subsect.Hirculoideae的约110个物种是在最近的2 My分化形成的,平均进化速率约为每2万年1个新种,与夏威夷果蝇的物种形成速率相似。  优越虎耳草Saxifraga egregia Engl.,隶属于狭义虎耳草科Saxifragaceae s.str.中最大的一个属——虎耳草属SaxifragaL.,为山羊臭组中的青藏高原特有种,主要分布在横断山区-喜马拉雅地区,生境为郁闭的林下及灌丛。本研究选取13个居群151株个体开展优越虎耳草谱系地理学研究,通过叶绿体DNA非编码区序列(rpl20-5rps12、trnL-F)测序分析发现19个单倍型;遗传变异分析发现,总的遗传多样性较高(HT=0.868),居群内平均遗传多样性较低(Hs=0.466),符合青藏高原地区植物普遍的遗传变异模式。在本研究中,揭示出优越虎耳草大量的特有单倍型在其整个分布范围内均匀分布,遗传多样性和核苷酸多样性较高的居群也呈均匀分布,符合“微型避难所”假说;推断优越虎耳草居群在相互隔离的“高山岛屿”中发生异域分化,导致了该物种产生大量特有单倍型。已有研究发现第四纪冰期时青藏高原的某些乔木和灌木在高原台面存在多个微型避难所,它们也可以为优越虎耳草提供微型避难所而使之在冰期时保留下来。  此外,本研究还基于磁珠富集法构建微卫星文库,筛选优越虎耳草的多态性SSR位点。随机选择阳性克隆开展测序并设计引物,其中48对引物将能够完成预期扩增。随后在3个野外自然居群50株个体中开展多态性检测。结果显示,其中的12对引物呈现较高的遗传多态性,每个位点的等位基因数从4-14不等。这些微卫星标记将有助于今后开展青藏高原地区优越虎耳草的系统进化与谱系地理研究。
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