摘要
自然杂交在物种多样性起源与演化过程中有着极其重要的作用。自然杂交往往被认为是通过适应性状的转移、基因变异重组以及重建新演化路线而促进了物种的适应演化和多样化。拥有多样的植物区系的横断山地区已经成为了全世界生物多样性的热点之一。自然杂交可能是横断山区植物区系多样化形成过程中的一个重要力量。横断山地区是菊科(Asteraceae)橐吾属（Ligularia）植物的多度和多样化中心，快速的异域辐射适应演化并伴随着种间的自然杂交在该类群多样化的过程中极其重要。横断山地区历史上复杂的地理和气候变化事件以及人类活动造成的环境干扰可能导致了该属同域分布以及生殖隔离障碍未完全建立的物种间发生自然杂交并形成杂交区。本论文基于简化基因组测序方法(RAD-Sequencing)对舟叶橐吾（L.cymbulifera）和东俄洛橐吾（L.tongolensis）4个杂交区遗传结构、基因渐渗以及自然选择对杂交区遗传结构的潜在影响的研究，以期探讨横断山地区橐吾属植物多样性形成与维持机制，并探讨自然杂交产生的遗传物质重组和变异在物种多样化过程中的贡献，得到了以下主要结果和结论: 1.遗传结构 通过对4个杂交区的舟叶橐吾和东俄洛橐吾114个个体进行ddRAD测序，获得了2615个SNPs位点。基于2615个SNPs位点进行STRUCTURE分析和主坐标分析(PCoA)分析，分析结果支持了舟叶橐吾和东俄洛橐吾之间发生的自然杂交。另外，结合以上两种分析，NEWHYBRIDS分析显示除部分亲本个体维持了较为完整的遗传成分外，杂交后代以及另外一些亲本个体主要为F1和回交个体，回交以与东俄洛橐吾的回交为主。这些分析结果进一步显示形态上为亲本之一的个体，遗传成分并不是完全纯合，表明4个杂交区可能都发生基因渐渗。 2.杂交渐渗的分析 使用R语言中introgress包对4个杂交区的2615个SNPs位点进行了hindex分析和genomic.clines分析。首先，hindex分析的杂交指数(hybrid index，Hi)结果显示形态上的“亲本”和部分杂交后代个体可能是与东俄洛橐吾回交或渐渗个体，尤其是小雪山杂交区和帕叉海杂交区，形态上的东俄洛橐吾和杂交后代大部分个体主要为与东俄洛橐吾回交或渐渗个体，而少部分个体则为与舟叶橐吾回交或渐渗个体;而理塘杂交区，两个亲本保持了较为完整的遗传成分，而杂交后代主要为与东俄洛橐吾回交或渐渗个体;稻城杂交区没有发现纯合的舟叶橐吾，但舟叶橐吾的遗传成分仍然保留在杂交区中，由于个体数量的减少，遗传成分也存在潜在减少的可能性，而杂交指数显示杂交后代主要是与东俄洛橐吾回交的个体。genomic.clines分析显示，4个杂交区的渐渗模式为双向但不对称的渐渗，小雪山、帕叉海和稻城杂交区均以舟叶橐吾渐渗入东俄洛橐吾为主，而理塘杂交区则以东俄洛橐吾渐渗入舟叶橐吾为主。 3.选择对杂交区的潜在影响 genomic.clines分析结果显示，4个杂交区的显性不足位点数多于过显性位点数，表明两个亲本基因型的重组可能不亲和而导致杂交后代适合度降低。这也说明了尽管舟叶橐吾和东俄洛橐吾同域分布且能够发生自然杂交，但是生殖隔离障碍维持了两个亲本的遗传完整性。尽管如此，由于橐吾属物种的演化时间相对较短，生殖隔离障碍可能并没有完全建立，仍有一部分的位点被探测到为过显性以及杂合型等位基因显示基因型过度。稻城杂交区的杂交后代(F1)自然结实的部分种子能萌发，这些均表明两个物种间的生殖隔离并不完全。舟叶橐吾可能在高海拔地区环境中更具有生态优势，且在生境利于舟叶橐吾的情况下，舟叶橐吾的遗传成分潜在地增加了杂交后代的适合度。4个杂交区的分析显示，杂交区之间的环境差异或者微环境的差异可能影响了对于不同基因型的选择。 由此可见，舟叶橐吾和东俄洛橐吾之间的不完全生殖隔离可能是其杂交区形成和维持的主要因素，而生境的异质性导致了其杂交群体的舟叶橐吾遗传成分的增加。内源性和外源性的因素对于杂交区的形成和维持过程可能产生了非常重要的作用。 红河流域范围内是苏铁属（Cycas）次级分化中心。陈氏苏铁（C.chenii）主要分布于红河流域的上游区域。目前发现的陈氏苏铁6个居群分别位于红河的东北和西南两岸，生长在海拔为500 m到1300m的较为陡峭的山坡上。由于持续的生境破坏以及盗采盗伐，陈氏苏铁面临着数量逐渐减少，甚至可能灭绝的威胁。本文通过对陈氏苏铁的现已发现的6个居群的60个个体进行保护遗传学研究。选用了两个叶绿体DNA片段（psbA-trnH和trnL-trnF）和两个核基因（PHYP和RBP-1）研究了陈氏苏铁居群的遗传多样性、遗传结构、分化时间以及居群动态等。研究结果显示，陈氏苏铁在物种水平上有较高的遗传多样性，但居群内存在较低的遗传多样性以及高度的居群间分化。基于叶绿体DNA的单倍型系统关系树显示5种单倍型聚为了两个分支(NE group和SW group)，正好对应了红河的东岸和西岸。研究结果显示，红河可能作为了陈氏苏铁中基因流的地理障碍。结合分化时间和居群动态分析发现，陈氏苏铁可能在西南地区频繁地气候振荡到来之前广泛的分布于红河流域。然而，冰期到来之后，受气候的影响，居群收缩并进入了红河流域干热河谷区域的冰期避难所。根据研究结果，本文针对陈氏苏铁提出了适合的原址(in situ)和迁地（ex situ）保护的保护策略。至少建立两个保护区域对红河东北和西南两岸的陈氏苏铁居群进行原址保护。除了考虑原址保护之外，还需对陈氏苏铁采取迁地保护策略，而实施迁地保护的时候，应该注意避免杂交或基因渐渗的影响。
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