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1、“鹿蹄橐吾系统发育模式和间断分布的研究”文献报告,李佳蔚昆明植物研究所,1.全株；2.叶子 ；3.花序,Journal of Biogeography (J. Biogeogr.) (2013),研究背景研究内容实验材料实验方法实验结果讨论,研究背景,中国和日本有很多植物表现出间断分布式样，多数呈间断分布种类主要在中国的东部与日本两地，但也有少数种类分布在中国的中部及西南部与日本。在中国，鹿蹄橐吾主要围绕四川盆地分布；在日本，鹿蹄橐吾主要分布在本州岛北部和北海道。两种解释间断分布的模型：长距离扩散；地理分隔受第四纪冰期影响，日本海形成及扩张导致日本与中国大陆间陆桥反复出现，使两地植物区系得以交
2、流，深刻影响了东亚植物区系的组成。,长距离扩散（ long-distance dispersal ）：通过长距离扩散到适宜的生境而导致的间断分布。地理分隔（ vicariance ）：曾经广泛分布的物种，由于气候地质等环境因素的变化而导致其分布范围大幅度收缩，并在分布区内产生了地理分隔，从而形成了物种的间断分布。,如长距离扩散所致：甲地区长距离扩散到乙地区：来自甲、乙地区的居群所形成的谱系分支彼此互相交错，不能区分开来，乙地区遗传多样性会比甲地区低。如地理分隔所致：来自甲、乙两区的居群分别形成两个不同的谱系分布，互为单系，且该物种在两地区间拥有相近的遗传多样性。,长距离扩散理论还是地理分隔理论
3、都会产生不同的遗传信号：,研究内容,鹿蹄橐吾中国日本间断分布的形成原因，是long-distance dispersal 还是vicariance,分布于中国和日本的鹿蹄橐吾的动态历史过程。分布于中国和日本的鹿蹄橐吾的分化时间。,实验材料,2008年6月至2009年10月，对分布于中国的鹿蹄橐吾进行广泛野外材料采集，采集23个具代表性居群，围绕四川盆地边缘，云贵高原，横断山脉，秦岭地区，武陵山地区。日本立教大学博士，本州岛2个居群，北海道4个居群，共29个居群，280个个体。,实验方法,The chloroplast genome(cpDNA)母系遗传比核基因拥有更多的变异较低的基因重组频率,
4、对于鹿蹄橐吾29个居群的280个个体的三个叶绿体DNA片段（trnQ5rps16；trnLrpl32；psbAtrnH）进行测序应用MrBayes 和Beast法建立系统发育关系应用Statistical dispersalvicariance analysis (S-DIVA)判断鹿蹄橐吾间断分布原因,1.总DNA提取，PCR扩增，测序,2.数据分析,2.2采用“不一致长度差异”来检测数据之间可能存在的异质性（Incongruence length difference (ILD) test） 检测通过paup* 4.0b10 来运行，表现三个叶绿体基因间隔区间无显著冲突，因而将三个叶绿体基
5、因矩阵进行联合分析,2.1序列编辑拼接用DNASTAR软件包中的SEQMAN完成，每个片段拼接好的序列用ClustalX进行简单对比。,3,2,1,2.3针对数据总体及两居群数据，及日本两岛屿的cpDNA片段序列，应用软件DnaSP 4.0统计出单倍型多样性（Haplotype diversity (Hd ) ）和核苷酸多样性（ nucleotide () diversity）针对数据总体及两居群数据应用程序PERMUT1.0计算得居群内平均遗传多样性（HS），总遗传多样性（HT），居群间遗传分化系数GST NST。,4,5,种群情况,2.4应用Arlequin 3.0.1软件包中分子变异分析
6、（AMOVA）检测该研究物种在不同分区和整个分区内的居群间和居群内变异水平，以及单倍型分布的FST评价，进一步揭示居群内的分化程度.,6,2.5同时用贝叶斯法和最大简约法构建叶绿体单倍型间的系统发育关系。,首先应用软件MODELTEST3.7参考Akaike information标准选择最佳进化模型（GTR+I+G model）。应用MrBayes3.1.2For Bayesian analysis, four chains, each with a different starting seed, were run for two million generations; each ana
7、lysis was repeated twice.每100代保留一棵进化树。预算400000代后达到平稳，将最开始4000棵树burn-in每个分支的支持率由该分支所在进化树中出现的后验概率表示。,贝叶斯法,7,8,最大简约法,BEAST1.7.2 was used to recon-struct haplotype gene treesestimate divergencebetween and within clades, simultaneously.,we assumed a substitution rate of 1.5210-9substitutions per neutral
8、site per year (s/s/y),we set 1.010-9s/s/y as the lower limit and 3.010-9s/s/y as the upper limit for nucleotide substitution rate in our analyses.,Three independent Markov chain Monte Carlo (MCMC)pre-runs of 1.0910-7generations each,were performed toobtain enhanced parameters prior to the following
9、three independent MCMC runs of ten million generations.,9,Geneal-ogies were sampled every 1000 generations with the first 10% discarded as burn-in.,Tracer1.5 LogCombiner1.6.1 TreeAnnotator 1.6.1 FigTree 1.3.1,summarize display log,10,11,12,13,2.5判断整个分布区及不同分布区间是否发生过种群扩张。应用Arlequin 3.0.1软件对cpDNA序列进行失配
10、分析，根据歧点分布绘制了失配分布曲线。分别计算了歧点观测值与期望值的方差SSD，糙度指数r值，以及它们的显著性。失配曲线为单峰，SSD值与r值具不显著，种群发生过扩张；失配曲线为双峰或多峰，SSD值与r值具显著意义，种群处于动态平衡状态。,种群动态,并应用Arlequin 3.0.1进行FusFs检验 Fs值。应用DnaSP4.0进行中性检验，包括TajimasD(Tajima, 1989), Fu and Lis D* (Fu & Li, 1993), Fu andLisF* tests参数，推断基因进化是否为中性突变，也可用来检测种群的动态过程。FS值为负且显著， Fu andLisF*
11、tests参数为负值，说明种群发生过近期扩张。,2.6 RASP2.0软件包中Statistical dispersalvicariance analysis (S-DIVA)和Bayesian binary MCMC (BBM) analysis分析间断分布原因是长距离扩散还是地理分隔,14,间断分布原因,实验结果,trnLrpl32区域多样性最丰富,中国日本间没有共享单倍型,H1分布最广单倍型,多样性分析,29个居群叶绿体单倍型总遗传多样性HT=0.913，远大于居群内的平均多样性HS=0.061,两地区居群内遗传多样性水平不高，中国HS=0.023低于日本HS=0.207，两者具有相似水
12、平总遗传多样性中国HT=0.869，日本HT=0.867,显示NST显著大于GST，表明分布具有显著的谱系地理结构，亲缘关系近的单倍型很可能在同一个地区共存。,分为中国日本两组时，居群变异占了70.15%（FSC=0.979，P0.0001）居群内变异只有1.48%，组间变异占28%，当对各个分区计算结果进行比较，中国组居群内变异低于日本（0.35%4.98%）前者遗传分化大于后者（FST=0.997 0.95 P0.0001）,日本居群单倍型形成一个单系分支，中国居群单倍型与日本居群单倍型形成了并系关系日本分支内，本州岛居群单倍型与北海道相互交错分布，成为并系,单倍型形成一个单系，又分为两支
13、,系统发育分析,失配曲线为多峰曲线,种群动态,全部居群及中国居群的SSD和糙度指数r值均具显著意义，违背种群扩张模型假设。日本分区内SSD糙度指数r值均无显著意义。 Fu andLisF* tests参数都为正值，失配曲线多峰，说明该地区种群处于稳定状态。都未发生近期扩张，处于动态平衡状态。,有基因流从北海道到本州岛,中国地区种群经历两种，且vicariance发生在不同山区,最早在云贵高原定居，发生两次种群扩散，,间断分布分析,1.物种水平具总高遗传多样性，居群内遗传多样性却很低，导致居群间强烈遗传分化。 2.区域特有单倍型有助于发现冰期避难所的位置，推测四川盆地北部（夹金山），西部（峨眉山
14、），南部（云贵高原），东部（巫山-武陵山）北部（秦岭）分别是鹿蹄橐吾独立避难所。 即在冰期时，最后一次大冰期，生境片断化后形成了彼此隔离的生境所保留的祖先而分别衍生出这些区域的现代种群。 冰期间冰期的反复波动，经历严重的瓶颈效应，种群大小不断波动，由于奠基者效应形成了较小的建群种或种群增长及其缓慢而使避难所种群内部遗传多样性丧失。大部分居群只有一种单倍型。,讨论,3.日本居群单倍型形成一个单系分支，但中国居群单倍型与日本分支形成了并系关系。可能由于，两地区隔离的时间并不足够长，导致不完全的谱系分选所致。 4.中国四川西北部及湖北等鹿蹄橐吾地颜色更深，中国境内生境温度比日本高，化学成分明显不同，已经产生一定遗传分化。,谢谢！,
