【摘要】：菜豆(Phaseolus vulgaris L.)是一種一年生草本植物,起源于美洲。因菜豆果實中蛋白質(zhì)、纖維和碳水化合物含量豐富而被引種到世界各地,它可以通過與根瘤菌共生來獲取氮素。中國南方和北方菜豆根瘤菌的多樣性并未深入研究過,為了揭示中國兩個生態(tài)區(qū)菜豆根瘤菌的多樣性、生物地理分布以及群體結(jié)構(gòu),在中國北方(生態(tài)區(qū)I)和南方(生態(tài)區(qū)II)的9個樣點(土壤pH值范圍為8.06至4.97)分別采集菜豆根瘤,共分離得到226株根瘤菌。分析結(jié)果如下:1.16S rRNA基因和持家基因的系統(tǒng)發(fā)育分析結(jié)果顯示,96.9%的根瘤菌屬于Rhizobium屬,包括四個已知種和四個未命名的基因型類群(四個已知種:R.leguminosarum、R.etli、R.phaseoli和R.vallis;四個未命名的基因型類群:Rhizobium sp.I、II、III和IV),而其余的根瘤菌被劃分為五個Bradyrhizobium屬的基因型類群,分別為B.diazoefficiens、Bradyrhizobium sp.I、II、III和IV。Rhizobium leguminosarum,Rhizobium etli和Rhizobium sp.II、IV是優(yōu)勢種,但在不同生態(tài)區(qū)的相對豐度不同。因此,來自中國不同生態(tài)區(qū)的菜豆根瘤菌存在豐富的多樣性,并且有著獨特的群落結(jié)構(gòu),表明在不同土壤pH和營養(yǎng)物質(zhì)的環(huán)境下,菜豆與根瘤菌有著相互促進作用:引入菜豆植株可能對根瘤菌的進化有驅(qū)動作用,而根瘤菌則能幫助從美洲引入到中國的菜豆在新的環(huán)境中成功定殖。2.在所有Rhizobium屬的基因型類群中,優(yōu)勢菌種R.etli的共生基因(nodC和nifH)與起源地R.etli的共生基因序列相似性非常高(≥98%),推斷它們的共生基因可能是通過起源地R.etli共生基因的轉(zhuǎn)移獲得的。這些研究結(jié)果擴大了菜豆根瘤菌的多樣性,闡明了這些根瘤菌的生物地理格局,并且表明了在宿主植物和土壤環(huán)境的共同選擇下,會出現(xiàn)新的根瘤菌基因型類群,從而揭示根瘤菌可能的進化方式。3.生態(tài)區(qū)I和生態(tài)區(qū)II中的樣地間土壤pH存在差異,Rhizobium etli種群在中國不同生態(tài)區(qū)有著獨特的生物地理格局,并受到當?shù)赝寥纏H值的影響。為了揭示R.etlilike菌株的遺傳多樣性、種群結(jié)構(gòu)、pH值差異對它們的選擇作用以及來自中國和原產(chǎn)地(墨西哥和哥倫比亞)R.etli的關(guān)系,利用與pH壓力相關(guān)的八個基因作為分子標記。這些基因在不同的pH環(huán)境下表現(xiàn)出不同的單倍型多樣性和核苷酸多樣性。4.選擇壓力分析結(jié)果表明,除了堿性環(huán)境群體中的act R(D=2.15383,p0.05)、actS(D=2.30857,p0.05)和grpE(D=-1.94053,p0.05)受到自然選擇的影響外,其余均符合中性進化模型。Fu and Li’s Fs為正值且顯著,可以推斷群體可能經(jīng)歷了瓶頸效應(yīng)或超顯性選擇。actS基因和otsA基因的氨基酸序列中都檢測到一個正向選擇位點,分別為第218位的R和第180位的R,但是并不顯著,說明其受到的正選擇較弱。5.來自中國不同土壤pH環(huán)境下的R.etli及其近緣種群體之間的分化程度較高,且與從美洲分離得到的R.etli也有不同程度地分化。這些菌株的祖先群體能回溯到4個譜系,江口、沈陽、南昌、馬祖巖、三江和于都這6個采樣地都有不同比例的根瘤菌個體與原產(chǎn)地R.etli來源于共同的祖先群體,而來自儲譚和大慶的根瘤菌的祖先群體完全不同于美洲個體的祖先群體。Mantel檢驗表明,在一定程度上R.etli群體間的分化受地理距離的影響,但并不是主要因素。這些研究結(jié)果進一步說明了從中國分離的R.etli隨種子從美洲引入,且引入中國的菜豆可能來源于兩個起源中心——墨西哥和哥倫比亞。同時也說明了R.etli的進化可能是由重組、地理距離、環(huán)境因子和宿主的選擇作用共同驅(qū)動。
【學位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：S643.1;Q939.114

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本文編號：2793103