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中国桑属(Morus L.)植物遗传结构及系统发育分析

杨光伟  
【摘要】: 我国是蚕桑生产的发源地,已有5000多年的历史。由于我国栽桑历史悠久,加之我国幅员辽阔,生态环境复杂,因此种类繁多。在不同的生态条件及长期的自然选择和人工培育下,形成了许多种、变种和品种,这些是我国植物基因库中十分宝贵的种质资源。但是长期以来,在桑树植物的分类中由于对种和变种的概念具有不同的理解,以及原始材料的差异,传统的分类学提不出一个大家都接受的体系,因而划分的物种在某种程度上还有一定的人为性。另外,由于桑树是异花授粉植物,在种间及种内自然杂交中形成许多的过渡类型,从形态分类上由于缺少系统发育的信息难以准确地判定其种属关系。因此,桑属尚无比较满意的分类方法。近年来以核酸分析为主要内容的分子生物学技术的崛起为从DNA分子水平上研究植物的遗传本质,为植物的进化、系统分类和鉴定、种质资源的遗传多样性研究开辟了新的途径。分子生物学引入系统学和进化研究,使一些长期争论的系统学问题得到解决,使系统和进化研究发生了变革。因此,利用分子生物学技术研究桑属植物的系统与进化关系,有助于解决我国桑属植物分类中所存在的问题,对于桑树种质资源的分析、鉴定和利用、桑树的遗传育种都具有十分重要的意义。 本文利用现代分子生物学分析技术,结合国际通行的计算机分析软件,对我国桑树现行分类学中的15个种4个变种进行了桑属植物数值特征编码分支分析、种群遗传遗传结构、桑树栽培种原种间的关系、中国桑属植物分子系统发育系统构建等几个方面的分析研究,这些结果为我国桑属种群的遗传结构关系、系统发育关系以及种质资源的开发利用等方面提供了新的理论数据和依据。现将本研究的主要内容及结果总结如下: 1.桑属植物的分支分析 桑属的形态特征分类最初是源于林奈的植物分类法,将桑属分为了5个种,其中白桑(M.alba)是起源于中国的桑种。对现行桑树分类影响最大的是小泉源一(1917,1923)的分类系统。该系统以桑属植物的花器官作为主要的分类依据。我国的桑属桑种也主要是以该系统进行的分类。传统的形态分类主要是依据形态相似建立分类系统,但相似可能有多种原因产生,如平行进化、趋同进化、趋异进化、退化等都有可能以相似的外部性状掩饰生物内部的演化途径,而不能得到真正系统发育之间的关系。本研究依据分支分析的原理将桑属传统分类中16个主要的形态特征进行了数值编码,得到多元数值编码矩阵,并以桑属近缘植物构树(B.papyrifera)作为外群利用简约法进行了分析。结果显示分支树的最大变化步长为75步,一致性指数CI(consistency index)为0.36。分支系统与传统的分类系统有较大的差异,这可能与桑属植物形态分类的性状选择有关。形态相似性不一定能完全正确反映系统发育关系。但在分支系统中也反映了比较明显的进化趋势:白桑、广东桑、鲁桑等种群是较进化的类群,川桑位于分支系统基部是进化比较原始的种群。进一步研究川桑的遗传基础对我国桑属植物的起源与进化将起到积极的作用。 2.桑树种群遗传结构变异分析 西南农业大学博士学位论文 桑属丰富的种质资源是由许多群体组成的,群体内个体的遗传变异是桑属植物多样性的基础。 遗传变异的程度取决于物种的交配系统、群体间的基因流以及受遗传漂变和自然选抒等多种因素的 影响。遗传多样性是桑属植物进化积累的宝贵财富,也是其进化的物质基础.群体结构及遗传多样 性的研究与保护对桑树种质资源的利用具有十分重要的作用。分子标记技术为研究植物种群间、个 体间的遗传变异提供了有力的手段。基于探讨桑属植物种群间遗传变异规律,采用显性分子标记 RAPD技术对我国桑树现行分类的15个种4个变种及近缘属的48份供试材料进行了桑属种群的遗传 结构分析。 桑属植物总的多态性位点百分率(PPL)值达到78.95%,由此反映出桑属种群中维持着较高的 遗传多样性。各同种种群和混合种群即L值具有明显的差异:由外群组成的第10群体(poP10)PPL 值最高,这也说明不同属组成的种群中具有较多的位点及较高的多态性;由不同种组成的混合种群 (poPg)PPL值次乙在桑属各同种种群中,即L值高低之差近2.5倍,白桑组(poP2)和蒙桑组(poPS) 的即L值最高,这两个组具有一个共同的特点,即在桑属巧个种4个变种中,4个变种分属于这两 个组中。由此可知,在种群中个体差异越大,PPL值越高。即L值能较直观地反映种群的遗传多样性 程度。Nei、s基因多样性指数(h)与Shannon多样性指数(刀具有相同的群体遗传多样性评价结 果,即种群组成差异越大,h与I指数越大,桑属种群的h指数为0.1893,I指数为0.3091:桑树 各种群之间遗传分化的关系通过相互间的组配发现,在组合的总基因多样性(价)变化中,种群具 有较高h值的组合产生的Ht值较高。据此规律可由各种群的h值大小预测各种群间组合时可产生的 总基因多样性(Ht)的大小。 种群内基因多样性的变化,受组合种群的基因位点影响,从而影响基因分化系数的变化(Gst)。 Gst值大小与基因流值(灿”)成反比,Gst值越大,灿”值越小。桑属种群的总基因分化系数为0.4753, 表明总的遗传多样性有52.47%来?


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1 ;Sequence analysis and expression of the Calcium-dependent protein kinase gene,MCDPK,in mulberry (Morus L.)[A];现代分子植物育种与粮食安全研讨会论文集[C];2011年
2 Jong-wook Chung;Yong-jin Park;;Analysis of genetic relationships of mulberry (Morus L.) germplasm using sequence-related amplified polymorphism (SRAP) markers[A];中国蚕学会第六届青年学术研讨会论文集(1)[C];2009年
3 欧阳臻;王团结;宿树兰;段金廒;;中国桑属(Morus L.)植物资源的研究利用现状与展望[A];2006海峡两岸暨CSNR全国第七届天然药物资源学术研讨会论文集[C];2006年
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