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细茎石斛(Dendrobium moniliforme(L) Sw.)是石斛属命名的模式植物,主要分布于中国大陆、台湾、印度、日本和韩国,在东亚跨海间断分布,具有重要的药用以及观赏价值。鉴于该物种野生居群濒临灭绝,以及具有重要的理论和经济价值,迫切需要开展细茎石斛的系统基因组学、谱系地理学以及居群遗传学的研究,为细茎石斛资源的科学保护和有效管理提供依据。本研究进行了细茎石斛的叶绿体比较基因组的研究;利用叶绿体片段重建了树兰亚科的系统发生;利用叶绿体非编码区、nrDNA ITS以及微卫星数据进行了细茎石斛的谱系地理学以及群体遗传学研究。主要研究结果如下:1.细茎石斛的比较叶绿体基因组研究对细茎石斛和铁皮石斛的叶绿体基因组序列进行了测定,细茎石斛和铁皮石斛的叶绿体基因组具有同线性,在基因非编码区以及ndh基因存在差异。与其他已知光合兰科植物叶绿体基因组相比,基因组成以及基因顺序相近,但在单拷贝区/反向重复区以及ndh基因不一致。我们发现,在反向重复/单拷贝位点,兰科植物有四种类型。我们推测兰科植物在IR/SSC侧翼发生收缩或扩张。2.细茎石斛的比较叶绿体基因组在树兰亚科的系统发生中的应用通过六种兰科植物叶绿体基因组的蛋白编码基因的核苷酸序列两两比较,筛选出15条变异比较高的基因,并利用其中四条序列构建树兰亚科的系统发生树。结果表明,大多数结点支持率较高,确定了石斛属所在石斛亚族以及吻兰亚族这两个以前位置不确定的亚族在树兰亚科的位置。3.基于核微卫星标记的细茎石斛居群遗传学研究利用11对微卫星分子标记,对细茎石斛的23个居群305个样本进行居群遗传多样性和遗传结构的研究。细茎石斛有较高的遗传多样性。依据遗传结构分析,云贵高原居群归于一支,其他居群聚为另一支。在另一支中,中国南岭山脉东部和台湾、日本、韩国岛屿居群聚为一个亚支。虽然细茎石斛生境缺失以及片段化分布,但是大多数居群没有经历瓶颈,在台湾-中国大陆和云贵高原与其他地区存在遗传屏障。我们的研究结果对于细茎石斛的保护策略的提出具有一定指导意义。4.基于叶绿体和核片段的细茎石斛的谱系地理学研究基于两条叶绿体非编码区序列(atpH-atpI和psbK-psbI)以及核ITS序列,定义细茎石斛及其复合种的单倍型/核基因型,分析单倍型/核基因型的分布规律,构建系统发生树。推测祖先单倍型及其分布地,以及不同进化支系可能发生的历史事件。研究结果显示,细茎石斛在东亚的分布可以分为云贵高原、中国中东部以及台湾、日本、韩国岛屿三大支系。基于中性检测和结合失配分析,我们推测细茎石斛近期没有经历显著扩张,冰期对该物种影响不大,日本和韩国居群与中国大陆在冰期没有明显的基因交流。细茎石斛种子流和花粉流不一致,可能的解释是两种类型的基因经历不同历史事件的结果。尽管存在形态学上的差异,细茎石斛、霍山石斛、河南石斛以及伏牛石斛之间没有显著的分子水平的差异,存在一定的基因渐渗。