盐芥居群遗传多样性及分子进化研究

【摘要】： 盐芥(Thellungiella salsuginea)是十字花科盐芥属(Thellungiella)一年生草本植物。较低的盐浓度(50～150mM NaCl)能使盐芥的鲜重、干重和光合速率增长,更高的盐浓度则会抑制其生长,50%存活率时的耐盐阈值为300mM NaCl。盐芥具有植株矮小、生长期短、种子多、自花授粉、可得到纯系和保持变异、基因组小(n=7)等特点;且与遗传模式植物拟南芥具有较近的亲缘关系,因此盐芥作为模式盐生植物越来越引起科学家的关注。 本实验的主要内容包括:对中国的盐芥居群进行全面收集,并对采自中国七个不同地区及北美一个地区的盐芥居群形态学和微形态学进行研究,揭示居群间的形态学差异,研究居群的分化;对不同居群盐芥遗传多样性进行研究,通过RAPD和SSR分子标记揭示盐芥居群遗传丰富度,为盐芥遗传图谱的构建做好前期工作;用叶绿体基因及线粒体基因探讨盐芥的分子系统进化过程。 主要研究结果如下: 1盐芥形态学和微形态学研究证明,八个居群盐芥的叶形指数、气孔的密度、形态等特征都存在一定的差异;盐芥种子种皮细胞轮廓为六边形或不规则多边形,种皮细胞突起形成许多网脊和网眼,各个居群间存在一定的差异;盐芥花粉赤道面观为长球形或近长球形,各个居群间也存在一定的差异。综合盐芥的形态学结果,盐芥居群产生了一定的分化,其中北美居群、新疆居群和河南居群与江苏居群、河南居群、河北居群、东营居群及齐河居群等五个居群间的分化最为显著,但后五个居群之间的差异不大。 2采用RAPD技术分析了盐芥的遗传多样性,从400余个随机引物中筛选出了23个扩增性强、重复性好、带型明显、多态性高的引物对盐芥居群进行分析。扩增结果显示盐芥居群间具有丰富的多态性,共扩增出138条带。其中,多态性带有108条,占总带数的78.26%(P=78.26%),每个引物扩增的DNA带数在4～13条之间,平均为6条,扩增出的DNA带大小在220～2020bp之间。利用POPGENE1.31软件分析数据,结果表明8个盐芥居群存在着一定的差异,其中东营居群的变异性最大(P=82.34%),而北美居群的变异性最小(P=76.67%)。计算出遗传距离矩阵并得到了聚类分析图,东营居群和齐河居群的遗传距离最小(0.0077),北美居群和江苏居群的遗传距离最大(0.0943)。 3对盐芥居群进行了SSR标记分析,从50对引物中选出21对带型清晰,重复性好,稳定性高,多态性高的SSR引物用于盐芥居群的SSR分析,占筛选引物总数的42%。扩增结果显示盐芥居群不同位点间,等位基因数与等位基因频率变化较大,平均等位基因数为2.62个,有效等位基因数最多的位点是nga126(3.6395),最少的位点是nga151(1.3740),其等位基因频率变化幅度为0.0125～0.8375。在我们所研究的21个位点上,多态位点百分率达到了100%,这说明研究的盐芥8个居群80个个体之间存在着较大的遗传变异,SSR标记在盐芥居群中有很高的遗传多态性。利用POPGENE1.31及NTSYS-PC软件分析得出遗传距离矩阵和聚类分析图,东营居群和齐河居群的遗传距离最小(0.1691),新疆居群和江苏居群的遗传距离最大(0.5855)。 RAPD和SSR两种标记都表明,新疆居群、北美居群与中国东部沿海地区的几个居群之间有较大的遗传分化。同属山东的东营居群和齐河居群间的遗传分化非常小,可以看作一个居群。遗传距离大致符合地理位置的分布,这表明环境条件的异质性是造成盐芥居群间遗传分化的主要原因,环境条件越相似,其居群间的遗传关系越密切。 综合盐芥居群的RAPD和SSR标记分析的结果可得出如下结论:盐芥居群具有较高的遗传多样性,不同的生境导致了盐芥居群发生分化。 4盐芥居群间的几个叶绿体基因的序列几乎完全相同,没有差异,出现这种现象的原因可能是因为叶绿体基因相对比较保守,而且叶绿体DNA有独立的进化路线,与核基因不是完全一致。 本论文主要创新点: 1本实验室首次收集来自中国的盐芥居群种质资源。 2首次对中国和北美的8个居群盐芥的形态学和微形态学进行研究,各个居群间存在一定的差异,不同居群盐芥产生了一定的分化。 3首次采用RAPD和SSR技术分析了盐芥的遗传多样性,RAPD和SSR两种标记都表明,新疆居群、北美居群与中国东部沿海地区的几个居群之间有较大的遗传分化。 4首次用叶绿体基因及线粒体基因探讨盐芥的分子系统进化过程。

【关键词】：盐芥 叶表皮 孢粉学 种皮微形态 分子标记 微卫星DNA 随机扩增多态性DNA 分子进化 分子系统地理学
【学位授予单位】：山东师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：Q943
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