基于叶绿体DNA trnL-F序列研究肋果沙棘的谱系地理学

由于青藏高原的地理效应,第四纪冰期气候的反复变化应对现今该地区生物的地理分布及其居群遗传结构产生重大影响。肋果沙棘Hippophae neurocarpa是青藏高原地区的一个特有种,根据叶上的附属物（星状鳞毛或者鳞片状鳞毛）分为两个亚种：肋果沙棘亚种subsp.neurocarpa和密毛肋果沙棘亚种subsp.stellatopilosa。依据母系遗传的叶绿体DNA片段对该物种谱系地理学进行研究不仅能阐明该物种冰期避难所,而且对于理解两个亚种的母系分化也具有重要意义。共对两个亚种14居群的70个个体的trnL-F序列进行了测序,共发现8种单倍型,其中5种单倍型出现在肋果沙棘亚种中,4种出现在密毛肋果沙棘亚种中,两个亚种共享一种单倍型。种内谱系分化与两个亚种形态上的分化不一致。嵌套进化分支把8种单倍型分为三支：一支为肋果沙棘亚种,其他两支中两个亚种单倍型嵌套组成,且肋果沙棘亚种处于进化末端。我们的研究结果还表明肋果沙棘在冰期可能在高海拔地区存在多个避难所,并且存在来自避难所的邻域扩张。     

江孜沙棘和云南沙棘之间谱系分化和亲缘地理

研究具有邻近分布的近缘类群的遗传分化和谱系筛选对于进一步揭示物种形成机制具有重要意义。该文以沙棘属(Hippophae)临域分布的两个类群, 江孜沙棘(H. gyantsensis)和云南沙棘(H. rhamnoides subsp. yunnanensis)为研究对象, 进行群体水平上的母系分化研究。前一个种分布于西藏的中西部, 而后者主要分布于青藏高原东南部的云南西北部、四川西部和西藏东南部。两个类群在叶和果实性状存在明显区别。叶绿体在沙棘属植物中为母系遗传。共研究了两个类群14种群109个沙棘个体的叶绿体trnL-F、trnS-G序列; 序列排序后共发现11种单倍型, 江孜沙棘和云南沙棘分别有7种和6种, 两种单倍型为两个类群共享。分支分析和嵌套进化分析进一步表明, 两个类群之间的单倍型相互交错, 单倍型分化与形态上划分的两个类群不一致, 表明它们之间具有十分复杂的谱系筛选过程。这些发现明显不支持以前提出的有关江孜沙棘系统位置的假设。但是, 目前所获得的证据不能区分该物种究竟是通过异域分化还是同倍性杂交起源的。不同种群固定特有单倍型表明, 两个类群都在最后一次冰期可能存在多个避难所。     

青藏高原特有植物青海当归的谱系地理学初探

为探讨第四纪冰期气候波动对青藏高原多年生草本植物青海当归地理分布格局形成的影响,检测了青海当归16个居群147个个体的核糖体内转录间隔区(ITS)的序列变异,共发现了7个单倍型.结果表明除松潘居群外其余15个居群都拥有单倍型H1,青藏高原边缘的居群拥有6种ITS单倍型,其中5种为私有单倍型.谱系关系分析显示单倍型H1为较古老的单倍型,AMOVA分析表明,居群间的变异占了总变异量的67％,居群遗传分化显著,并且存在较明显的谱系地理结构(NST＞GST,P＜0.05).我们认为青海当归在第四纪冰期最大一次冰期来临时退缩到青藏高原边缘的避难所,冰期后在扩张过程中经历了奠基者效应形成了如今的分布格局.     

唐古特虎耳草谱系地理学研究

利用叶绿体基因(trnL-trnF和rpl16)对青藏高原地区的18个唐古特虎耳草(Saxifraga tangutica Engl.)居群(209个个体)进行谱系地理学研究,以揭示唐古特虎耳草的现有遗传结构及其历史演化过程。结果表明:(1)从209个个体中共检测到74个单倍型,且只有单倍型H5在居群中广泛分布,71.62%的单倍型为居群特有单倍型。(2)分子变异分析(AMOVA)显示,91.85%的遗传变异来源于居群内,居群间遗传分化不明显(F_(ST)=0.081);遗传分化系数N_(ST)(0.109)大于G_(ST)(0.097,P0.05)但不显著,表明唐古特虎耳草在其整个分布范围内没有明显的谱系地理结构。(3)中性检验表明,Tajima’s D(-2.045 07,P0.05)和FuLi’D*值(-3.629 27,P0.05)均为显著的负值,结合单峰的错配分布曲线,表明该物种经历过近期扩张。研究推测,唐古特虎耳草在第四纪冰期时可能存在多个微型避难所,由于第四纪冰期气候的反复波动,使得原来连续的居群片段化,避难所内的居群单独进化,从而形成了大量特有单倍型;唐古特虎耳草居群对第四纪冰期气候波动的反应可能更多的表现为垂直海拔高度的迁移,而非大规模的水平迁移。     

青藏高原及其毗邻山区蒙古绣线菊谱系地理学研究

以青藏高原及其毗邻山区的蒙古绣线菊23个居群324个个体为研究对象,选取叶绿体DNA非编码区trnL-trnF和rps15-ycf1片段对蒙古绣线菊进行谱系地理学研究。结果表明:(1)该研究区域中蒙古绣线菊亲缘关系相近的单倍型多发生于同一居群中,存在着明显的谱系地理学关系。(2)所检测得到的35个单倍型中,大约71.4%是居群内特有的单倍型,而出现频率最高的H1是最古老的单倍型,贝叶斯分析和单倍型简约网状图显示35个单倍型聚为地理分布范围各不相同的3个分支。(3)歧点分布分析得到分布图呈多峰曲线,说明蒙古绣线菊居群在较长的时间内发展稳定,没有经历突然的近期扩张。(4)BEAST分析结果显示,在45Mya左右开始出现蒙古绣线菊的谱系分支的分化。研究认为,蒙古绣线菊在青藏高原及其毗邻山区可能至少存在3个冰期避难所,其在青藏高原及其毗邻山区的分布格局主要是第四纪冰期-间冰期气候动荡、青藏高原隆升的共同作用的结果。     

南方红豆杉谱系地理学研究

通过对南方红豆杉18个居群499个个体叶绿体基因组的trnL-F片段进行RFLP分析,共检测到6个叶绿体DNA单倍型,其中除台湾居群外的17个居群都包含有单倍型H1和H2;黄山及临安居群除单倍型H1、H2外,还分别各有1个特有单倍型。谱系关系分析显示,单倍型H1、H2为较古老的祖先单倍型。AMOVA分析显示,变异主要存在于居群内,居群间的遗传分化程度较低(26.39%)。嵌套分支分析(NCA)显示,单倍型分布与地理分布存在轻度的地理相关性,南方红豆杉现在的遗传结构可能源于居群的片段化效应,台湾居群可能是由于曾经的居群片段化而隔离或长距离扩散所致;在第四纪冰期,中国东、南部地区可能存在2个以上南方红豆杉的避难所。     

基于叶绿体基因序列rbcL-accD研究莛子藨的分子遗传多样性和谱系地理结构

莛子藨是莛子藨属的一种多年生草本植物,主要分布在青藏高原东北部及邻近高山地区和日本,为东亚特有种。本文基于叶绿体DNA基因间隔区rbcL-accD序列,对莛子藨物种水平的序列特征、分子遗传多样性和谱系地理结构进行研究。分析结果发现该区域莛子藨种群的遗传变异主要来自于居群间（72.28%）,优势单倍型（H2）广泛分布,特有单倍型分散在多个居群。居群间遗传分化系数N_STST,没有检测到显著谱系地理结构,而且居群间基因流较低（N_m=0.096）,青藏高原及其邻近地区特殊地形和生态环境造成的地理隔离或者生境异质化可能是现有单倍型分布格局形成的原因。种群动态历史分析显示莛子藨经历过不显著的种群选择或者扩张事件,综合分析推测莛子藨居群应该是在间冰期或者冰期后从不同避难所扩散形成现在的分布格局,具体避难所还需进一步深入研究才能确认。     

青藏高原高山流石滩特有植物绵参的谱系地理学研究

绵参(Eriophyton wallichii)是中国青藏高原地区高山流石滩特有植物.为探讨第四纪冰期气候波动对青藏高原高山流石滩植物居群遗传结构以及谱系历史的影响,检测了绵参20个居群187个个体的核糖体内转录间隔区(ITS)的序列变异,共发现19个单倍型,且结果表明大部分居群拥有独自的单倍型.AMOVA分析表明,居群间的变异占了总变异量的89.54％,居群遗传分化指数很高(GST=0.863,NST=0.957),但无明显的谱系结构.我们推测这种独特的谱系地理结构可能主要是由于高山流石滩独特的地形和环境及“孤岛效应”形成的,与先前研究过的青藏高原植物不同,绵参呈现出高度分化的遗传结构,常常呈现出“一个居群,一种单倍型”的模式,这可能是由于第四纪冰期及间冰期尽管绵参的分布范围有扩大和收缩,但始终由于特殊的高山生境和流石滩基质,导致了该物种长期以来居群间很少有基因交流并一直处于隔离状态,造成了现在这样的谱系地理结构.     

横断山区高山绣线菊的谱系地理学研究

横断山区作为青藏高原东南部主要的一个冰期避难所,第四纪冰期气候的变化对该地区的植物地理分布和居群遗传结构都产生了重要的影响。为了揭示该地区物种分布的分子系统地理学结构,选取在该地区广泛分布的一种高山灌木-高山绣线菊的叶绿体trnL-trnF序列进行研究。采集了15个居群182个个体进行测序,共发现7个单倍型。总的遗传多样性较高(HT=0.809),但居群内遗传多样性较低(HS=0.236)。分子变异分析(AMOVA)结果表明分布区内高山绣线菊的遗传变异主要存在于居群间(84.48%),且居群间的遗传分化很高(GST=0.708,FST=0.84476,NST=0.863),有着显著的谱系地理学结构(NST>GST,P<0.01)和较低的居群间平均基因流(Nm=0.09)。单倍型的系统进化树和进化分支网络分析得到了相似的拓扑结构,7种单倍型都按照地理分布聚为三支:横断山区西部、横断山区东部以及两者的交接地带。本研究推测该物种在横断山区存在多个冰期避难所,而没有表现出大规模的种群集体扩张和迁移的现象。青藏高原隆升、第四纪气候的反复波动以及横断山区特殊的地理环境使得原来连续的居群片段化,并发生范围扩张,从而塑造了高山绣线菊的现代生物地理分布格局。     

横断山地区海仙报春的谱系地理学研究

由于横断山地区特殊的地理效应,第四纪冰期气候的反复变化对该地区植物的地理分布和居群遗传结构产生重要影响。为了揭示该地区分布的物种的谱系地理结构,检测了该地区特有的、生于湿地环境的植物海仙报春（Primula poissonii）的叶绿体trnL—F和trnT—L两个序列变异。共对13个居群167个个体的两个叶绿体片段进行测序,共发现11个单倍型。三种单倍型被共享,其他单倍型都只存在于单个居群内。分子变异分析（AMOVA）结果表明分布区内海仙报春的遗传变异主要存在于居群间（99．08％）,且居群间的遗传分化很高（GST=0．916,FST=0．99077,NST=0．973）,有着极显著的谱系地理学结构（NST〉GST,P〈0．01）和较低的居群间平均基因流（Nm=0．08）。结合嵌套分支分析（NCA）,本文的研究结果推测该物种在冰期可能存在多个避难所,并没有表现出大多数温带植物在第四纪冰期所经历过的种群集体扩张和迁移的现象,异域片段化被认为是该物种现有单倍型分布格局形成的主要原因。海仙报春的谱系地理结构是气候的反复波动和横断山特殊的地理环境互相作用的结果。     

青藏高原及其周边地区高山植物谱系地理学研究进展

青藏高原及其周边地区是世界上高山植物最丰富的地区,通过谱系地理学研究可以探讨高山植物演化历史与高原隆升和第四纪冰期的关系。根据对已经报道的36种高山植物的谱系地理分析,其谱系地理模式主要表现为:一、冰期退却到高原边缘的避难所,冰后期回迁到高原面;二、地理隔离造成冰期存在多处避难所(含微型避难所),冰后期发生局域性扩张。青藏高原在晚第三纪的快速隆升促进了物种的分化和成种,而第四纪冰期更是加剧了物种的快速分化,高原隆升和第四纪周期性气候波动是形成青藏高原高山植物现代谱系地理格局的主要原因。横断山脉地区作为第四纪冰期高山植物的主要避难所,在进化生物学和保护生物学方面具有重要启示。最后在物种选择、采样策略、基因片段选择和研究方法等4个方面提出青藏高原地区谱系地理学的研究方向。     

肋果沙棘北缘居群的遗传多样性与遗传结构

该研究利用SSR分子标记,对肋果沙棘(Hippophae neurocarpa)分布区北缘青海祁连地区5个自然居群进行分析,旨在了解小地理尺度下肋果沙棘北缘居群的遗传多样性和片段化分布居群的遗传结构,为肋果沙棘居群的资源保护提供了依据。采用6对微卫星引物对107个样本DNA进行扩增,共检测到27个等位变异,变幅为2~9个,平均每个位点有4.67个,平均观测杂合度(Ho)和期望杂合度(He)分别为0.142和0.230,Shannon信息指数(I)的变幅介于0.280~0.567之间,平均值为0.374,说明肋果沙棘北缘居群的遗传多样性较为丰富。遗传分化系数Fst=0.483,分子方差分析(AMOVA)表明肋果沙棘有48.33%的变异存在于居群间,51.67%存在于居群内。对5个居群之间的遗传距离与地理距离做Mental检验,结果表明遗传距离与地理距离相关性不显著,对基因流检测发现居群间的Nm为0.328,推测遗传漂变是居群分化的关键因素之一。Structure分析把5个居群分为2组。UPGMA聚类分析表明5个居群聚为2个分支,其中居群ARX为单独的一支,与主坐标分析的结果一致。基于分布区北缘青海祁连肋果沙棘自然居群的遗传结构分析,建议应尽可能多地保护不同的地方居群。     

青藏高原东北部黄缨菊的谱系地理学

黄缨菊（Xanthopappus subacaulis）是青藏高原地区一种特有的高山草甸药用植物。为探讨第四纪冰期气候波动对黄缨菊居群遗传结构和空间分布格局的影响,对黄缨菊20个居群、123个个体的叶绿体DNA片段（psbA-trnH、rbcL和psbI-psbK）进行测序和数据分析。结果表明：黄缨菊居群共检测到6个单倍型,其中H1为古老单倍型,除居群P7外其余居群均具有单倍型H1,H3、H5和H6为特有单倍型,单倍型H3为居群P7的私有单倍型,单倍型H5和H6只存在于居群P18,单倍型H2和H4主要存在于青海湖流域的居群;总的遗传多样性（H_e）和核苷酸多样性（π）分别为3.101和0.008 903;居群间遗传变异（68.98%）大于居群内遗传变异（31.02%）,居群间遗传分化较高（F_ST=0.689 85,P<0.01）;居群遗传分化系数N_ST（0.727）大于G_ST（0.656）（P>0.05）,表明黄缨菊在分布区域内不存在明显的谱系地理结构;错配分布和中性检验结果显示,黄缨菊居群可能经历过近期扩张。据此,推测第四纪冰期黄缨菊可能在青海湖流域和甘肃临潭地区存在微型避难所,认为第四纪气候变迁及青藏高原隆升塑造了黄缨菊的现代地理分布格局。     

二倍体杂交种棱果沙棘双向杂交起源及其母本主要来源于中国沙棘的分子证据简

棱果沙棘为同域分布的中国沙棘和肋果沙棘同倍化自然杂交形成的。本文利用母系遗传的cpDNA trnS-G序列检测青海祁连棱果沙棘及其亲本中国沙棘和肋果沙棘同域分布的两个地区（拱北湾、八宝河滩）共93个个体的遗传关系。结果表明棱果沙棘及其亲本在拱北湾和八宝河滩分别有12个和7个单倍型,两地区的棱果沙棘都与其亲本共享单倍型,其中拱北湾棱果沙棘共36个个体中有28个与中国沙棘共享3个单倍型(H2,H4,H5),有2个个体与肋果沙棘共享单倍型(H11),八宝河滩的棱果沙棘共10个个体中有7个与中国沙棘共享一个单倍型(H4),3个与肋果沙棘共享单倍型(H7)。应用最大简约法（MP）分别对两地区的棱果沙棘及其亲本trnS-G序列构建的系统发育树中棱果沙棘的大部分个体都与中国沙棘聚在一起,另外,棱果沙棘4种特有单倍型(H3、H7、H8、H9)的6个个体在系统树上也与中国沙棘聚为一支。以上结果进一步证明了二倍体自然杂交种棱果沙棘为双向杂交起源,但其主要母本来源应为中国沙棘。     

二倍体杂交种棱果沙棘双向杂交起源及其母本主要来源于中国沙棘的分子证据

棱果沙棘为同域分布的中国沙棘和肋果沙棘同倍化自然杂交形成的。本文利用母系遗传的cpDNA trnS-G序列检测青海祁连棱果沙棘及其亲本中国沙棘和肋果沙棘同域分布的两个地区(拱北湾、八宝河滩)共93个个体的遗传关系。结果表明棱果沙棘及其亲本在拱北湾和八宝河滩分别有12个和7个单倍型,两地区的棱果沙棘都与其亲本共享单倍型,其中拱北湾棱果沙棘共36个个体中有28个与中国沙棘共享3个单倍型(H2,H4,H5),有2个个体与肋果沙棘共享单倍型(H11),八宝河滩的棱果沙棘共10个个体中有7个与中国沙棘共享一个单倍型(H4),3个与肋果沙棘共享单倍型(H7)。应用最大简约法(MP)分别对两地区的棱果沙棘及其亲本trnS-G序列构建的系统发育树中棱果沙棘的大部分个体都与中国沙棘聚在一起,另外,棱果沙棘4种特有单倍型(H3、H7、H8、H9)的6个个体在系统树上也与中国沙棘聚为一支。以上结果进一步证明了二倍体自然杂交种棱果沙棘为双向杂交起源,但其主要母本来源应为中国沙棘。     

基于叶绿体DNA变异研究高山植物偏花报春的种内谱系地理结构

横断山地区是许多温带植物的冰期避难所。为揭示该地区分布物种的亲缘地理结构, 检测了该地区特有、分布相对较为普遍的偏花报春Primula secundiflora的叶绿体trnL-trnF和rps16区序列变异。研究了11个居群109个个体, 一共发现了15种单倍型。只有一种单倍型为3个居群所共有, 其他单倍型都只存在于单个居群内。总的遗传多样性较高(HT=0.966), 但居群内遗传多样性较低(HS=0.178)。尽管种内形态十分一致, 居群间却存在高水平的遗传分化(FST=0.976)。NST (0.982)显著高于GST (0.816), 表明偏花报春在居群间存在明显的亲缘地理结构。单倍型聚成四个主要的分支: 三个分支的单倍型分布在北部, 而另一分支的单倍型分布在南部。四个分支的隔离分布表明该物种在冰期存在多个避难所。未发现在其他温带物种中广泛存在的间冰期或者冰期后物种分布范围的统一扩张现象。但是, 在气候变迁过程中由于居群增长-缩小反复发生, 多数居群的遗传多样性降低。这些推断也被巢式分支分析所证实, 距离隔离而导致的限制性基因流以及异域片断化被认为是该物种现有单倍型分布格局形成的主要原因。这种独特的谱系地理结构主要是由于气候变迁与该地区复杂的地质环境相结合造成的。     

高山植物条纹狭蕊龙胆的分子亲缘地理学研究

草本植物由于较短的生活周期以及对环境变化的敏感性,可能会更好地揭示第四纪冰期以来植物居群变化的历史过程.分子亲缘地理学研究是揭示动植物居群历史的有力工具,但到目前为止对青藏高原草本植物的分子亲缘地理学研究几乎是空白.因此,本文选择在青藏高原及邻近地区生长的一年生高山草本植物条纹狭蕊龙胆为研究对象,进行了13个居群155个个体的叶绿体基因组(cpDNA)非编码片段trnH(GuG)-psbA基因间区序列变异检测,共发现7种单倍型,其中单倍型H印A是分布最广的,而单倍型Hap E、Hap F和Hap G是拥有的居群所特有的.青藏高原东北部、东部及邻近地区的每个居群拥有的单倍型非常单一,而高原东南部横断山区的单倍型分布很集中,遗传多样性也相对较高.分子变异分析(AMOVA)结果表明整个分布区条纹狭蕊龙胆的遗传变异主要存在于居群间(73.05%),且居群问的遗传分化很高(GsT=0.805,FsT=0.731,NsT=0.859),有着显著的亲缘地理学结构(NsT>Gsr,P<0.05)和较低的居群间的平均基因流(Nm=0.184).结合巢式支系法分析(NCA),根据本文的研究结果推测青藏高原东南部横断山区是该植物第四纪冰期时可能的避难所,而且在间冰期或冰期后.伴随着异域片段化和过去片段化从避难所发生范围扩张而形成当前单倍型及居群的分布格局.     

基于AFLP分析的伯乐树(Bretschneidera sinensis)谱系地理学研究

伯乐树（Bretschneidera sinensis Hemsl.）是主要分布于中国的濒危物种。采用AFLP分子标记对分布于中国11个省的24个伯乐树居群192个个体进行谱系地理学研究。结果显示,伯乐树有相对较高的遗传多样性水平,基因多样性指数（He）和Shannon指数（Ⅰ）分别为0.2728和0.4070。伯乐树居群间的遗传分化远大于居群内遗传分化,遗传分化系数G_ST=0.7138,基因流N_m=0.2005。通过聚类分析、STRUCTURE分析和BAPS分析发现,24个伯乐树居群可形成4大地理居群组和进化谱系;云贵高原东部地区居群遗传多样性较高,可能是伯乐树在中国的扩散中心和冰期避难所,伯乐树在冰期后由此向外进行居群扩散;南岭地区各居群遗传多样性水平普遍高于其他地区,与邻近地区各居群的亲缘关系较近,可能为伯乐树演化历史上的另一个冰期避难所。     

基于查尔酮合酶基因探讨鲜卑花的种群动态历史与遗传分化

以高山灌木鲜卑花为研究材料,收集其在中国全部分布区域内的13个居群共139个个体,以查尔酮合酶基因(CHS)的内含子区域为分子标记,探讨鲜卑花的种群动态历史、遗传分化的时间与成因。在鲜卑花中CHS共鉴定了29种单倍型,单倍型多样性和核苷酸多样性分别为0.9248和0.007 545,遗传变异大;贝叶斯分析说明鲜卑花种内遗传分化的时间始于4.37 Ma左右。中性检验与歧点分布分析一致表明鲜卑花在近期经历了明显的居群扩张,估算的扩张时间在55.8 ka左右。研究结果表明鲜卑花在末次冰期间冰阶时期从冰期避难所向外经历了明显的居群扩张;而青藏高原的整体隆升导致的环境剧变,加剧了鲜卑花居群间的遗传分化。     

基于叶绿体DNA trnT-trnF序列研究祁连圆柏的谱系地理学

由于青藏高原的地貌效应,第四纪冰期气候的反复变化应对现今该地区生物的地理分布及其居群遗传结构产生重大影响。本文对这一地区特有分布物种祁连圆柏Juniperus przewalskii Kom.整个分布区内20居群392个个体的trnT-trnF序列变化进行了研究;共发现3种单倍型(haplotype),构成两种地理区域:高原台面上的居群主要固定Hap A,而Hap A、Hap B和Hap C在高原边缘居群均有分布。所有居群总的遗传多样性HT = 0.511,GST= 0.847。在低海拔的高原边缘,Hap A、Hap B和Hap C高频率固定在不同的居群中,表明可能存在多个不同的避难所,居群反复缩小和扩张的瓶颈效应造成了遗传多样性的丢失。而边缘的一个居群含有两种相似单倍型频率则可能是冰期后迁移融合而成或者该居群在冰期经受的瓶颈作用更弱。高原台面东部间断分布的居群只固定Hap A,表明它们可能经历了冰期后共同的回迁过程和由此产生的奠基者效应。我们的研究结果表明祁连圆柏在冰期可能存在多个避难所,瓶颈效应和奠基者效应造成了这些居群现在的遗传多样性分布式样。