花是被子植物最重要的创新性性状,耧斗菜属(Aquilegia Linn.)植物因其丰富的花部颜色、特有的花(瓣)蜜距结构正在成为被子植物花形态结构演化的新的模式植物。耧斗菜属全属约70种,分布于北温带的欧洲、亚洲和北美洲。有研究表明,北美耧斗菜属的物种分化更多的是传粉者作用下的同域物种形成:花(瓣)蜜距的结构延长了传粉者在每朵花上的停留时间从而提高了传粉效率,在北美洲,随着传粉者的转换,耧斗菜属植物的花(瓣)蜜距经历了由短到长的演化历程。然而在我国西南、西北、华北和华中地区,却广泛分布着耧斗菜属植物中唯一的一个无距类型——无距耧斗菜(Aquilegia ecalcarata Maxim)。课题组前期基于3个叶绿体片段的分子系统学研究结果表明,无距耧斗菜与他的三个近缘物种[华comb.etstat.nov.)和直距耧斗菜(A.rockiMunz)]在系统演化树上形成了一个单系分组,我们将其称为华北耧斗菜复合体;并且发现无距性状在这个复合体内至少经历了两次独立起源的过程。由于叶绿体基因序列在系统发育研究中的局限性,本文拟使用能够同时体现双亲遗传信息背景的、共显性的、多态性高的核基因组SSR分子标记(simple sequence repeat,简单重复序列;即microsatellite,微卫星序列),探讨下述三个问题:1)华北耧斗菜复合体的遗传多样性和遗传分化程度如何?2)华北耧斗菜复合体各居群经历了怎样的居群历史动态?3)多次起源的无距性状各自的起源历史和起源类群是什么?基于对华北耧斗菜复合体4个居群全基因组重测序结果的筛选,本文共设计了47条SSR引物,经过PCR扩增效率和遗传多态性初筛,得到了扩增效果稳定、多态性高的20个SSR分子标记。利用这20个SSR分子标记,对来自华北耧斗菜复合体整个分布区的68个居群(每个居群约20个个体,共计1368个个体)展开了系统的居群遗传学研究。得到以下结果:1)68个居群中共检测到380个等位基因,有效等位基因数(Ne)、Shannon信息指数(/)的平均值分别为6.012和1.989;观测杂合度(Ho)和期望杂合度(He)分别是0.332和0.805;华北耧斗菜复合体整体上的遗传多样性水平较高。大部分位点未偏离哈迪-温伯格平衡,绝大多数位点没有连锁不平衡的现象。复合体居群间的遗传分化系数FSt、Gst和Rst的均值分别为0.487、0.470和0.518,均显示出较高的遗传分化水平。2)对于华北耧斗菜复合体的遗传结构,基于20个SSR位点遗传距离的NJ聚类、PCoA分析和贝叶斯遗传结构聚类得到了一致的结果:华北耧斗菜复合体68个居群可分为四个组,分别是东北部华北耧斗菜组、东南部甘肃+无距耧斗菜组、西北部甘肃耧斗菜组和和西南部直距+无距耧斗菜组。四个组发生了明显的遗传分化,并且四个组的遗传多样性水平也明显不同,其中东北部华北耧斗菜组的遗传多样性水平最高,而西北部甘肃耧斗菜组最低。3)20个SSR位点在华北耧斗菜复合体共计68个居群的平均基因流(Nm)为0.284(<1),整体水平较低。根据Ennos(1994)提出的公式,计算了华北耧斗菜复合体居群间的花粉流和种子流的比值为4.76,表明华北耧斗菜复合体的基因流主要以花粉流为主。分组水平上,组内基因流分别为东北部华北耧斗菜组(Nm=0.8464)>东南部甘肃+无距耧斗菜组(Nn=0.3883)>西南部直距+无距耧斗菜组(Nm=0.2266)>西北部甘肃耧斗菜组(Mm=0.1352),组内基因流均小于1,但是四个组之间已经发生了分化。组间基因流检测结果显示,东北部华北耧斗菜组与东南部甘肃+无距耧斗菜组之间具有最大基因流(Nm=3.741);西北部甘肃耧斗菜组和西南部直距+无距耧斗菜组之间的基因流水平最小(Nm=1.726)。4)我们基于本课题组前期的叶绿体DNA的单倍型网络和花部形态性状聚类分析结果,推测东南部甘肃+无距耧斗菜组内的无距耧斗菜很有可能直接起源于分布在陕西米仓山一带的甘肃耧斗菜居群,随后无距类型分别向西北部和东南部进行了扩散和迁移,在迁移的过程中,到达西北部的无距耧斗菜居群与当地的甘肃耧斗菜居群很有可能发生了杂交。而西南部直距+无距耧斗菜组内的无距耧斗菜居群在本研究中至少发现了三个可能的起源点,分别是位于西藏波密一带和四川松潘一带的直距耧斗菜居群以及位于四川康定一带的甘肃耧斗菜居群或者四川九龙一带的直距耧斗菜居群中的个体。综合上述结果,华北耧斗菜复合体68个居群在遗传上己经发生明显分化,分为四个组;这四个组在遗传多样性水平,内部基因流强度上都存在显著的差异;结合SSR数据、cpDNA数据和花部形态性状的聚类分析结果,本论文不仅验证了华北耧斗菜复合体中无距性状的多次起源,还找到了经历了不同演化历史的多个无距耧斗菜居群可能的直接起源点,为后续进一步对该物种复合体的研究提供了基础。