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凹脉金花茶(Camellia impressinervis Chang et S.Y.Liang)为金花茶植物种类之一,具有较高的观赏价值和药用价值。其自然分布于中国南部和越南北部的喀斯特地区,适生在石灰岩土层较厚的洼地或靠近溪流、水域的高湿度土壤中。由于凹脉金花茶原生境的破坏及野生植株被人为盗挖严重,种群规模呈不断减少趋势。凹脉金花茶已被《中国高等植物受威胁名录》列为“极度濒危”(CR)物种。本研究运用一个叶绿体小单拷贝区(SSC)的片段(包括四个基因:ndhF,rpl32,trnL-UAG,CCSA)和微卫星(SSR)分子标记联合的方法,对中国凹脉金花茶10个自然种群及1个越南移栽种群共292个个体进行遗传多样性及遗传结构分析,以期为凹脉金花茶的有效保护及合理利用提供理论依据。研究结果如下:
(1)叶绿体DNA(cpDNA)片段经序列拼接比对后全长为5203bp,共检测到10个多态性位点,其中5个位点为碱基置换,5处缺失或者插入;共检测到5种单倍型,种群LT和XLM共享2种相同的单倍型(H1和H2),其余种群均只有1种单倍型。基于cpDNA片段分析显示凹脉金花茶在物种水平上具有中等水平的遗传多样性(Hd=0.701,π=0.00041);在种群水平上具有较低的遗传多样性,在凹脉金花茶11个种群中,龙州县响水乡(LT)种群和大新县下雷镇(XLM)种群的单倍型多样性和核苷酸多样性均为(Hd=0.2,π=0.0004),其余9个种群无单倍型多样性和核苷酸多样性(Hd=0,π=0)。
基于SSR数据结果显示,凹脉金花茶具有中等水平的遗传多样性。11个微卫星位点在11个种群292个个体中共检测到144个等位基因,在位点水平上的等位基因数在6(FLA1、FLA19)至23(FLA9)个之间,平均每个位点13.09个。在种群水平上,11个种群的平均等位基因数(NA)为2.909~7.545,均值为5.76;有效等位基因数(NE)为2.144~4.677,均值为3.483;观测杂合度(Ho)为0.419~0.601,均值为0.515;期望杂合度(He)为0.470~0.715,均值为0.634;Shannon’s信息指数(Ⅰ)变幅在0.803~1.596之间,均值为1.3。
(2)基于cpDNA小单拷贝区(SSC)片段分析显示,凹脉金花茶种群间存在显著的遗传分化(GST=0.952,NST=0.984,FST=0.95218)。SSR数据分析显示两两种群间的遗传分化系数(FST)为0.0251~0.3171,均值为0.185;其中,1组介于0~0.05之间,17组介于0.05~0.15之间,25组介于0.15~0.25,12组大于0.25,表明凹脉金花茶大部分种群间存在较大的遗传分化。凹脉金花茶种群间的基因流(Nm)在0.5384~9.7221之间,均值为1.395,其中,有35组Nm>1,20组Nm<1。AMOVA分析显示,叶绿体DNA片段有95.22%的遗传变异存在种群间,种群内的变异仅占4.78%,而SSR数据有82.95%的遗传变异存在种群内,种群间的变异占17.05%。Mantle test检测结果显示凹脉金花茶种群间的遗传距离与地理距离之间没有显著的相关性(R2=0.0053,P=0.580)。Bottleneck检测结果显示有两个种群(LGG和XLM)经历了瓶颈效应事件。
(3)本研究从整体上揭示了凹脉金花茶具有中等水平的遗传多样性和较大程度的遗传分化。因此,对凹脉金花茶的保护策略应集中在最大限度地保留遗传多样性和加强对各种群的保护。STRUCTURE分析表明11个种群可以划分为6个遗传学组,位于大新县龙角的两个种群(LJA和LJB)聚为一组,大新县美屯的种群(MT和ZLX)及陇满村的种群(XLM)聚为一组,龙州县板闭村的种群(BLX)和三联村陇戈梗的种群(LGG)聚为一组,而其余种群:龙州县三联村陇米督种群(LMD)、龙州县进明村种群(LT)及大新县美屯陇威(LW)各自聚为一组。因此,将这些种群对应划分为6个管理单元进行保护,主要的保护措施有:加强就地保护、选取优良种苗迁入种质资源库、禁止人为盗挖及保护现有生境等。
(1)叶绿体DNA(cpDNA)片段经序列拼接比对后全长为5203bp,共检测到10个多态性位点,其中5个位点为碱基置换,5处缺失或者插入;共检测到5种单倍型,种群LT和XLM共享2种相同的单倍型(H1和H2),其余种群均只有1种单倍型。基于cpDNA片段分析显示凹脉金花茶在物种水平上具有中等水平的遗传多样性(Hd=0.701,π=0.00041);在种群水平上具有较低的遗传多样性,在凹脉金花茶11个种群中,龙州县响水乡(LT)种群和大新县下雷镇(XLM)种群的单倍型多样性和核苷酸多样性均为(Hd=0.2,π=0.0004),其余9个种群无单倍型多样性和核苷酸多样性(Hd=0,π=0)。
基于SSR数据结果显示,凹脉金花茶具有中等水平的遗传多样性。11个微卫星位点在11个种群292个个体中共检测到144个等位基因,在位点水平上的等位基因数在6(FLA1、FLA19)至23(FLA9)个之间,平均每个位点13.09个。在种群水平上,11个种群的平均等位基因数(NA)为2.909~7.545,均值为5.76;有效等位基因数(NE)为2.144~4.677,均值为3.483;观测杂合度(Ho)为0.419~0.601,均值为0.515;期望杂合度(He)为0.470~0.715,均值为0.634;Shannon’s信息指数(Ⅰ)变幅在0.803~1.596之间,均值为1.3。
(2)基于cpDNA小单拷贝区(SSC)片段分析显示,凹脉金花茶种群间存在显著的遗传分化(GST=0.952,NST=0.984,FST=0.95218)。SSR数据分析显示两两种群间的遗传分化系数(FST)为0.0251~0.3171,均值为0.185;其中,1组介于0~0.05之间,17组介于0.05~0.15之间,25组介于0.15~0.25,12组大于0.25,表明凹脉金花茶大部分种群间存在较大的遗传分化。凹脉金花茶种群间的基因流(Nm)在0.5384~9.7221之间,均值为1.395,其中,有35组Nm>1,20组Nm<1。AMOVA分析显示,叶绿体DNA片段有95.22%的遗传变异存在种群间,种群内的变异仅占4.78%,而SSR数据有82.95%的遗传变异存在种群内,种群间的变异占17.05%。Mantle test检测结果显示凹脉金花茶种群间的遗传距离与地理距离之间没有显著的相关性(R2=0.0053,P=0.580)。Bottleneck检测结果显示有两个种群(LGG和XLM)经历了瓶颈效应事件。
(3)本研究从整体上揭示了凹脉金花茶具有中等水平的遗传多样性和较大程度的遗传分化。因此,对凹脉金花茶的保护策略应集中在最大限度地保留遗传多样性和加强对各种群的保护。STRUCTURE分析表明11个种群可以划分为6个遗传学组,位于大新县龙角的两个种群(LJA和LJB)聚为一组,大新县美屯的种群(MT和ZLX)及陇满村的种群(XLM)聚为一组,龙州县板闭村的种群(BLX)和三联村陇戈梗的种群(LGG)聚为一组,而其余种群:龙州县三联村陇米督种群(LMD)、龙州县进明村种群(LT)及大新县美屯陇威(LW)各自聚为一组。因此,将这些种群对应划分为6个管理单元进行保护,主要的保护措施有:加强就地保护、选取优良种苗迁入种质资源库、禁止人为盗挖及保护现有生境等。