絞股藍屬多倍體起源與進化機制研究

《絞股藍屬多倍體起源與進化機制研究》是依託西北大學，由趙桂仿擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：絞股藍屬多倍體起源與進化機制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：趙桂仿
• 依託單位：西北大學

項目摘要

絞股藍屬（Gynostemma）是隸屬於葫蘆科（Cucurbitaceae）的多年生草本植物，具有重要藥用價值。絞股藍屬多倍化現象非常普遍，具有二倍體、四倍體、六倍體、八倍體等多種細胞型。多倍體與二倍體居群具有顯著不同的地理分布範圍，不同倍性植物間的棲息地分化-即形成不同倍性居群間異地分化的地理分布格局。本項目將在我們前期研究基礎上，全面收集絞股藍屬居群材料，運用多套單親遺傳的葉綠體基因和雙親遺傳的核基因進行DNA序列遺傳變異分析，進一步確定八倍體絞股藍的起源方式，系統研究絞股藍屬多倍體複合群間的系統發育關係及該屬植物多倍化現象的遺傳學基礎；通過祖先分布區重建、多倍化時間界定，能夠發現、驗證與其相關的地質歷史事件，追溯和探討絞股藍屬多倍化現象產生的歷史原因以及進化歷程，以期為有效保護、合理利用絞股藍遺傳資源提供理論依據。

結題摘要

摘要：絞股藍屬（Gynostemma BL.）是隸屬於葫蘆科（Cucurbitaceae）的多年生草本植物，具有重要藥用價值。絞股藍屬多倍化現象非常普遍，具有二倍體、四倍體、六倍體、八倍體等多種細胞型且不同倍性植物間的棲息地分化。本項目在前期的研究基礎上，收集絞股藍屬天然居群材料14種2變種，總計104居群，採用了三對葉綠體基因間隔區trnL-trnF，rpl20-rps12 和psbB-psbF 以及rRNA內轉錄間隔區ITS和低拷貝基因RPB2對絞股藍廣布種進行了DNA 序列遺傳變異分析，結果表明中國西南部地區為絞股藍屬植物的起源中心，譜系地理結構明顯分為兩支，推測絞股藍於中國西南部的雲南起源後沿2個分支進行擴散，一支沿中國西南部向東擴散；一支向北、向東擴散。通過計算發現絞股藍種內分化時間在27萬年前左右，第四紀氣候變冷且大幅震盪可能導致居群隔離和分化的驅動力。單倍型分布模式特徵表明中國西南雲南地區單倍型多樣性高，可能由於該地區生境適宜且多樣化促使絞股藍發生了適應性進化，也有可能由於冰期時群體反覆擴張收縮隨之而來的隔離和再接觸帶來的雜交。另外，中國中東部地區的絞股藍居群發生過擴張事件，橫斷山區東南部和秦巴山區可能是冰期時的避難所。葉綠體序列研究結果表明，絞股藍多倍體為異地多起源，八倍體可能起源了三次；四倍體可能起源了四次，其中雲南南糯山的四倍體是本地起源；六倍體起源了一次，也是本地起源。而多倍體核基因顯示出的親緣關係在地理分布上比葉綠體廣泛得多，本地居群（物種）親緣關係近，有時也出現了與地理上距離比較遠的居群單倍型之間較近的親緣關係。基於核SSR的研究表明絞股藍遺傳多樣性並不高，且多倍體大於二倍體。遺傳結構研究結果與葉綠體研究結果一致，證明了絞股藍屬植物在中國西南部地區起源後向東向北的擴散路線，而群體歷史主要是由於漂變作用導致了現今的居群結構。另外，還通過二代測序技術補充研究了整個絞股藍屬植物完整的葉綠體基因組和幾種絞股藍屬植物的轉錄組，篩選出大量SSR和單拷貝基因，為全面深入地研究絞股藍屬植物的適應性進化、起源擴散等問題提供了技術支撐。研究結果可為有效保護和合理利用絞股藍遺傳資源提供了理論依據。