昆明植物所在德保苏铁的保护遗传学研究中取得

2019-09-22 作者:科技中心   |   浏览(156)

德保苏铁(Cycas debaoensis)为中国特有种,为2-3回分叉的羽叶复叶,具有重要的观赏和研究价值,为国家一级重点保护植物。目前,德保苏铁仅分布于广西百色和云南文山地区,生长于石灰岩山地和由砂页岩发育而来的土山中。

苏铁类植物是现存较为古老的种子植物,一直是保护生物学和植物学的研究热点之一。长叶苏铁(Cycas dolichophylla K.D. Hill, T.H. Nguyen & K.L. Phan)因其羽叶长而大、小羽叶数较多而得名,具有重要的研究和观赏价值,为国家一级重点保护植物。长叶苏铁沿红河断裂带两侧分布,生长于我国云南东南部及越南北部的常绿林下。

中国科学院昆明植物研究所龚洵研究组长期以来关注中国苏铁属植物的谱系地理和保护遗传学研究。在德保苏铁的研究上,龚奕青采用两个叶绿体片段(psbA-trnH,atpB-rbcL)研究德保苏铁的遗传多样性和遗传分化。结果表明其遗传多样性低,而遗传分化高(FST

0.73),分布于石山生境和土山生境的居群之间有了显著的遗传分化,两种生境中的居群有其特有单倍型。

在此基础上,龚奕青通过增加居群和序列数据,采用7个低拷贝的核基因片段和17个微卫星位点研究了德保苏铁的遗传多样性和遗传结构,试图与叶绿体片段的研究结果进行比较。研究发现,德保苏铁核基因的遗传多样性较高,居群遗传分化相对较小(微卫星和各低拷贝核基因片段的FST均小于0.15)。由于德保苏铁叶绿体基因组是母系遗传,只能通过种子传给下一代,而核基因是双亲遗传,遗传物质可通过种子和花粉传给下一代。其叶绿体数据显示居群间遗传分化大,核基因数据显示居群间遗传分化小,揭示了德保苏铁种子流很小,而花粉流远比种子流大,该研究结果为德保苏铁居群的合理有效保护提供了参考和依据。

该研究得到NSFC-云南联合基金的资助,文章以Pollen-mediated gene flow promotes low nuclear genetic differentiation among populations of Cycas debaoensis(Cycadaceae) 为题发表在《树木遗传学与基因组学》(Tree Genetics & Genomes)上。

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图1基于cpDNA的遗传分化

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图2 基于nDNA和SSR的遗传结构

中国科学院昆明植物研究所龚洵研究组长期研究苏铁属植物的谱系地理和保护遗传学。在长叶苏铁的研究上,郑颖采用四个叶绿体片段(atpH-atpI,psbM-trnD,trnL-trnF,trnS-trnG),三个核基因(GTPPHYPPPRC)和16个微卫星位点研究了长叶苏铁的遗传多样性、遗传结构和谱系地理结构。结果表明,长叶苏铁的遗传多样性较高,且居群间遗传分化显著。四个叶绿体片段联合分析结果显示,长叶苏铁的叶绿体单倍型具有显著的谱系地理结构,呈现沿红河断裂带两侧分布的“西南-东北”分布模式;而微卫星研究结果表明长叶苏铁单倍型呈现“中国-越南”的分布模式;核基因结果表明长叶苏铁核单倍型并未呈现显著的谱系地理结构。叶绿体、核基因及SSR数据产生不同遗传分化格局与其遗传方式及进化速率不一致有关。

利用叶绿体联合片段及核基因推断长叶苏铁的居群动态,表明长叶苏铁在中更新世发生居群扩张,但在晚更新世至全新世期间,居群数量开始下降。

通过上述分析,研究推测:受新生代青藏高原抬升的影响,红河断裂带的地质结构和海拔梯度发生变化,产生了复杂的地形和不同地域下的局部小气候环境,促进长叶苏铁的物种形成和分化。随后,第四纪气候的动荡以及人为因素的作用影响长叶苏铁的遗传结构和居群动态。该研究对红河断裂带两侧植被的分化研究具有重要的指导意义,亦为长叶苏铁的保护提供参考和依据。研究结果以Tectonic and climatic impacts on the biota within the Red River Fault, evidence from phylogeography of Cycas dolichophylla (Cycadaceae)为题发表于《科学报告》(永利电子游戏网站,Scientific Reports)。该研究得到NSFC-云南联合基金的资助。

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