元宝山地区红豆杉分类地位及其遗传变异分析

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中国红豆杉[Taxus wallichiana var.chinensis(Pilg.)Florin]为红豆杉属(Taxus Linn)常绿裸子植物,是集观赏、材用和药用于一体的珍贵树种。由于红豆杉属物种间表型差异小,属内种的鉴别需要根据一系列形态特征的组合,很难区分。元宝山是位于广西北部的高山,海拔2050 m。长期以来,元宝山地区的红豆杉一直被认定为是南方红豆杉[Taxus wallichiana var.mairei(Lemee et H.Lev.)L.K.Fu et Nan Li],但据本课题组前期调查发现,该地区的红豆杉与南方红豆杉在分子遗传上存在很大差异。因此,本课题组对元宝山地区红豆杉的分类地位产生怀疑,有必要对其进行更为全面、深入的系统分析,明确其分类及与其它红豆杉物种的系统发育关系,掌握种内遗传变异和多样水平,进一步对该珍稀物种开展科学保护。本文基于形态特征,利用DNA条形码和核基因EST-SSR标记技术,分析探讨元宝山地区红豆杉进行分类地位及其遗传多样性。主要研究结果如下:(1)表型分析结果显示,元宝山地区红豆杉的形态特征与中国红豆杉相似,DNA条形码鉴定结果进一步表明,元宝山地区红豆杉与中国红豆杉聚为一支。表型分析与分子鉴定结果相互印证,明确元宝山地区红豆杉应属于中国红豆杉而不是南方红豆杉,前人的鉴定结果有误。(2)利用核基因组EST-SSR技术对6个中国红豆杉群体进行标记分析。基因分型结果表明,在种的水平,中国红豆杉具有中等偏上的遗传多样性水平(Ho=0.330,He=0.442),群体间遗传分化极为显著(FST=0.317>0.25),遗传变异主要来自群体内个体间(65.74%)。在组群的水平上,长江以北组群的遗传多样性(Ho=0.514,He=0.366)高于长江以南组群(Ho=0.371,He=0.295)。种内遗传变异分析显示,元宝山地区红豆杉群体(YB和YBL)的遗传多样性最低。STRUCTURE分析结果显示,中国红豆杉6个群体与地理分布相符合,大致可划分为2组(长江以北和长江以南),组群间遗传分化明显且群组间基因交流较少(Nm=0.771)。主成分分析(PCoA)结果与系统发育树(NJ)结果一致,元宝山地区YB、YBL群体与贵州SC群体亲缘关系较近,陕西省群体(QCH与QCL)聚为一支,HZ群体单独为一支,与STRUCTUR的K=3结果相符。Mantel Test检验显示群体遗传距离与地理距离呈显著正相关(R2=0.417,P=0.003),中国红豆杉存在显著的谱系地理结构。(3)中国红豆杉群体历史进化模拟分析,长江以北群体于53.40万年前从长江以南的群体中分化而来,之后随气候变化,南方谱系中的部分群体逐渐向北部扩张,形成了当今的地理分布格局。气候等环境生态因素在中国红豆杉种群进化中扮演了重要角色。(4)鉴于元宝山地区中国红豆杉最低的遗传多样性水平,急需加以科学保护。可综合利用就地或迁地及管理措施,保护现今群体的遗传资源,后续可进一步扩大种质繁殖,增加其种群数量,达到有效保护的目的。
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