基于ISSR和SSR标记的山蜡梅复合体遗传多样性研究

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蜡梅属(Chimonanthus)起源古老,为中国特有属。蜡梅属植物于秋冬之际开花,栽培历史悠久,广泛应用于园林绿化之中。此外其花叶有芳香性,有着较高的科研和经济价值。蜡梅属植物的主要争议在于山蜡梅(Chimonanthus nitens)、浙江蜡梅(Chimonanthus zhejiangensis)、柳叶蜡梅(Chimonanthus salicifolius)、突托蜡梅(Chimonanthus grammatus)这4个种的种间关系,之前虽有利用分子标记来研究,但混淆了居群概念,将不同物种的居群进行比较研究,且未具体区分各居群中的个体,可能会存在的类群或者个体鉴定错误、个体遗传差异、个体源自自然杂交等问题或现象,从而可能影响遗传多样性结果准确性。因此本文将其作为一个复合体,基于ISSR和SSR标记从个体、物种、居群、复合体四个层面更加深入、全面的来研究山蜡梅复合体的遗传多样性,旨在探究山蜡梅复合体的遗传多样性水平,以及可进一步揭示山蜡梅复合体种间的亲缘关系,为山蜡梅、浙江蜡梅、突托蜡梅、柳叶蜡梅的分类地位提供参考。主要的研究结果如下:1.基于ISSR标记的山蜡梅复合体遗传多样性研究。首先通过正交试验和单因素试验优化了ISSR-PCR反应体系。然后利用优化好的反应体系进行初筛和复筛,筛选出14条适合于山蜡梅复合体的引物,并利用退火温度梯度实验筛选出各引物最适的退火温度。利用筛选出来的14对引物对山蜡梅复合体的14个居群共229个个体进行扩增,总计扩增了102个位点,多态位点所占比例达99.02%,基因多样度(H)为0.3092,Shannon多样性指数(I)为0.4706,说明山蜡梅复合体居群有着较高的遗传多样性。就居群而言,在山蜡梅居群中,Ne’s基因多样度(H)变化范围为0.2399-0.0864,Shannon信息指数(I)变化范围为0.3528-0.1262,其中福建光泽(FJGZ)遗传多样性最高,湖南新宁(HNXN)遗传多样性最低。在突托蜡梅居群中,江西安远(PPB=47.06%,H=0.1964,I=0.2834)遗传多样性高于江西会昌(PPB=42.16%,H=0.1528,I=0.2262)。在柳叶蜡梅居群中,JXGF>JXYS>AHXN。在浙江蜡梅中,浙江云和(PPB=59.80%,H=0.2188,I=0.3237)高于浙江龙泉(PPB=57.84%,H=0.1945,I=0.2911)。物种水平上,山蜡梅>柳叶蜡梅>浙江蜡梅>突托蜡梅。在遗传结构方面,山蜡梅复合体各物种均有着较高水平的基因交流,尤其是突托蜡梅和浙江蜡梅。AMOVA分析表明山蜡梅复合体居群及物种之间存在显著的遗传变异,主要存在于居群内遗传变异。UPMGA聚类结果表明山蜡梅复合体居群在遗传相似系数为0.87时14个居群被分为3支,在个体聚类方面,发现相同物种的个体几乎全聚在一起,但是也会有极个别个体与其他物种聚在一起,相同物种不同居群之间个体交流较为频繁。主坐标分析更加直观的呈现了居群及个体之间的交流水平。Mantel-test检测结果表明地理距离与遗传距离有弱相关性。2.基于SSR标记对山蜡梅复合体进行了遗传多样性研究。通过初筛和复筛,筛选出17对适合于山蜡梅复合体扩增的引物,其多态信息含量(PIC)在0.30-0.80之间。用这17对引物扩增山蜡梅复合体的14个居群共229个个体,共扩增89个位点,多态性百分数高达95.88%,表明所用引物可体现山蜡梅复合体的多态性信息。利用POPGENE计算遗传多样性,Shannon信息指数(I)为1.2438;观察杂合度(Ho)为0.7149;期望杂合度(He)为0.6418;Nei’s期望杂合度(H)为0.6404,综合各项指标,山蜡梅复合体遗传多样性水平较高。就居群水平,在山蜡梅居群中,7个居群遗传多样性有一定差别,有效等位基因(Ne)变化范围在2.2485-1.6231,Ne’s基因多样度(H)变化范围为0.4798-0.3288,Shannon信息指数(I)变化范围为0.8323-0.5951,福建武夷山(FJWYS)遗传多样性最高,浙江景宁遗传多样性最低,与ISSR有所不同。在突托蜡梅居群中,江西安远(JXAY)和江西会昌(JXHC)差距不大。在柳叶蜡梅居群中,JXGF>JXYS>ANXN。在浙江蜡梅居群中,浙江龙泉(ZJLQ)和浙江云和(ZJYH)遗传多样性有一些差距。物种水平上,山蜡梅>柳叶蜡梅>浙江蜡梅>突托蜡梅。在种群结构中,Fst平均值为0.3575,居群间高度分化,Nm平均值为0.4492,基因交流水平较弱。SSR标记的AMOVA分子方差结果同样表明山蜡梅复合体居群及物种的遗传变异主要发生在居群内。基于UPGMA聚类结果,当遗传相似系数为0.62时14个居群被分为5支,在229个个体聚类结果中,与ISSR结果相似,相同物种的个体几乎全聚在一起,极个别个体与其他物种聚在一起,相同物种不同居群之间个体交流较为频繁。居群及个体的主坐标分析与UPGMA结果基本一致。Structure结构基于不同个体的等位基因频率差异将14个居群划分为2大组。SSR的Mantel-test检测结果与ISSR一致,即居群之间的地理距离会对遗传距离产生影响。
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