中国樱桃及其野生群体遗传结构的分子谱系地理研究

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中国樱桃(Cerasus pseudocerasus Lindl.),俗称小樱桃,起源于我国,隶属于蔷薇科(Rosaceae)李亚科(Prunoideae)樱属(Cerasus),其在我国栽培历史已达3000余年之久,是我国最为重要和古老的栽培果树之一。中国樱桃主要包括栽培品种、地方种质和野生群体三大类型。野生群体是多样性最为丰富、地理分布相对集中的群体类型,它和分布比较广泛的地方种质一起是对中国樱桃现有栽培品种进行遗传改良的最重要的基因源。由于中国樱桃形态上差异较小且以往研究中取样的地理覆盖度小以及相关的方法技术的局限性,使得对中国樱桃的遗传多样性、群体遗传结构和谱系地理方面的研究尚存在许多悬而未决的问题。基于此现状,本文利用进化速率较快的较常利用的叶绿体基因间隔序列trnQ-rps16对中国樱桃主要分布区的7个中国樱桃地方种质和10个野生群体共17个群体的200个个体材料进行研究,评价了中国樱桃的叶绿体序列遗传多样性及群体遗传结构,与此同时,基于群体结构和单倍型谱系分析,初步探讨了野生群体和地方种质的遗传关系以及中国樱桃的起源。主要研究结果如下:1.中国樱桃叶绿体序列遗传多样性对上述包含于17个群体的200个体的叶绿体片段序列遗传多样性研究结果表明:1)中国樱桃所有群体的遗传多样性处于较低水平,所有17个群体共检测到15个叶绿体单倍型,单倍型多态性(h)分布范围为0.000-0.718,平均为0.478。核苷酸多样性(π)从最低为0.00000,最高0.00344,平均为0.0018。2)就地方种质和野生群体相比而言,野生群体有较高的遗传多样性水平,平均单倍型多样性(h=0.565)和核苷酸多样性(π=0.0021)显著高于地方种质h=0.152和π=0.0006。对于中国樱桃较低的遗传多样性可能与叶绿体序列自身的特性,近期瓶颈效应及群体变异模式有关。而造成地方种质如此低的遗传多样性的可能原因是长期的驯化栽培及无性繁殖引起的严重的瓶颈效应使得其有效群体大小严重减小。2.群体遗传结构及谱系地理模式基于以上叶绿体DNA序列,对中国樱桃各群体进行遗传结构及谱系分析的结果表明:1)分子变异分析(AMOVA)结果显示,主要的遗传变异和分化存在于群体内,达73.72%(FST=0.26276,P=0.0000)和群体间17.97%(Fsc=0.19595,P=0.0000)而只有8.31%(FCT=0.0831,P=0.13783)的变异和分化来自于野生和地方种质间。两两群体间遗传分化(Fst)表明除来自陕西商南的群体WSN和来自四川青川的群体WQC外,其它两两群体间遗传分化不显著(P>0.05)。2)单倍型遗传谱系聚类分析表明,所有15个单倍型聚为3个分支,但是这3个谱系分支不存在与群体地理分布及群体划分相关的模式。Median-joining的单倍型网络图显示与谱系聚类树相似的拓扑结构,单倍型Hap1作为主要的单倍型分布于所有群体,单倍型Hap3作为内部嵌套的单倍型基本只分布于野生群体中,说明单倍型Hap1和Hap3是比较古老的高频率单倍型,但是单倍型的分布于群体的地理分布没有相关性。3)基于Jukes-Cantor模型的遗传距离及Neighbor-Joining聚类分析表明所有的17个群体间遗传距离较低,介于0.00000-0.00337之间。聚类显示来自商南WSN、青川WQC和桃龙WTL的群体聚为一支,其他群体聚为另一支,说明这3个群体与其他群体间的遗传距离较远。4)基于单倍型频率的遗传分化系数GST和NST在所有群体中分别为0.209和0.253,地方种质中为0.016和0.020,野生群体为0.2和0.249。NST都没有显著大于GST,表明这些群体间没有显著的谱系地理结构。5)基于Tajima’s D和Fu and Li’s D*and F*的中性检验表明,除了在地方种质中Tajima’sD=-1.73683(P<0.05)为显著的负值,其他都不显著,表明只有地方种质群体不符合中性进化,群体可能经历了近期的群体扩张,其他群体都是进化中性群体。该结果与单峰的单倍型错配分布分析一致。以上研究结果均表明中国樱桃群体间遗传分化较小,基因交流广泛,这可能与中国樱桃自身的繁殖方式及较强的种子传播能力有关。另外,叶绿体基因的较低的突变速率及末冰期后较短的群体分化时间也可能会使得群体间的分化不明显。
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