【摘 要】
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Streptocarpus ionanthus(苦苣苔科:海角苣苔属)是坦桑尼亚和肯尼亚特有的草本植物,分布在坦噶,莫罗戈罗和基利菲地区。该物种包括九个密切相关的亚种,亚种之间有着复杂的形态特征和尚不明晰的演化关系,导致该物种复合体一直以来在分类处理上未能达成一致。悬而未决的物种界定使得弄清其种下分类单元之间的亲缘关系变得复杂,这又严重影响了对这一濒危物种保育工作。同时Str.Ionanthus也
【机 构】
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中国科学院大学(中国科学院武汉植物园)
【出 处】
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中国科学院大学(中国科学院武汉植物园)
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Streptocarpus ionanthus(苦苣苔科:海角苣苔属)是坦桑尼亚和肯尼亚特有的草本植物,分布在坦噶,莫罗戈罗和基利菲地区。该物种包括九个密切相关的亚种,亚种之间有着复杂的形态特征和尚不明晰的演化关系,导致该物种复合体一直以来在分类处理上未能达成一致。悬而未决的物种界定使得弄清其种下分类单元之间的亲缘关系变得复杂,这又严重影响了对这一濒危物种保育工作。同时Str.Ionanthus也为我们研究物种演化的时空动态变化提供一个理想的材料。此项工作综合多种方法,对整个分布区的23个居群取样,旨在重建Str.ionanthus的演化历史。运用叶绿体基因组和核基因组的SSR分子标记,我们对遗传多样性,居群结构和分化进行了讨论,同时还对叶绿体基因组四个片段进行了谱系地理学结构分析。基于以往对叶绿体替代率的研究结果,我们对叶绿体DNA的单倍型进行分析,以此来探讨Str.ionanthus的分化历史。生态位模型分析有助于我们理解Str.ionanthus的过去(末次间冰期和末次盛冰期)、现在和将来(未来五十年)。此外,对五个亚种的叶绿体基因组得到组装和注释,在基因组水平上对结构特征和DNA区段的分化,有助于我们理解分子水平的变异。对以往Str.ionanthus的多位点研究再次进行分析,以此进一步推断种下亚种间的系统发育关系。同时,将形态学特征与系统发育分支关系加以整合,对该复合体的分类处理给出了一些建议。尽管Str.ionanthus表现出瓶颈效应,但是在居群水平上仍然保持中等至高度的遗传多样性(nSSRs:He=0.627;cpSSRs:He=0.376),可以解释为历史上居群之间的基因流或者物种对生境异质性的局域适应。遗传结构显示,莫罗戈罗山区居群的单倍型支系之间具有高度相连的谱系地理结构,使得各居群之间的结构变得不清晰。Str.ionanthus与外类群的叶绿体DNA的单倍型分化可追朔至0.21至1.5个百万年,而物种内部的分化则发生在0.18至1.32个百万年,并一直到现在保持着高度的分化。生态位模型分析表明末次盛冰期的适应地区为其提供了保护性的微生境,使得其遗传多样性能保持至今,因此可以将其定义为潜在的气候变化避难所。Str.ionanthus的叶绿体系统发育基因组学研究揭示了该物种具有保守的基因组结构,具有狭窄的长度变异幅度,共有115个特异基因(80个编码蛋白基因,31个tRNA基因和4个rRNA基因)。尽管亚种间高度的相似性,但是仍有十个较明显分化的DNA片段得到鉴定,这将有利于对该物种的系统发育关系进一步地研究。低多态性和质量不佳的系统发育关系可能是由上述的物种近期分化导致。rupicola亚种为单系,叶绿体系统发育关系则支持grotei,rupicola,和velutinus三个亚种为单系。然而,系统发育分析和形态学研究并不能得到较为一致的模式,这一点明显地表现在Str.ionanthus的几个分支上。综上,从Str.ionanthus中识别的几个近期分化的支系要比将非单系的类群定义为不同亚种的处理,要更为有用和方便。因此,多个历史避难所起源的Str.ionanthus的复合体,表现为更近期分化并快速分化的类群。该项研究运用多学科手段,基于多源证据,为日后的Str.ionanthus的种下演化关系研究打下坚实基础。
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