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本文以分布于我国辽宁、吉林、黑龙江三省的25个天然红松(Pinus koraiensis)种群共125个个体为材料进行分子系统地理学研究,通过DNA提取、纯化、RFLP-PCR、限制性内切酶酶切、PCR产物测序以及对测序结果进行比对分析,最终获得了叶绿体DNA非编码区psbA-trnH序列的变异情况,建立单倍型系统进化树,结合各种群的地理分布,探讨我国东北地区天然红松系统发育地理模式,初步推测第四纪冰期来临时我国天然红松可能的冰期避难所以及冰期后的扩散情况。
对天然红松cpDNA的psbA-trnH非编码区序列进行扩增,PCR产物直接测序后共得到115条DNA序列,实际长度介于611bp-614bp之间,表现出长度多态性。A、T、C、G四种核苷酸的比例分别为27.5%-28.0%(平均为27.7%)、32.1%-32.4%(平均32.3%)、19.7%-20.0%(平均19.9%)、19.9%-20.4%(平均20.2%),A+T的含量(60%)略高于G+C的含量(40%),许多非编码区序列都具此性质。
经过ClustalX ver1.81软件比对后分析发现,115条DNA序列共存在16个变异位点,出现了17种变异类型,共定义18种cpDNA单倍型。从单倍型在各种群内的存在情况可以看出,我国天然红松种群内部存在着广泛的变异;从单倍型在种群间的分布情况可以看出,单倍型HA为祖先单倍型,代表各种群来源相同的组成部分,大多数单倍型只存在于某一特定的种群中,少数单倍型存在共享现象,说明单倍型间出现系统地理分化。结合单倍型与地理分布两方面,可以看出,黑龙江、吉林及辽宁地区的某些种群中均存在共享单倍型HB、HC,而共享单倍型HD和HE只出现在吉林地区,这说明在辽、吉、黑三省之间的某些种群中存在基因交流,尤其是在吉林省内部种群中,存在短距离的基因交流,还没有向更大范围扩散。
应用分子进化遗传分析软件MEGA4.0构建天然红松单倍型的系统进化树,从中可以看到,所有单倍型构成了两大单源群,两种建树方法在大的分类水平上表现出一致性。根据NJ树中单倍型聚类及种群的地理分布可以看出,处于谱系树末端的单倍型均位于吉林和黑龙江两地,并且可以再次证明,辽宁、吉林、黑龙江三个地区的种群间存在着一定的基因交流,以辽宁-吉林、吉林-黑龙江为主。
对所有单倍型在我国东北地区的分布情况加以统计,综合共享单倍型和特有单倍型的分布情况可以推测,我国天然红松早在第四纪冰期前就已经发生分化,当第四纪冰期来临时在吉林和黑龙江地区形成我国天然红松的避难所,瓶颈效应造成了不同单倍型在避难所内的随机固定。当冰川消退后,这两个地区的红松向四周扩散,加之随后的奠基者效应使得现代间断分布的种群拥有共同的单倍型,但辽宁、吉林、黑龙江三省内部的扩散途径还有待进一步研究确定。