【摘 要】
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已有研究表明木本植物栖息地丧失对生物多样性具有持续的负面影响,但量化栖息地丧失对遗传多样性及遗传结构影响的相关研究还十分有限。此外,人为活动造成的木本植物栖息地丧失、全球气候变化及伴随的景观变化很可能通过在大尺度地理区域内的分布区扩张或收缩及隔离等来影响当前生物多样性分布。因此,理解人为干扰对木本植物遗传学方面有何影响至关重要。臭椿（Ailanthus altissima）为苦木科臭椿属植物,是东
【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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已有研究表明木本植物栖息地丧失对生物多样性具有持续的负面影响,但量化栖息地丧失对遗传多样性及遗传结构影响的相关研究还十分有限。此外,人为活动造成的木本植物栖息地丧失、全球气候变化及伴随的景观变化很可能通过在大尺度地理区域内的分布区扩张或收缩及隔离等来影响当前生物多样性分布。因此,理解人为干扰对木本植物遗传学方面有何影响至关重要。臭椿（Ailanthus altissima）为苦木科臭椿属植物,是东亚自然生长的一种落叶树种。一直以来,臭椿在装饰、生物能源和工业应用等方面表现出巨大的潜力,但其自然居群受到持续加剧的人为干扰,本研究以臭椿为研究材料,以期探究人为干扰对其遗传多样性的影响。考虑到臭椿可用的基因组和遗传资源不足,因此本研究首先对臭椿叶绿体基因组和转录组进行测序及分析,并分别开发了10个多态性叶绿体微卫星（SSR）标记和13个EST-SSRs。基于新开发的多态性引物,进一步对中国臭椿居群遗传多样性水平及遗传结构进行研究,并探讨冰期、现在及未来气候条件下该植物分布区动态变化情况,推测其是否可能存在冰期避难所。研究结果显示:臭椿叶绿体基因组为典型的四分体环状结构,长度为一个160,815bp。其叶绿体基因组包含113个基因,其中蛋白质编码基因及t RNA基因,分别为79个和30个,除此之外,还包括4个r RNA,总GC含量为37.6%。微卫星标记检测发现A/T单核苷酸数目最多。对7个无患子目植物分别进行重复序列分析发现,共有49个重复序列在臭椿、盐肤木、车桑子、Leitneria floridana中,而印度苦楝树、阿拉伯乳香树及墨西哥莱檬重复序列为48个。利用蛋白质编码基因进行系统发育分析表明:臭椿与L.floridana互为姐妹群,同时苦木科与无患子科关系最近,互为姐妹群。臭椿转录组数据分析共得到87,797个转录本,其中64,891（73.91%）在至少一个蛋白质数据库中成功注释。分别对臭椿叶绿体基因组及转录本设计SSR引物,叶绿体基因组共设计20条cp SSR引物,其中10条具有多态性。每个标记的等位基因（Na）数量从1.429到2.857,无偏单倍型多样性指数（uh）从0.111到0.485,单倍型多样性指数（h）从0.101到0.444,平均无偏单倍型多样性指数（uh）为0.274。每个cp SSR的多态性信息内容（PIC）的范围从0.281到0.723,平均为0.483。同时,基于转录组设计了18个EST-SSRs引物,其中13对表现出多态性,EST-SSRs的每个位点等位基因数从2.143到9.357,观测和期望杂合度分别从0.312到1.000和0.505到0.826。新开发的分子标记将可用于后续对中国臭椿居群遗传多样性及居群结构等分析。基于本研究新开发的EST及cp SSR标记对臭椿遗传多样性及遗传结构分析,发现基于EST-SSR研究34个臭椿居群其遗传多样性处于中等水平（HE=0.569-0.751）,平均无偏HE为0.681。同时,贝叶斯聚类、主成分分析及主成分的判别分析结果一致,所有研究居群可分为3大组分。92种不同cp SSR片段大小的等位基因组合共产生292个叶绿体单倍体。平均单倍体多样性相对较高（HE=0.941）,且平均单倍型丰富度达2.690。基于cp SSR和EST-SSR计算得到的FST分别为0.751和0.130。臭椿的繁育系统特征、栖息地干扰及广泛的分布区域可能促进了花粉流动,导致较高的遗传变异或维持残余居群的遗传多样性。物种分布模拟显示,末次盛冰期该种居群存在明显收缩,而后在全新世及未来开始扩张。比较受到干扰和未受干扰居群间遗传多样性,发现其无明显差异,但总体而言,在受干扰居群中遗传多样性及瓶颈效应相对较高。因此认为受干扰的栖息地可能会表现出难以预测的遗传模式,不应被低估。为了进一步了解栖息地丧失对该木本植物的影响,后续研究应该考虑更多的因素,如人类干扰开始时间和遗传效应滞后、遗传分子标记的数量等,以确保更加有效的对其遗传多样性特征进行评估。本研究为研究臭椿进化历史提供了一个框架,为了解其自然居群的遗传多样性迈出了一步。
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