基于分子标记的入侵植物加拿大一枝黄花的遗传多样性
基于分子标记的入侵植物加拿大一枝黄花的遗传多样性
【摘要】： 加拿大一枝黄花(Solidago canadensis L.),又叫北美一枝黄花,是菊科(Asteraceae)一枝黄花属(Solidago L.)多年生草本植物。20世纪30年代作为观赏花卉引种到我国的上海、南京等地。1980年迅速扩散蔓延,逸生为恶性杂草,对生态系统和经济造成的严重危害,成为倍受关注的外来入侵种。但是,各地发生的加拿大一枝黄花种群是否就是一个种,以及它具有的哪些生物学特性导致入侵成功等问题一直存在争论,给科学管理带来不便。通常,入侵的外来植物具有快速进化特点和适应性进化机制,遗传变异程度决定其适应性能力。因此,从分子生态学角度开展入侵地和原产地不同细胞型加拿大一枝黄花的遗传多样性进行分析,对阐明其入侵的适应性机制和潜在分布地区有着深远的意义,也为全面开展防控工作提供科学的理论依据。为了明确各地区入侵加拿大一枝黄花与近缘种的分类地位及其成功入侵的遗传机制,本文采用AFLP分子标记和ITS同源性序列分析了入侵地与原产地不同倍性的加拿大一枝黄花的遗传多样性水平。研究遗传多样性与地理距离的相关性,入侵地和原产地加拿大一枝黄花及其近缘种的亲缘关系及分类地位,为一枝黄花属物种鉴定提供证据,为阐明加拿大一枝黄花的入侵机制提供理论依据。主要研究内容如下：AFLP分子标记技术揭示加拿大一枝黄花种群的遗传多样性与倍性之间的关系：采用了灵敏度更高、重复性更好、多态性丰富的AFLP技术,对采自中国和日本、俄罗斯的39个入侵种群以及北美原产地的79个种群,共计1005个株系的不同倍性加拿大一枝黄花的遗传多样性进行分析。结果表明入侵地不同倍性种群的遗传多样性显著低于原产地相应倍性种群,这说明加拿大一枝黄花在入侵初期受到了瓶颈效应；无论原产地还是入侵地,四倍体种群与六倍体种群的遗传多样性均较二倍体种群高,说明多倍化的物种具有较高的遗传多样性,也从遗传学角度说明多倍化加拿大一枝黄花具有更高的入侵潜能。经过相关性分析发现,遗传距离和地理距离有相关性(r=0.337,P=0.01)。入侵地与原产地不同倍性加拿大一枝黄花的遗传变异主要存在于种群内(Gst=0.2229),遗传变异程度在一定程度上决定进化程度,体现了入侵物种的快速进化特点和适应性进化机制。遗传相似性系数分析表明,中国四倍体和六倍体种群与原产地不同倍性种群之间存在一定程度的遗传分化,而入侵地的日本六倍体种群与原产地不同倍性种群的遗传一致度较高(0.9500-0.9556),暗示入侵日本的加拿大一枝黄花可能源自于原产地采样区。UPGMA (unweighted pair group method analysis)聚类分析表明,原产地与入侵地相应倍性并没有聚在一起,入侵地加拿大一枝黄花不同倍性的种群可能是多元起源。CCA (canonical correspondence analysis)结果说明,无论是原产地还是入侵地,不同倍性种群间的遗传分化十分明显,这种分化是加拿大一枝黄花作为入侵植物种预适应的结果。而同倍性原产地和入侵地种群则沿着经度和生境温度发生遗传演化,原产地同倍性的加拿大一枝黄花的空间距离最近,具有最相似的生态要求,原产地和入侵地基因组加倍提高了多倍化的耐热性,导致多倍化的加拿大一枝黄花具有和二倍体种群不一样的新的生态环境。这是加拿大一枝黄花入侵前的预适应和入侵后的迅速适应性演化共同作用的结果。ITS序列揭示入侵加拿大一枝黄花的遗传多样性及其与近缘种的关系与分类：本文对采自中国和日本、俄罗斯的79个入侵种群以及北美原产地的74个种群,共计682个株系的加拿大一枝黄花以及12个近缘种或变种的ITS序列进行了遗传多样性分析,并在NCBI的BLAST数据库进行同源相似性比对。研究结果表明,入侵地种群较之原产地种群有较低的遗传多样性,入侵地种群的单倍型多样性指数和核苷酸多样性指数分别为h=0.108和π=0.00017,较之原产地美国种群低,表明入侵物种经受了瓶颈效应和奠基者效应,可能是由于单次或少数几次引进的结果。通过同源性比对及12种近缘种或变种的序列比较发现,在入侵地,中国的58个种群、日本的7个、俄罗斯的1个入侵种群具有与S. canadensis完全一致的ITS序列,另有3个种群(长沙、九江、上饶)以及俄罗斯的在形态上鉴定为S. canadensis var. hargeri Fern的RUSsh种群相似性高达99.84%,；普遍种植的10个“黄莺花”种群中有3个种群的ITS序列与上述入侵种群完全一致,其余种群也有99.52%-99.84%相似性。鉴于这些种群均与登录号为HQ142591.1的S. canadensis同源相似性一致或相近,可认定入侵亚洲的种群均是加拿大一枝黄花。受争论的S. altissima L.,具有和S. canadensis及登录号为HQ142590.1的S. canadensis var. scabra Torr. & Gray具有完全一致的ITS序列,而且在形态上差异也不明显,这些结果支持Croat (1972)将S. altissima和S. canadensis合并为一个种。
【学位授予单位】：南京农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
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