本文選題：人參　切入點(diǎn)：馴化　出處：《東北師范大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：人參(Panax ginseng C.A.Mey.)隸屬于五加科(Araliaceae)人參屬(Panax),是重要的藥用植物。作為名貴的中藥材,人參因具有滋補(bǔ)強(qiáng)壯、補(bǔ)氣寧神和抗衰老等功效而享有“百草之王”的美譽(yù)。近幾年,隨其藥用價(jià)值逐漸被認(rèn)可,人參已成為全世界廣泛關(guān)注的物種。以往的研究雖然在人參藥理、藥化與臨床等方面取得突出的成果,但關(guān)于栽培人參起源與馴化的研究卻相對(duì)較少。由于長(zhǎng)期的過度采集,野生人參目前已經(jīng)瀕臨滅絕,現(xiàn)僅有極少數(shù)種群分布在東亞地區(qū),包括中國(guó)東北、朝鮮半島和俄羅斯遠(yuǎn)東地區(qū)。相對(duì)而言,栽培人參在我國(guó)東北以及朝鮮半島有廣泛種植,并已形成表型差異明顯的四大栽培品系,即普通參、邊條參、石柱參和高麗參。從表型特征和生長(zhǎng)特性方面而言,栽培人參與野生人參間以及栽培人參品系間的差異主要表現(xiàn)在主根的形態(tài)學(xué)性狀與生長(zhǎng)周期。但是從分子遺傳學(xué)角度而言,許多重要問題還有待解決,例如栽培人參野生親本的分子鑒定,栽培人參與野生人參群體遺傳多樣性水平,以及栽培人參的起源地點(diǎn)、馴化的時(shí)間以及馴化的方式等。在以往的研究中,眾多學(xué)者分別采用了隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)性DNA(random aplification polymorphism DNA,RAPD)、擴(kuò)增片段長(zhǎng)度多態(tài)性(amplification fragment length polymorphism,AFLP)和甲基化敏感位點(diǎn)擴(kuò)增多態(tài)性(methylation-sensitive amplification polymorphism,MSAP)等分子標(biāo)記對(duì)栽培人參和野生人參進(jìn)行了遺傳結(jié)構(gòu)分析,而這些研究大多只包含了少量的野生人參和栽培人參不同品系的樣本,并沒有系統(tǒng)全面地揭示栽培人參的起源與馴化問題。在本研究中,采用DNA測(cè)序技術(shù)對(duì)人參屬的譜系發(fā)育與栽培人參起源與馴化進(jìn)行了探討。首先,挑選了24個(gè)葉綠體基因?qū)υ耘嗳藚⒑鸵吧藚�(gè)體進(jìn)行多態(tài)性分析,以驗(yàn)證栽培人參的野生親本;然后,從葉綠體基因組中篩選出4個(gè)通用性較好的基因?qū)θ藚龠M(jìn)行分子系統(tǒng)學(xué)研究;最后,研究鑒定了49個(gè)人參的單拷貝核基因,并利用這些核基因?qū)λ占脑耘嗳藚⑺膫�(gè)品系的11個(gè)居群共137個(gè)個(gè)體和代表野生人參分布范圍的9個(gè)居群共38個(gè)個(gè)體進(jìn)行DNA測(cè)序�；趯�(duì)以上實(shí)驗(yàn)中所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分子系統(tǒng)發(fā)育與群體遺傳學(xué)分析,已取得如下主要研究結(jié)果:1.通過運(yùn)用24個(gè)葉綠體基因?qū)υ耘嗳藚⒑鸵吧藚⑦M(jìn)行DNA測(cè)序和序列比對(duì)發(fā)現(xiàn),這些葉綠體基因在栽培人參與野生人參之間沒有變異,但在人參屬內(nèi)各物種間含有較多的變異。選擇matK-trnK、rps16、psbI-psbK和psbA-trnH 4個(gè)基因構(gòu)建人參屬系統(tǒng)發(fā)育樹,結(jié)果表明栽培人參不僅在形態(tài)學(xué)與野生人參相近,在分子系統(tǒng)樹上也聚類在一起,從而從分子的水平證實(shí)了栽培人參的野生親本是野生人參。分析人參屬的譜系發(fā)育關(guān)系發(fā)現(xiàn),雖然人參、竹節(jié)參和西洋參以異域的方式分布于東北亞(除日本)、日本和北美,但這3個(gè)物種通過同一次異源四倍化形成。此外,葉綠體系統(tǒng)樹的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還表明,葉綠體基因在人參屬內(nèi)各物種間的分辨率較高,因而可以有效地解決人參屬內(nèi)物種鑒定的問題。2.通過比對(duì)擬南芥單拷貝核基因(single copy nuclear genes,SCNGs)數(shù)據(jù)庫與人參表達(dá)序列標(biāo)簽(express sequence tags,ESTs),成功獲取了人參核基因組中單拷貝基因的EST序列。通過對(duì)設(shè)計(jì)的PCR引物進(jìn)行驗(yàn)證,從人參核基因組中成功開發(fā)了49個(gè)通用性較好的SCNGs。首先,初步對(duì)SCNGs在人參屬內(nèi)的通用性進(jìn)行檢測(cè)及核苷酸多態(tài)性評(píng)估,結(jié)果顯示,16個(gè)單拷貝核基因在人參中具有較高通用性,其中核基因PW8的核苷酸多態(tài)位點(diǎn)比例最高,變異位點(diǎn)占矩陣總長(zhǎng)度的4.4%。與此同時(shí),有10個(gè)單拷貝核基因在人參和西洋參中均具有較高通用性和多態(tài)性,表明研究開發(fā)的單拷貝核基因可以用于人參屬后續(xù)的系統(tǒng)發(fā)育與品種鑒定等研究中。3.選擇單拷貝核基因PGN7、Z7和Z14對(duì)栽培人參11個(gè)居群的137個(gè)個(gè)體和野生人參9個(gè)居群的38個(gè)個(gè)體的群體樣本進(jìn)行克隆測(cè)序。通過分析序列多態(tài)性顯示,這三個(gè)核基因在核苷酸多態(tài)性等方面存在一定的差異,但整體上均具有較多的分離位點(diǎn)。通過對(duì)栽培人參與野生人參進(jìn)行中性檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn),栽培人參在這三個(gè)核基因中的Tajima’s D與Fu and Li’s D*和F*的負(fù)值都要明顯大于野生人參,這說明在這些基因中栽培人參的分離位點(diǎn)的頻率要低于野生人參。此外,研究結(jié)果還顯示Z7和Z14基因在栽培人參中的遺傳多樣性比野生人參略高,但在栽培人參不同品系和居群之間的遺傳多樣性沒有明顯差異。這些結(jié)果說明栽培人參在馴化過程中并沒有經(jīng)歷明顯的遺傳瓶頸。通過結(jié)合簡(jiǎn)約網(wǎng)絡(luò)分析方法和地理分布發(fā)現(xiàn)栽培人參和野生人參的所有個(gè)體在PGN7、Z7和Z14三個(gè)基因中均含有2個(gè)或4個(gè)主要的單倍型結(jié)構(gòu),少數(shù)單倍型以較高的頻率出現(xiàn)在各栽培人參和野生人參居群中,同時(shí)各群體內(nèi)還存在部分從該高頻單倍型衍生出的特有單倍型,由于栽培人參和野生人參在單倍型分布上沒有明顯的差別,且單倍型與地理分布沒有直接關(guān)聯(lián),因此支持栽培人參是一次起源。4.運(yùn)用Hiseq2000測(cè)序平臺(tái)對(duì)96個(gè)栽培人參和35個(gè)野生人參個(gè)體的46個(gè)單拷貝核基因進(jìn)行PCR產(chǎn)物混樣測(cè)序。首先,將所有栽培人參和野生人參個(gè)體依據(jù)遺傳背景和地理分布劃分為八個(gè)組。其中,栽培人參包括石柱參、邊條參、高麗參、南部普通參和北部普通參5個(gè)組,野生人參包括南部地區(qū)(遼寧省)、北部地區(qū)(吉林省)和吉林省撫松縣3個(gè)組。通過對(duì)比分析這8個(gè)組的遺傳多樣性發(fā)現(xiàn),栽培人參和野生人參之間的遺傳多樣性水平非常相似(πcultivar=0.00781;πwild=0.00754),從而再次證實(shí)了栽培人參在馴化的過程中并沒有經(jīng)歷明顯的遺傳瓶頸。在栽培人參各品系間,普通參的同義突變和非同義突變位點(diǎn)數(shù)要相對(duì)高于其他三個(gè)栽培品系。進(jìn)一步利用ABC模型模擬栽培人參的馴化歷史發(fā)現(xiàn),栽培人參與野生人參于1498年前分化,并在隨后的馴化過程中存在較為明顯的雙向基因流。綜上所述,本研究分別從葉綠體和核基因組水平對(duì)栽培人參的起源與馴化進(jìn)行了系統(tǒng)地探討。通過對(duì)所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分子系統(tǒng)發(fā)育與群體遺傳學(xué)分析顯示,栽培人參大約于1498年前馴化自野生人參,雖然栽培人參各品系在馴化的過程中產(chǎn)生了表型分化,但選擇作用并未導(dǎo)致栽培人參的遺傳多樣性降低。本研究為接下來人參種質(zhì)資源研究和分子輔助育種提供重要理論依據(jù)。
[Abstract]:Panax ginseng C . A . Mey . This paper deals with the genetic structure of ginseng and wild ginseng . In the past few years , there are many important problems to be solved , such as the molecular identification of the wild parents of cultivated ginseng , the length polymorphism of wild ginseng , the time of domestication and the way of domestication . The results showed that there was no variation among the species of ginseng and wild ginseng by using 24 chloroplast genes . The results showed that there were some differences between the three species of ginseng and wild ginseng . The results showed that the single copy nuclear genes were highly compatible with wild ginseng . Based on the analysis of the genetic diversity of cultivated ginseng , it was found that the genetic diversity level between cultivated ginseng and wild ginseng was very similar ( . pi . = 0.00781 ; 蟺 wild = 0.00754 ) .

【學(xué)位授予單位】：東北師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：S567.51

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1689723