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[博士论文] 祁新帅
植物学 浙江大学 2013(学位年度)
摘要:蛛网萼属(Platycrater arguta Sieb.et Zucc)隶属于绣球花科(Hydrangeaceae),是中国—日本间断分布的特有单型属植物。在中国仅零星分布于浙江、福建、江西等地,在日本分布于本州中、南部以及九州和四国。属下仅包括两个变种:中国变种(Platycrater arguta var.sinensis H.Hara)与日本原变种(var.arguta)。本研究在标本查阅、野外调查的基础上,运用群体遗传学的原理与方法对中国和日本的14个蛛网萼群体(314个个体)进行了生物地理学研究。联合分析了cpDNA(psbA-trnH,trnD—trnE)、nrDNA ITS、单拷贝核基因(Tpi)以及微卫星标记(nSSRs)的群体遗传变异和遗传结构,结合生态位模拟(ENM),分析了物种/谱系进化历史与间断地理分布式样的形成原因,根据遗传变异的地理分布阐明了其优先保护点与迁地保护的取样策略。主要研究结果如下:
   1基于叶绿体DNA片段的分析
   蛛网萼群体具有相对较高的遗传多样性(RT=4.02,hT=0.88,π T=0.00475)和明显的谱系地理结构(NST=0.857>GST=0.787)。两个变种分化明显(FST=0.915),这可能是地理隔离造成的。TCS单倍型谱系关系分析表明,中国和日本群体相对独立,无共享单倍型。系统发育分析表明中国和日本单倍型构成一个并系类群。中国和日本群体的失陪分布分析不拒绝扩张模型(P>0.05)。中国和日本群体的cpDNA单倍型分化时间(0.89Ma)。分化以后,日本群体的扩张比中国群体明显。
   2基于核基因标记nDNAITS和单拷贝核基因Tpi的分析
   ITS和Tpi标记分别检测到33/31种单倍型。在属水平上,两个标记均表现出较高的核苷酸多态性和单倍型多态性(Tpi∶h=0.92,π=0.02; ITS∶h=0.96,π=0.04)。中国和日本群体nrDNA ITS和Tpi无共享单倍型。ITS单倍型序列系统发育分析支持蛛网萼两个变种的分类学地位。
   3微卫星多态性和群体遗传结构
   开发了12对蛛网萼特异的微卫星引物,将具有较好多态性的7对引物用于群体遗传学分析。共检测到220个等位基因,中国群体的平均等位基因数(NA=66)高于日本(NA=43)。微卫星标记显示出较高的属水平遗传多样性(HT=0.89)。STRUCTURE分析表明,K=7时,中国群体分成5组,日本群体出现遗传混合现象。K=2时,中国的C7群体与日本群体表现出同源性。
   4基于多个信息位点的隔离分化遗传学分析
   结合cpDNA,ITS,Tpi和SSR数据的IMa分析表明,蛛网萼中国和日本群体的分化时间为0.89 Myr。与日本群体(NA=24.45×104)相比较而言,中国群体(NA=46.02×104)具有更高的有效群体大小。
   5生态位模型
   全部54个蛛网萼分布记录被用于生态位模拟分析。基于生态位模型的分析支持了基于分子遗传标记分析提出的“蛛网萼群体分布区在末次冰期时收缩至避难所,冰后期发生扩张”的假说。变量贡献分析提出蛛网萼的生境与夏季的降雨量关系密切,这一结果为野外生境调查结论提供了进一步佐证。
   综上所述,中国和日本的蛛网萼变种分化早于末次冰期,分化以后分别孑遗于中国东海两侧。两个变种的分化很可能是受第四纪早期地质气候变化的影响而导致的异域物种形成。第四纪末次冰期时中国东海路桥的出现并未给蛛网萼中国和日本群体的迁移和基因交流提供便利。不完全谱系分选是导致蛛网萼群体(特别是中国群体)目前遗传格局的主要原因。日本群体存在南、北两个避难所,两个避难所的群体后期扩张的过程中,在本州中部发生了二次接触。同时,本研究还确定了蛛网萼的多个特殊进化单元,并提出了相关保护策略。
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