野生大豆是栽培大豆的野生祖先种,是大豆育种的重要种质资源。生境的破坏致使野生大豆居群持续片段化,并在某些地区濒临灭绝,因此十分有必要研究整个分布区的野生大豆遗传多样性,居群遗传结构,环境片段化的影响,从而制定出野生大豆有效的保护策略。而且野生大豆广布于东亚大陆与日本,为研究第四纪冰期作用对东亚广布草本植物分布和遗传结构的影响,广布草本植物在东亚间断分布格局成因提供了极好的材料。本项目将利用来自叶绿体与核基因组的多个基因片段与SSR分子标记,对大豆整个分布区的代表居群,通过多种分析方法评价野生大豆的遗传多样性、居群遗传结构、有效居群大小、居群间基因交流、生境片段化对居群遗传结构与交配系统的影响。在此基础上深入探讨第四纪冰期作用对该物种居群地理遗传结构的影响,该物种的分布尤其是东亚大陆与日本间断分布形成历史。本项目的实施有助于有效保护野生大豆,深入了解东亚植物区的形成与演化历史。
Glycine soja;genetic diversity;population genetics;environmental factors;conservation
严格按照项目计划任务书的研究内容和研究目标开展研究。本研究选取25个SSR位点、3个基因片段,以采自整个分布区的53个居群780个野生大豆个体为研究材料,对野生大豆开展了亲缘地理学与保护生物学研究,以探讨其遗传多样性、遗传结构及形成当前遗传多样性格局的原因,并在此基础上提出了该物种的保护策略。论文的主要结果概括如下1. 基于SSR位点的居群遗传学分析。野生大豆具有较高水平的遗传多样性。长江中下游地区(MDRY)遗传多样性最高。中国西南地区(SWC)对总的多样性及等位基因丰富度贡献最大。野生大豆居群间遗传分化水平很高,居群间基因流很少(Nm << 1)。野生大豆存在两个比较明显的谱系一个谱系包括西北地区和北部地区的居群,即黄淮河流域的居群;另一个包括黄淮河流域地区以外的所有居群,这两个谱系间有比较高的遗传分化,代表了两个独立的进化支,在制定野生大豆的保护策略时,应该作为两个进化显著单元来对待。2. 基于nSSR位点的景观遗传学研究。结合8个气候因子,利用20个nSSR标记对43个居群481个个体,对形成野生大豆当前遗传结构的原因进行了探讨。结果表明,20个nSSR位点中有14个偏离中性,可能经历了自然选择;野生大豆的居群间的遗传距离与地理距离没有明显的相关性,但与环境距离呈明显的正相关关系,主成分分析和生态位模拟都表明气候因子对野生大豆的居群结构形成起到了至关重要的作用。3. 基于基因片段的谱系地理学分析。对野生大豆分布区进行遗传多样性比较发现,单倍型多态性最高的为中长江中下游地区。野生大豆各居群间遗传分化比较明显。失配分析结果表明长江中下游地区、韩国、日本的居群比较稳定,中国南部地区、西南地区、东北地区、北部地区及西北地区的居群都经历过扩张。与SSR结果不同的是,通过GST和NST的比较,发现野生大豆并无明显的谱系地理结构;Mantel检验结果表明遗传距离与地理距离呈明显相关性。 4. 野生大豆的保护。根据我们的研究推断,野生大豆濒危的主要原因是气候改变和人为活动导致的生境片段化。长江中下游地区和中国东北地区拥有最高的遗传多样性,中国西南地区对总的遗传多样性和等位基因的丰富度贡献最大,所以在制定保护策略的时候应优先考虑这三个地区。本研究确立的两个进化显著单元在保护时需要分别对待。保护策略方面,我们建议就地保护应当作为是野生大豆保护的主要保护策略,迁地保护可以作为