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基于线粒体DNA nad5序列研究天然红松的分子系统地理学

田菲菲  
【摘要】:红松属于松科松属植物,是名贵而又稀有的树种,是国家二级重点保护野生植物,主要分布在我国东北长白山到小兴安岭一带,它是裸子植物中的一个古老的树种,大约出现在2500~2300万年前的第三纪中新世,在其演化过程中,红松经历了整个第四纪的气候变迁。 本文以分布在我国东北三省的25个天然红松种群的125个个体为材料,利用线粒体DNA引物nad5对其进行PCR扩增,通过PCR产物直接测序的方法测定出线粒体DNA(mtDNA)nad5非编码区序列,利用分子生物学软件对各序列进行比对、记录突变情况、总结单倍型并根据单倍型构建系统进化树。在分析我国东北地区天然红松系统发育地理模式时需将单倍型系统进化树与各种群的地理位置结合起来。 利用软件Primer5.0设计出一对扩增引物nad5,用此引物对125个天然红松个体进行扩增,并对PCR产物进行直接测序。测序后得到122条DNA序列并将这些序列按照FASTA格式排列,使用Clustal X Ver1.81软件对其进行比对,删除其不可信片段后确定了由引物nad5扩增出并可用于比对的片段长度在436bp~437bp,并未表现出明显的长度多态性。T、C、A、G四种核苷酸的平均比率为24.8 %、25.9%、26.4%、22.9%,G、C含量和为48.8%,A、T含量和为51.2%,G、C含量和略低于A、T含量和,许多非编码区序列具有这种特点。 经分析比对测序得到的122条序列,共鉴定出变异位点10个,定义出12种mtDNA单倍型,将其命名为HA-HL。因为单倍型HA存在于所有种群中,它可能是最原始的单倍型,所以称HA为祖先单倍型。部分单倍型存在于多个种群中被称为共享单倍型,这种共享现象证明了各种群存在基因交流。其余单倍型只为部分种群所特有,称之为特有单倍型。用DnaSP4.10.9软件分析了各种群及各省单倍型多样性,这样有助于确定天然红松种群的冰期避难所。最后用分子进化遗传分析软件MEGA4.0中的NJ法和MP法构建天然红松单倍型的系统进化树。结合上述分析过程确定了在第四纪冰期来临时,我国天然红松林的避难所为吉林地区的DST-QL(敦化青林林场)和黑龙江地区的LSH-XX(海林柴河林业局新兴林场)两个种群,并推测出冰期退却后天然红松林的扩散路径。 气候变化对红松的分布也有所影响,本文对目前气候变化将导致的植被分布改变做了统计研究,并制定了合理的应对策略,同时还对天然红松林的恢复及更新提出了一些可行的建议。


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