云杉屬是松科的第三大屬,在北半球廣泛分布,是北半球針葉林的重要組成部分。云杉屬物種有效群體大、世代時間長、不完全譜系篩選突出、種間雜交頻繁等特點,導致近緣種間物種形成和遺傳分化的研究難度較大。本文選取了云杉復合體中四個物種,包括云杉(Picea asperata)、白扦(P.meyeri)、紅皮云杉(P.koraiensis)和西伯利亞云杉(P.obovata)作為研究對象進行了物種分化的研究;它們的形態(tài)學相似度很高,除西伯利亞云杉(少量分布于新疆)外,其他三個種主要分布在中國,且互相為異域分布�；谌~綠體DNA和核基因序列的系統(tǒng)發(fā)育分析結(jié)果都表明這四個物種組成一個單系發(fā)育分支,但它們之間的物種界定和群體動態(tài)歷史仍不清楚。本文以13個核基因片段為基礎(chǔ),運用群體遺傳學的方法研究了這四個物種的核苷酸多樣性、群體遺傳結(jié)構(gòu)、種間分化和群體動態(tài)歷史。本研究將采集的云杉復合體四個物種自然分布區(qū)共34個居群332個個體進行了DNA提取,分別擴增了13個核基因片段并測序。遺傳多樣性分析結(jié)果表明,西伯利亞云杉的特有多態(tài)性位點最多,共計87個;其它三個物種間的共享多態(tài)性水平較高。四個物種在13個核基因位點的平均核苷酸多樣性均較低,其中平均核苷酸多樣性最高的是西伯利亞云杉(θ_(wt)=0.00410和π_t=0.00459),最低的是云杉(θ_(wt)=0.00181和π_t=0.00245)。AMOVA分析結(jié)果顯示,這四個物種的種間遺傳分化水平也較低。西伯利亞云杉與其它三個物種的分化程度最高,與云杉、白扦和紅皮云杉之間的Φ_(ST)值分別為0.28417、0.29674和0.30388。STRUCTURE分析表明,當K=2時,是最合適的分組關(guān)系:西伯利亞云杉單獨成族;其他三個物種成為一族,此三個物種之間沒有顯著的遺傳分化。我們進一步將本研究中四個物種與來自云杉屬的其它九個物種的數(shù)據(jù)一起用來構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹進而推斷這四個物種間的種間關(guān)系。在用BEAST構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育樹上,這四個物種組成一個單系支,與其他分布于亞洲的物種區(qū)分開來。在這一支內(nèi),西伯利亞云杉最先分化,而且組成一個獨立分支;云杉、白扦和紅皮云杉三個物種所有的個體組成另一個單系支。主成分分析(PCA)結(jié)果與STRUCTURE和系統(tǒng)發(fā)育分析結(jié)果一致,也顯示西伯利亞云杉與其他三個云杉的遺傳關(guān)系較遠、分化較大。本研究進一步用ABC程序基于群體遺傳學數(shù)據(jù)模擬了四個物種之間的分化模式。通過兩套參數(shù)得到的計算結(jié)果表明西伯利亞云杉在大約1.7百萬年前最先與其它三個物種的祖先種發(fā)生分化;大約0.287百萬年前紅皮云杉和白扦及云杉的共同祖先分化;最后,云杉與白扦大約分化于0.204百萬年前。然后用IMa2模擬了四個物種的群體動態(tài)和基因流。從白扦到云杉的基因流最高,而從西伯利亞云杉到其他三個物種的基因流均很小。最后,本研究用生態(tài)位模擬手段評估了冰期對四個物種分布的影響。從模擬結(jié)果來看,在末次盛冰期,四個物種的潛在分布范圍都比相應的末次間冰期的潛在分布范圍大,說明它們在這個時期發(fā)生了擴張。云杉、白扦和紅皮云杉這三個物種現(xiàn)在與末次盛冰期時的分布范圍差別不明顯,而西伯利亞云杉的分布范圍則發(fā)生了一定程度的收縮。綜合以上研究結(jié)果表明,四個云杉屬物種擁有一個共同祖先,并在近期才發(fā)生分化。其中,西伯利亞云杉最先分化;其次是紅皮云杉、云杉和白扦,但后三個物種的分化程度不高,種間存在大量基因流。四個物種分化后,其種群隨氣候變化發(fā)生了不同程度的擴張或瓶頸效應。由于四個物種的分化時間較短,不完全譜系篩選和大量的基因流可能是導致這些物種間共享多態(tài)性高和遺傳分化不明顯的最主要原因。
【學位單位】：蘭州大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：S791.18
【部分圖文】：

本研究擬繼續(xù)研究云杉復合體中四個物種的分化及其種間關(guān)系，它們分別是云杉（P. asperata Masters）、白扦（P. meyeri Rehder & E. H. Wilson）、紅皮云杉（P. koraiensis Nakai）和西伯利亞云杉（P. obovata Ledebour）（圖1-2）。這四個物種中，云杉和白扦是中國特有種。云杉廣泛分布于青藏高原東部，主要生長于四川和甘肅省境內(nèi)海拔為2400-3600米的地帶；稍耐蔭，同時對干燥及寒冷也有耐受性；其針葉的生長方式為向上彎曲生長或是輻射狀伸展，云杉針葉先端微尖或急尖，四棱形針葉的長度為1-2厘米，葉寬為1-1.5毫米，四面均分布有氣孔線，上面有4-8條

圖 1-3 白扦、云杉、紅皮云杉和西伯利亞云杉的分布范圍Fig. 1-3 The distributional ranges of P. asperata, P. meyeri, P. koraiensis and P. obovata1.5 本研究意義和目的

圖 2-1 云杉（粉色）、白扦（黃色）、紅皮云杉（綠色）和西伯利亞云杉（藍色）的采樣地理分布圖。Fig. 2-1 Sampling locations of P. asperata, P. meyeri, P. koraiensis and P. obovata（4）取上清于 2ml 離心管，加入等體積的 CI，在搖床上振蕩 10min，然后在 4℃
【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 王云生;黃宏文;王瑛;;植物分子群體遺傳學研究動態(tài)[J];遺傳;2007年10期

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1 鄒嘉賓;云杉屬物種界定和物種形成研究[D];蘭州大學;2016年

本文編號：2863685