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自然杂交是一种非常普遍的现象,在植物进化和物种形成中起着重要作用,近年来已经成为植物系统与进化研究的热点。象牙参属植物是姜科中唯一一个高山分布的类群,主要分布于喜马拉雅南部(尼泊尔到印度北部)和我国西南的横断山区,其中横断山地区是象牙参属植物分布中心之一,而丽江又被认为是该区域象牙参物种多样性最高的地方,同时象牙参属植物同域分布的现象非常普遍,但是其同域物种自然杂交的报道很少。在云南省丽江市的玉龙雪山干海子地区,同域分布着三种象牙参属植物,大花象牙参(Roscoea humeana)、早花象牙参(R.Cautleoides)和无柄象牙参(R.schneideriana),同时发现了形态居于大花象牙参和早花象牙参之间的个体。根据形态的居间性和前期的研究,我们怀疑这些个体是大花象牙参和早花象牙参之间的杂交后代,而与无柄象牙参无关。
本研究主要以干海子地区同域分布的大花象牙参、早花象牙参、无柄象牙参以及疑似杂交个体为研究对象,通过形态性状的统计分析、HAT-RAPD分子标记的分析和DNA测序分析,从而确定疑似杂交个体与大花象牙参、早花象牙参以及无柄象牙参之间的关系。另外利用核基因ITS和叶绿体序列matK、trnL-trnF测序获得的单倍型以及构建的谱系树的分析,从而揭示杂交居群的起源形成问题。具体结果如下:
1.基于形态数据的主成份分析、聚类分析以及杂交指数分析都显示,疑似杂交个体在形态上介于大花象牙参和早花象牙参之间,且偏向于大花象牙参。而基于HAT-RAPD标记的主坐标分析、Structure分析、聚类分析、杂交指数分析的结果与形态分析一致,疑似杂交个体居于大花象牙参和早花象牙参之间,且与大花象牙参的关系更近。同时NewHybrids的结果表明,杂交个体主要是以F1代为主。DNA序列的对比发现,疑似杂交个体具有大花象牙参和早花象牙参所有的单倍型。以上结果都很好的支持了这样一个结论,即形态居于大花象牙参和早花象牙参之间的个体,是两者的杂交后代。
2.基于形态数据的统计和主成份分析显示,无柄象牙参与疑似杂交个体的形态差别很大。而DNA序列的对比发现,无柄象牙参与疑似杂交个体的单倍型完全不同。以上的结果说明无柄象牙参虽然与其它象牙参同域分布,但是没有参入杂交个体的形成。同时形态性状的聚类以及DNA序列的聚类都显示,大花象牙参和早花象牙参的关系比较近,而与无柄象牙参的关系较远。
3.无论是对大花象牙参、早花象牙参以及它们之间的杂交个体的单独分析,还是联合讨论,核基因ITS的单倍型关系和谱系树都显示,干海子杂交居群的单倍型是后来形成的。同时叶绿体序列matK和trnL-trnF的联合分析,也显示干海子杂交居群的单倍型是后来出现的。以上的结果支持杂交居群是两个不同物种次级相遇而产生的。
本研究采用形态性状,HAT-RAPD标记和DNA测序等多种手段相结合进行分析,很好的解决了象牙参属同域分布的植物杂交个体形成的问题,这对于以后研究象牙参属植物的形成和进化提供了帮助。