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極小種群野生植物玉龍杓蘭遺傳多樣性研究取得進(jìn)展
杓蘭屬植物 Cypripedium 約50種，主要分布于北溫帶地區(qū)和亞熱帶山地。我國(guó)是杓蘭屬的分布中心，產(chǎn)30余種，但僅有少部分物種得到保護(hù)和研究。目前，杓蘭屬有4個(gè)受威脅程度較高的物種被列入云南省極小種群野生植物保護(hù)名錄(2021版)中，亟需搶救性保護(hù)。其中，玉龍杓蘭 Cypripedium forrestii (圖1)為我國(guó)云南特有，野外個(gè)體數(shù)量較少，分布區(qū)狹窄，為典型的極小種群野生植物，也是國(guó)家II級(jí)重點(diǎn)保護(hù)野生植物，在《中國(guó)生物多樣性紅色名錄-高等植物卷(2020)》中的受威脅等級(jí)為極危(CR)。其標(biāo)本記錄稀少，缺乏系統(tǒng)的野外調(diào)查，處于研究空白。
近期，中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所極小種群野生植物綜合保護(hù)研究團(tuán)隊(duì)的科研人員利用轉(zhuǎn)錄組測(cè)序方法，分析了玉龍杓蘭的群體遺傳數(shù)據(jù)。結(jié)果表明，玉龍杓蘭與兩個(gè)同域分布的近緣種(無苞杓蘭和麗江杓蘭)之間不存在雜交和遺傳混雜，應(yīng)作為一個(gè)獨(dú)立物種來保護(hù)。其物種水平的核苷酸多樣性(π)為1.71e-4，低于其他受威脅的植物物種。另外，根據(jù)PCA和ADMIXTURE分析，8個(gè)采樣點(diǎn)的52個(gè)個(gè)體可分為三個(gè)遺傳單元：分布于香格里拉的北部單元、分布于哈巴雪山和玉龍雪山中部的玉龍雪山單元，以及雖分布于哈巴雪山中部，但遺傳成分較獨(dú)特的哈巴三號(hào)單元(圖2)。
研究人員還發(fā)現(xiàn)各遺傳單元間的遺傳差異較大，北部單元和玉龍雪山單元之間的遺傳分化FST值高達(dá)0.183，哈巴三號(hào)單元和玉龍雪山單元之間的遺傳差異為0.182，這很可能是各個(gè)種群間長(zhǎng)期缺乏基因交流所引起的?；贐A3SNP的BayesAss近代基因流分析和TreeMix分析也證實(shí)，玉龍雪山單元與其他采樣點(diǎn)之間長(zhǎng)期缺乏基因交流，北部單元與其他種群也產(chǎn)生了有明顯隔離。
研究人員推測(cè)，玉龍杓蘭目前較低遺傳多樣性水平，首先歷史上可能發(fā)生過強(qiáng)烈的瓶頸事件，導(dǎo)致有效種群下降及多態(tài)位點(diǎn)(尤其是低頻等位基因)丟失;其次，玉龍杓蘭無性繁殖能力較強(qiáng)，開花和結(jié)實(shí)率不高，有性繁殖的后代較少;再則，地理隔離導(dǎo)致種群間基因流被切斷，遺傳多樣性積累少。玉龍杓蘭分布于滇西北高山地區(qū)，第四紀(jì)冰期結(jié)束后原本相連的生境急劇收縮，加上有史以來人類不斷將原本的森林和灌叢開發(fā)為耕地、牧場(chǎng)和居住區(qū)，其生境不斷碎片化，形成了現(xiàn)代分布格局。目前，昆明植物園正結(jié)合本研究開展人工擴(kuò)繁和綜合保護(hù)工作。
以上研究以 Transcriptome data reveals the conservation genetics of Cypripedium forrestii, a plant species with extremely small populations endemic to Yunnan, China 為題發(fā)表于國(guó)際期刊 Frontiers in Plant Science。中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所極小種群野生植物綜合保護(hù)團(tuán)隊(duì)碩士研究生林烈文為論文第一作者，蔡磊副研究員為共同第一作者，孫衛(wèi)邦研究員為通訊作者。本研究得到第二次青藏高原科學(xué)考察與研究計(jì)劃(2019QZKK0502)、國(guó)家科技基礎(chǔ)資源調(diào)查專項(xiàng)“中國(guó)西南地區(qū)極小種群野生植物調(diào)查與種質(zhì)保存項(xiàng)目”(2017FY100100)、云南省極小種群野生植物保護(hù)專項(xiàng)項(xiàng)目(2021SJ14X-09和2021SJ14X-11)的支持。
圖1 玉龍杓蘭的無葉斑個(gè)體(a)和斑葉個(gè)體(b)
圖2 根據(jù)PCA及ADMIXTURE分析玉龍杓蘭的群體遺傳結(jié)構(gòu)，最佳K值為3。
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