摘要物种是生物多样性研究的基础,但是物种的边界依然模糊,尤其是在物种丰富的类群,这些类群在形态特征和生态区域上有显著的相似性。青藏高原作为全球生物多样性的热点地区之一,蕴含丰富的物种。对该地区物种的形成及演化历史仍需要大量的研究。乌头属多倍化、杂交和基因流交流频繁,导致物种形成和遗传分化的研究难度较大。铁棒锤(Aconitumpendulum)和伏毛铁棒锤(A.flavum)是乌头属(Aconitum)多年生的草本植物,主要分布在青藏高原及其毗邻地区。两种铁棒锤形态特征及其相似,是研究青藏高原区域物种形成和演化历史的理想材料。本研究利用二代测序和简化基因组技术,获取了铁棒锤与伏毛铁棒锤的叶绿体基因组及全基因组的SNP数据,并结合生态位模拟,来探讨铁棒锤与伏毛铁棒锤的种间关系、物种分化和居群动态历史。主要的研究结果如下:<br> 1)铁棒锤与伏毛铁棒锤的叶绿体基因组与大多数被子植物一样,都具有典型的4段式结构。叶绿体基因组共有131个基因,包含86个蛋白质编码基因,37个tRNA基因,8个rRNA基因和一个假基因。铁棒锤与伏毛铁棒锤在叶绿体基因组的基因内容、基因顺序、GC含量、密码子偏好性、IR/SC边界的扩张和收缩等方面具有微小的差异。系统发育分析表明铁棒锤与伏毛铁棒锤并非按照形态物种聚类。基于通用条形码、核苷酸多态性高变区域及条形码鉴定工具(ABGD)都无法将铁棒锤与伏毛铁棒锤区分开。铁棒锤与伏毛铁棒锤的共同祖先出现在第三纪上新世4.4Ma(95%HPD,4.02-4.81Ma)。<br> 2)基于一致性的SNP数据,对铁棒锤与伏毛铁棒锤进行了系统发育分析,结果表明两种铁棒锤并非相互独立的单系。主成分分析也无法区分两种铁棒锤。与同区域的其它物种相比,两种铁棒锤群体间的遗传差异较小,并且种间的遗传差异小于群体间的遗传差异。两种铁棒锤群体间的遗传差异和地理距离无关,表明地理距离并非是遗传分化的主要原因。居群遗传结构分析表明,两种铁棒锤的最佳分组为6,并无明显的谱系地理结构,可能是近期的快速分化和遗传漂变,致使原有的祖先遗传结构并未被完全抹除,局部区域的进化致使新的遗传结构的出现。两种铁棒锤在末次盛冰期经历了一次瓶颈效应。末次盛冰期时,青藏高原地区气温较低,两种铁棒锤向周边的低海拔区域迁移,并且在高原平面上也可能存在微型的避难所。气温回暖后,开始向四周扩散。<br> 3)生态位模拟表明铁棒锤与伏毛铁棒锤现在分布区的模拟结果与实际分布的结果差异不大,主要分布在青海、四川、西藏和甘肃等地区,表明模拟结构较为可靠。两种铁棒锤在末次盛冰期的适生区较小,并且有向高原边缘迁移的迹象。两种铁棒锤的生态位高度重叠,生态位分化不明显。<br> 铁棒锤与伏毛铁棒锤在叶绿体基因组结构上具有微小的差异。系统发育分析,DNA条形码物种界定工具,PCA分析和生态位都无法表明铁棒锤与伏毛铁棒锤是两个相互独立的物种,并且物种间并未发生显著的遗传分化,我们建议将两种铁棒锤合并为一个物种。两种铁棒锤群体主要受到末次盛冰期的影响,在高原平面和高原的边缘都可能有微型的避难所,气温回暖后开始向外扩张。由于近期的快速分化、瓶颈效应及遗传漂变,导致原有祖先的遗传结构并未被抹除,局部区域的突变导致新的遗传结构的出现,使得两种铁棒锤并无明显的遗传结构。
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