三种濒危植物的保育遗传学研究

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中文摘要：濒危植物的保育遗传学研究是揭示物种致濒机制和制定濒危物种保育策略的理论基础。本文选取了我国三种受人为干扰严重的濒危植物-华东经济发展快速地区的毛柄小勾儿茶和中华水韭与三峡库区的荷叶铁线蕨为代表，采用等位酶、AFLP、cpRFLP、cpSSR和SSR等分子标记，分别研究了这三种濒危植物的遗传多样性和遗传结构，主要结果如下： 1.毛柄小勾儿茶(Berchemiellawilsoniivar.pubipetiolata)是一种只分布于我国浙江天目山地区和安徽大别山地区的濒危木本植物。生境破坏已经导致了该物种现有居群的片断化和局部居群的灭绝。我们初步采用超薄平板微型聚丙烯酰胺等电聚焦技术，对毛柄小勾儿茶4个现存居群的等位酶变异进行了研究，在9个酶系统、20个酶位点的检测结果表明，毛柄小勾儿茶在物种水平和居群水平上都存在较高的遗传多样性，但所有居群都缺乏低频率(小于0.1)等位基因，这可能是毛柄小勾儿茶遗传侵蚀的一个先期表征。等位酶的水平上对杂合子的选择和/或严重的近交衰退可能是导致所有居群都表现杂合子过剩的原因。 2.考虑到等位酶标记的一些缺陷，我们之后采用AFLP标记和cpDNA标记相结合的方法分析了毛柄小勾儿茶居群的遗传结构和生境片断化带来的影响。AFLP结果显示，毛柄小勾儿茶现存居群有中等水平的遗传多样性(HS=0.141-0.172)。将cpRFLP和cpSSR相结合在88个个体中确定了6种单倍型，单倍型总的多样度为HE=0.700。AMOVA分析结果显示地区间和地区内具有显著的AFLP遗传分化(ΦST=0.196，ΦCT=0.396)。对于cpDNA单倍型来说，地区间有强烈的遗传分化，而地区内却没有显著的遗传分化。研究结果表明，毛柄小勾儿茶居群间的基因流较低。AFLP和cpDNA标记都揭示了不同地区居群间具有很强的遗传分化，这说明两地区的毛柄小勾儿茶居群是两个不同的进化谱系，在制定对毛柄小勾儿茶的保育策略时应当将它们认定为不同的“进化显著单元”(ESU)。 3.为了更好地推测毛柄小勾儿茶现存居群的种群历史，我们开发了一套可以在小勾儿茶属物种跨种使用的微卫星引物。采用其中的13对微卫星标记，我们发现毛柄小勾儿茶居群保持有中等水平的遗传多样性(HE=0.466-0.543)，但是和其他木本植物的微卫星研究相比，每个居群的等位基因多样度都比较低(A=3.1-3.6和AR=2.2-2.4)。瓶颈检测(Bottlenecktests)表明有3个居群经历了近期的居群大小剧减。基因流—漂变平衡(geneflow-driftequilibrium)检测揭示毛柄小勾儿茶的居群结构主要受遗传漂变控制，即居群间的基因流很小。居群间的遗传分化非常显著，各居群内都有许多特有的等位基因。基于遗传分化，特有等位基因和溯祖系数(F)等间接推算得到的历史基因流均较低，Nm=0.582-0.783，而个体分配检测(assignmenttest)只在湍口和马啸居群间发现一个首代迁移个体，即现存的毛柄小勾儿茶居群几乎没有近代的基因流。低水平的基因流反应了毛柄小勾儿茶居群的长期隔离和低效率的种子扩散及花粉传播。 4.中华水韭(Isoetessinensis)是分布于我国华东地区的一种极危的水生拟蕨类植物。近年来，中华水韭现存居群的快速下降和局部居群的灭绝，引起了保护生物学家的极大关注，被IUCN(2004)列为极度濒危植物。我们采用AFLP标记检测了中华水韭七个现存局部居群的遗传变异和居群结构。8对AFLP引物组合共扩增出343条清晰的条带，其中210条带(61.2％)呈现多态性。和其他蕨类植物相比，中华水韭显示了较高水平的居群内遗传多样性(HE=0.118；hS=0.147；I=0.192)。居群内遗传变异与居群大小不呈正相关，表明中华水韭经历了近期的居群大小下降的过程，这一点与近年来收集到的野外调查统计结果完全吻合。强烈的遗传分化(FST=0.535；GST=0.608；θB=0.607)以及地理距离与遗传距离之间的不相关，表明这些居群处于基因流-漂变不平衡中。由于中华水韭的基因流主要是以水为媒介并且其生境范围强烈地受到水环境变化的影响，因此目前中华水韭居群的遗传结构主要受到遗传漂变的影响。 5.世界上最大的水电项目——横跨长江的三峡大坝的建设已经引起了国内外学者对该地区生物多样性保育的广泛关注。本文阐述了三峡库区保育遗传研究的一个案例，三峡库区特有的濒危蕨类植物——荷叶铁线蕨(Adiantumreniformevar.sinense)。采用8对微卫星标记对该物种现存的13个居群进行分析，发现该种有较高的遗传多样性(HE=0.653-0.781)。然而在突变—漂变平衡检测中显示大部分居群偏离这一平衡，暗示居群大小经历了急剧减小的过程，而这正与近年来修建大坝对该种产生的影响相吻合。基因流—漂变平衡检测表明，荷叶铁线蕨居群的进化历史以基因流—漂变平衡为特征，其中根据溯祖方法(F=0.129)与遗传分化(FST=0.094和RST=0.180)推测的历史基因流水平基本一致(Nm=1.14-2.41)。然而由个体分配检测推测出的近代基因流大小(Nm=0.38)却显著低于历史基因流水平。居群之间联系性的降低很可能是由于近来居群经历的瓶颈效应以及大坝建设所引起的生境改变产生的。这种情况下，荷叶铁线蕨自然居群将来可能更易遭受到遗传漂变的影响。

作者：

康明

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关键词：

毛柄小勾儿茶中华水韭荷叶铁线蕨保育遗传濒危植物基因流漂变平衡

授予学位：

博士

学科专业：

植物学

导师：

黄宏文

学位年度：

2006

学位授予单位：

中国科学院武汉植物园

语种：

中文

中图分类号：