發(fā)布時(shí)間：2020-05-19 17:29

【摘要】：生物地理學(xué)是人們認(rèn)知當(dāng)今物種分布格局的重要學(xué)科。如何理解北半球特別是東亞和北美植物區(qū)系存在的區(qū)別和聯(lián)系,仍然是系統(tǒng)學(xué)家和生物地理學(xué)家要面對(duì)的重大課題。地理隔離事件以及白令陸橋和北大西洋陸橋與鄰近地區(qū)的頻繁的隔離擴(kuò)散的影響,使得北半球的生物地理格局變得十分復(fù)雜,其中東亞-北美的間斷分布格局在最近很多年格外引人注目。之前研究表明,在被子植物的世系中,東亞起源然后遷移到北美被大量提及,而相反的情況即從北美起源再遷移到東亞的例子也大量存在。一些裸子植物的系統(tǒng)研究表明,很多物種經(jīng)歷了一個(gè)相似的發(fā)生和遷移模式。裸子植物起源更早,很多類群具有古老的多樣性和經(jīng)濟(jì)價(jià)值,是理解東亞北美生物地理間斷模式的理想材料。崖柏屬是隸屬柏科的一個(gè)小屬,包含五個(gè)種:北美喬柏(Thujaplicata)、北美香柏(Thuja occidentalis)、崖柏(Thuja sutchuenensis)、朝鮮崖柏(Thuja koraiensis)和日本香柏(Thujastndishii)。崖柏屬物種呈現(xiàn)典型的東亞北美間斷分布,其中北美喬柏和北美香柏為北美特有種,其他三個(gè)種:崖柏、朝鮮崖柏和日本香柏只分布在東亞地區(qū),且在東亞三國(guó)也呈現(xiàn)較明顯的間斷碎片化分布。尤其是我國(guó)特有種崖柏,不僅具有重要的學(xué)術(shù)研究意義,也具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,但野生種群極少,呈高度瀕危狀態(tài),因此,選擇這一類群開(kāi)展研究,從基因組層面篩選用于居群遺傳學(xué)的分子標(biāo)記,對(duì)將來(lái)的保護(hù)遺傳學(xué)可以提供重要的依據(jù)。盡管多種數(shù)據(jù)被用來(lái)分析崖柏屬植物的系統(tǒng)關(guān)系,例如形態(tài)解剖學(xué)數(shù)據(jù)、生態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)、核DNA、微衛(wèi)星DNA或少數(shù)幾個(gè)葉綠體DNA的片段,然而一直沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的結(jié)論。隨著二代測(cè)序技術(shù)的飛速發(fā)展,葉綠體基因組已經(jīng)普遍用于植物系統(tǒng)與進(jìn)化的研究中。葉綠體基因組序列能夠提供大量的信息位點(diǎn),因此能夠在不同的分類水平很好的提高系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)的分辨率。除此之外,基于植物葉綠體基因序列進(jìn)行比較基因組學(xué)研究能夠?qū)Ψ肿铀降倪M(jìn)化提供更深入的理解,比如基因組的重排,基因的丟失等現(xiàn)象。在本研究中,利用崖柏屬所有物種的完整的葉綠體基因組數(shù)據(jù),進(jìn)行比較基因組分析,系統(tǒng)發(fā)育分析以及生物地理學(xué)分析,用來(lái)研究崖柏屬物種的葉綠體基因組進(jìn)化和屬內(nèi)物種之間的系統(tǒng)關(guān)系,并探討該屬物種東亞-北美的間斷分布格局的形成機(jī)制。主要結(jié)果如下:(1)崖柏屬葉綠體基因組的完整大小:北美喬柏(Thuja plicata)為131,118 bp,崖柏(Thuja sutchuenensis)為130,668 bp,北美香柏(Thuja occidentalis)為131,602 bp,朝鮮崖柏(Thuja koraiensis)為 130,273 bp,日本香柏(Thuja standishii)為 130,505 bp。所有的崖柏屬物種葉綠體基因組都缺少IR區(qū)域,因此沒(méi)有典型被子植物葉綠體基因組的四分體結(jié)構(gòu),這與之前的在其他松柏類研究的結(jié)果相一致。另外,葉綠體基因組中的短重復(fù)序列(SSR)被檢測(cè)出來(lái),可以為將來(lái)的群體遺傳學(xué)研究提供分子標(biāo)記。(2)系統(tǒng)發(fā)育結(jié)果表明,崖柏屬是強(qiáng)烈支持的單系,北美喬柏、北美香柏和崖柏是屬內(nèi)較早分化出來(lái)的物種,其中崖柏和北美香柏是姐妹群,日本香柏和朝鮮崖柏的姐妹關(guān)系得到了很好的支持。崖柏屬和羅漢柏屬(Thujopsis)的姐妹群關(guān)系得到了進(jìn)一步的確認(rèn)。(3)通過(guò)生物地理學(xué)分析,推測(cè)該類群的起源主要來(lái)自日本/北美西部。崖柏屬早期生物地理格局很可能受到了跨大陸擴(kuò)散和隔離事件的影響。生物地理分析結(jié)果表明,中新世至上新世和第四紀(jì)相繼發(fā)生的重要地質(zhì)歷史事件促成了崖柏屬現(xiàn)今的生物地理分布。本研究利用裸子植物崖柏為研究材料,并采用系統(tǒng)發(fā)育基因組學(xué)手段,對(duì)東亞北美植物間斷分布的復(fù)雜歷史提供了新的認(rèn)知。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院武漢植物園)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：Q943;Q948.2

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本文編號(hào)：2671231