【摘要】：生物地理學是人們認知當今物種分布格局的重要學科。如何理解北半球特別是東亞和北美植物區(qū)系存在的區(qū)別和聯(lián)系,仍然是系統(tǒng)學家和生物地理學家要面對的重大課題。地理隔離事件以及白令陸橋和北大西洋陸橋與鄰近地區(qū)的頻繁的隔離擴散的影響,使得北半球的生物地理格局變得十分復雜,其中東亞-北美的間斷分布格局在最近很多年格外引人注目。之前研究表明,在被子植物的世系中,東亞起源然后遷移到北美被大量提及,而相反的情況即從北美起源再遷移到東亞的例子也大量存在。一些裸子植物的系統(tǒng)研究表明,很多物種經(jīng)歷了一個相似的發(fā)生和遷移模式。裸子植物起源更早,很多類群具有古老的多樣性和經(jīng)濟價值,是理解東亞北美生物地理間斷模式的理想材料。崖柏屬是隸屬柏科的一個小屬,包含五個種:北美喬柏(Thujaplicata)、北美香柏(Thuja occidentalis)、崖柏(Thuja sutchuenensis)、朝鮮崖柏(Thuja koraiensis)和日本香柏(Thujastndishii)。崖柏屬物種呈現(xiàn)典型的東亞北美間斷分布,其中北美喬柏和北美香柏為北美特有種,其他三個種:崖柏、朝鮮崖柏和日本香柏只分布在東亞地區(qū),且在東亞三國也呈現(xiàn)較明顯的間斷碎片化分布。尤其是我國特有種崖柏,不僅具有重要的學術(shù)研究意義,也具有重要的經(jīng)濟價值,但野生種群極少,呈高度瀕危狀態(tài),因此,選擇這一類群開展研究,從基因組層面篩選用于居群遺傳學的分子標記,對將來的保護遺傳學可以提供重要的依據(jù)。盡管多種數(shù)據(jù)被用來分析崖柏屬植物的系統(tǒng)關(guān)系,例如形態(tài)解剖學數(shù)據(jù)、生態(tài)學數(shù)據(jù)、核DNA、微衛(wèi)星DNA或少數(shù)幾個葉綠體DNA的片段,然而一直沒有一個統(tǒng)一的結(jié)論。隨著二代測序技術(shù)的飛速發(fā)展,葉綠體基因組已經(jīng)普遍用于植物系統(tǒng)與進化的研究中。葉綠體基因組序列能夠提供大量的信息位點,因此能夠在不同的分類水平很好的提高系統(tǒng)發(fā)育樹的分辨率。除此之外,基于植物葉綠體基因序列進行比較基因組學研究能夠?qū)Ψ肿铀降倪M化提供更深入的理解,比如基因組的重排,基因的丟失等現(xiàn)象。在本研究中,利用崖柏屬所有物種的完整的葉綠體基因組數(shù)據(jù),進行比較基因組分析,系統(tǒng)發(fā)育分析以及生物地理學分析,用來研究崖柏屬物種的葉綠體基因組進化和屬內(nèi)物種之間的系統(tǒng)關(guān)系,并探討該屬物種東亞-北美的間斷分布格局的形成機制。主要結(jié)果如下:(1)崖柏屬葉綠體基因組的完整大小:北美喬柏(Thuja plicata)為131,118 bp,崖柏(Thuja sutchuenensis)為130,668 bp,北美香柏(Thuja occidentalis)為131,602 bp,朝鮮崖柏(Thuja koraiensis)為 130,273 bp,日本香柏(Thuja standishii)為 130,505 bp。所有的崖柏屬物種葉綠體基因組都缺少IR區(qū)域,因此沒有典型被子植物葉綠體基因組的四分體結(jié)構(gòu),這與之前的在其他松柏類研究的結(jié)果相一致。另外,葉綠體基因組中的短重復序列(SSR)被檢測出來,可以為將來的群體遺傳學研究提供分子標記。(2)系統(tǒng)發(fā)育結(jié)果表明,崖柏屬是強烈支持的單系,北美喬柏、北美香柏和崖柏是屬內(nèi)較早分化出來的物種,其中崖柏和北美香柏是姐妹群,日本香柏和朝鮮崖柏的姐妹關(guān)系得到了很好的支持。崖柏屬和羅漢柏屬(Thujopsis)的姐妹群關(guān)系得到了進一步的確認。(3)通過生物地理學分析,推測該類群的起源主要來自日本/北美西部。崖柏屬早期生物地理格局很可能受到了跨大陸擴散和隔離事件的影響。生物地理分析結(jié)果表明,中新世至上新世和第四紀相繼發(fā)生的重要地質(zhì)歷史事件促成了崖柏屬現(xiàn)今的生物地理分布。本研究利用裸子植物崖柏為研究材料,并采用系統(tǒng)發(fā)育基因組學手段,對東亞北美植物間斷分布的復雜歷史提供了新的認知。
【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院武漢植物園)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：Q943;Q948.2

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本文編號：2671231