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本研究试图利用分子系统学方法,解析横断山区-青藏高原特有物种冬虫夏草及其寄主蝠蛾遗传结构及其协同进化关系。对6种蝠蛾幼虫和20个不同地理来源的冬虫夏草进行研究,而后扩增虫草菌的ITS序列及寄主蝠蛾的Cytb、COⅠ、COⅡ基因片段并进行测序,结合GenBank中相关类群进行分析,主要获得以下结果: 测序获得20条不同地理来源的冬虫夏草菌ITS序列,结合GenBank中其他地理来源的ITS序列,共获得冬虫夏草174条ITS序列,有32个单倍型,单倍型多样性Hd=0.775,总核苷酸多样性Pi=0.01237。聚类分析显示,冬虫夏草ITS序列聚类为6个分支。其中,来自滇西北北部和西藏南部的冬虫夏草菌在6个分支都有存在,说明该区域冬虫夏草菌的分化和遗传多样性较丰富。而西藏南部林芝地区和拉萨地区的样品单独一支,表明这些样品可能受到了独特的进化压力。同时,根据地理来源,将这些序列划分为12个居群,研究发现,冬虫夏草菌具有较丰富的遗传多样性,遗传变异主要来自于居群内,冬虫夏草菌ITS序列在滇西北南部(YNNB)、滇西北北部(YNBB)和西藏南部(XZNB)相对拥有较丰富的ITS单倍型多样性。该区域可能为冬虫夏草菌遗传多样性中心之一。 开展冬虫夏草寄主蝠蛾Cytb、COⅠ序列测序,结合GenBank中相关类群,分别获得174条序列,分别利用单基因及Cytb-COⅠ两基因联合分析探讨寄主蝠蛾的遗传多样性及系统发育关系。结果发现Cytb序列有83个单倍型,单倍型多样性Hd=0.958,总核苷酸多样性Pi=0.06581。COⅠ序列有95个单倍型,单倍型多样性Hd=0.960,总核苷酸多样性Pi=0.04784。在Cytb、COⅠ单基因及两基因联合聚类系统树中,寄主蝠蛾均聚成6个不同的分支,表现出较高的遗传多样性,整个分支拓扑结构与虫草菌ITS结构有较好的对应关系。其中,云南样品分布于四个分支中,西藏南部林芝地区和拉萨地区的样品仍然单独一支,这可能是蝠蛾在该区分布后由于其特殊的生态环境,形成了特殊的分化。青海北部、青海中部和甘肃北部地区的样品均与滇西北地区样品关系较为密切,但就地理距离而言,云南与青海、甘肃地理距离较远,存在地理隔离,但寄主蝠蛾具有较近的亲缘关系,其原因可能与青藏高原的隆起有关。 本研究还测序获得寄主蝠蛾COⅡ基因序列27条,长度为618bp。下载GenBank中仅有的33条冬虫夏草寄主蝠蛾COⅡ序列,共60条序列样品覆盖了冬虫夏草50余个不同的产地,进行比较分析,聚类结果仍然分为6支,与Cytb、COⅠ基因聚类拓扑结构一致。同时,将这些序列划分为12个居群,研究发现,冬虫夏草寄主蝠蛾具有较丰富的遗传多样性,其遗传变异主要来自于居群内,冬虫夏草寄主蝠蛾在滇西北南部(YNNB)、滇西北北部(YNBB)和西藏南部(XZNB)相对拥有较丰富的Cytb、COⅠ序列单倍型多样性。冬虫夏草菌与寄主蝠蛾单倍型丰富度区域表现出一致关系,该区域可能为冬虫夏草菌及其寄主蝠蛾多样性分布中心之一。 由于横断山区与青藏高原有着不同的地质演化历史,将整个冬虫夏草分布区域划分为2个组,横断山地区(HDSM)和青藏高原地区(QZGY)。同时将横断山地区(HDSM)划分为3个地区,包括藏东地区(HDS-X)、滇西北地区(HDS-Y)和川西地区(HDS-S),将青藏高原的地区(QZGY)划分为2个地区,青藏高原西藏地区(QZGY-X)和青藏高原青海甘肃地区(QZGY-Y)进行多样性分析。研究发现冬虫夏草菌及其寄主蝠蛾在横断山地区(HDSM)具有较丰富的单倍型多样性(虫草菌Hd=0.979,寄主Hd=0.812),青藏高原虫草菌单倍型多样性相对较低(Hd=0.920,寄主Hd=0.741)。而横断山滇西北地区(HDS-Y)冬虫夏草菌及其寄主蝠蛾遗传多样性最丰富(虫草菌Hd=0.908,寄主Hd=0.973),推测该地区为冬虫夏草菌及其寄主蝠蛾多样性分布中心。 利用Mantel test分析发现,冬虫夏草菌ITS序列遗传距离与地理距离之间无相关性(p>0.05)。同时,寄主蝠蛾Cytb、COⅠ和拼接Cytb-COⅠ序列遗传距离与地理距离之间均无明显相关性(p>0.05)。对冬虫夏草菌与其寄主蝠蛾遗传距离的相关性检验发现,冬虫夏草菌ITS遗传距离与寄主昆虫Cytb、COⅠ和拼接Cytb-COⅠ序列遗传距离均表现出显著的相关性(p=0.01),暗示冬虫夏草菌与其寄主蝠蛾经历了显著的协同进化。 利用基因替代速率(ITS设置为0.001替代数/位点/百万年,Cytb和COⅠ的替代速率设为0.0115替代数/位点/百万年),对冬虫夏草菌和寄主蝠蛾的分化时间进行估计,表明冬虫夏草菌至少起源于16.5百万年(Mya)前,而冬虫夏草寄主蝠蛾约起源于3.6百万年(Mya)前。冬虫夏草菌起源时间明显早于寄主蝠蛾,推测在冬虫夏草菌寄生蝠蛾之前,可能在土壤中、植物或者另外的寄主中已经存在。当冬虫夏草菌寄生寄主蝠蛾,形成协同进化关系后,促使虫菌的多样性分化和协同进化。 综合分化时间、聚类分析和遗传多样性分析来看,蝠蛾属物种是一个拥有共同祖先的单系类群。冬虫夏草菌及寄主蝠蛾均具有较高的遗传多样性,但遗传结构与地理距离并不显著相关,表明冬虫夏草菌及寄主蝠蛾的遗传差异并不是由地理隔离造成。冬虫夏草菌与寄主蝠蛾的进化关系表现出显著的一致性,表明二者经历了显著的协同进化。同时根据横断山区较高的遗传多样性特征,推测该地区为冬虫夏草菌及寄主蝠蛾多样性中心,冬虫夏草菌及其寄主蝠蛾可能均起源于横断山地区,两者之间形成协同进化关系,之后再逐渐向其他区域扩散。