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多倍化是植物中常见的现象,多倍体植物通常具有更高的遗传和形态多样性,并且可以展现出更强的生态适应能力,因此其相关的进化和生态适应性问题一直是生物学家和进化遗传学家关注和研究的焦点。另外,由于多倍体植物广泛的形态和适应性变异,一些作物或者园艺植物的野生多倍体资源也是遗传育种的重要种质来源。猕猴桃属(Actinidia)植物为多年生藤本雌雄异株植物,在中国其野生自然资源极其丰富。中华猕猴桃复合体是众多猕猴桃属植物中最具有经济价值和开发潜力的物种,也是目前商业化栽培最为广泛的物种,其自然居群具有广泛的形态和倍性变异。本研究以湖北宜昌大老岭自然保护区的中华猕猴桃复合体倍性混合大居群为研究对象,采用AFLP和MSAP方法对其遗传及表观遗传变异进行分析,同时结合倍性、形态及其生态因子调查,探讨倍性遗传变异与生态适应性的关系。主要结论如下:
(1)利用6对AFLP引物组合扩增出483条清晰的谱带,其遗传多样性分布具有明显的倍性规律,即六倍体>四倍体>二倍体。大部分遗传分化出现在倍性小种内(97.65%),同时遗传聚类分析表明居群遗传结构同倍性具有明显的相关性,相同倍性个体通常优先相聚;
(2)利用MSAP分析方法,5对引物组合扩增出283个条带,相比遗传多样性分布方式,表观遗传多样性指数略有不同(二倍体>六倍体>四倍体),但遗传分化与AFLP结果一致,即大部分表观遗传变异出现在倍性小种内部(99.84%)。表观遗传结构具有具有明显区别于AFLP的分散式分布,且没有呈现出相同倍性优先相聚的结果;
(3)通过AFLP和MSAP分析的Mantel检测比较分析表明,两者之间并没有显著的相关性(r=0.02,P=0.25),表明DNA甲基化多态性除了会受到基因组遗传变异的影响外,同时也受其他因素的影响,具有独立遗传的特性;
(4)DNA总体甲基化水平为24.86%,其中不同倍性小种总甲基化率略有不同,如二倍体为25.24%、四倍体为24.20%、六倍体为24.93%。多倍体的甲基化水平并未随倍性水平的升高而具有显著的增加,且全甲基化高于半甲基化水平;
(5)倍性变异水平与个体的主要形态特征,例如茸毛类型(r=0.59,P<0.01),节间长短(r=0.32,P<0.01)等特征具有极显著的相关性;同样,倍性与部分生态因子也具有极显著相关关系(P<0.01);
(6)个体DNA甲基化率与经度、海拔和生境干扰具有极显著相关关系(P<0.01),与倍性没有显著相关关系,进一步说明其独特性。
综合以上结果可知,中华猕猴桃倍性混合居群具有较高的遗传变异和表观遗传变异,同时不同倍性小种间也具有明显的表型多样化差异,且表观遗传变化与相关生态环境因子具有明显相关性。本论文研究结果对野生中华猕猴桃复合体多倍体资源的发掘和保护提供了理论指导和实际意义,同时也为进一步的研究中华猕猴桃倍性小种与生态微环境的适应性进化提供了理论基础。