基于SSR标记的大别山野生杜鹃花资源遗传多样性研究

Germplasm resources of Rhododendron located on Dabie Mountains, especially the Guifeng Mountain population, which was the largest, purest and most concentrated one ever found, have attracted great attention in recent years. Rhododendron-based tourism development has greatly changed the landscape pattern of Dabie Mountains. Simultaneously, the Rhododendron germplasm resources have also been affected. In view of this, SSR markers will be developed for Rhododendron using transcriptome sequencing, which would be used to evaluate the genetic diversity, population genetic structure, genetic evolution, and genetic relationships among R. simsii populations sampled from different locations on Dabie Mountains. Subsequently, the spatial patterns of genetic variation would also be assessed, as well as the factors affecting genetic stability and evolutionary potential of R. simsii populations. Meanwhile, the evolutionary potential of R. simsii populations would also be predicted. These landscape genetic results will provide a theoretical basis for sustainable development and utilization of ancient Rhododendron resources in the future.

大别山区的杜鹃花资源，尤其是麻城龟峰山的杜鹃花灌丛因其面积大、结构纯、树龄长而成为颇具吸引力的风景区。大别山旅游资源的开发进一步改变了古杜鹃的生境条件，更影响到野生杜鹃花的种质资源保护。为了有效保护、可持续利用这一兼具科研标本、风景资源、自然遗产价值的群落，本研究拟利用转录组测序技术开发高通量的杜鹃花SSR分子标记，并系统研究大别山不同生境、不同龄级杜鹃花种群的遗传多样性、遗传结构、遗传进化、种群间亲缘关系的现状，分析杜鹃花种群遗传多样性的变化规律，评估影响杜鹃花种群遗传稳定性和进化潜力的景观生态因素，预测种群的进化潜力和进化方向。以期为古杜鹃资源的保护及可持续利用提供理论依据，并丰富景观遗传学、保护生物学的研究案例。

杜鹃花是杜鹃花科（Ericaeae）杜鹃花属（Rhododendron）植物，大别山重要的生态资源。本研究采用RNA-seq技术比较了映山红、满山红、黄杜鹃、云锦杜鹃、锦绣杜鹃等5个大别山特色杜鹃SSR标记的特征，二核苷酸是主要的重复类型，AG/CT (55.18%–61.22%) 是主要的重复类型，解析出89个物种特有SSR标记。基于SSR标记发现大别山映山红种群内存在着丰富的遗传多样性(HE: 0.64-0.79; HO: 0.71-0.94; I = 1.917; h = 0.826)，其中84.4% 遗传变异存在于种群内部，种群之间的差异仅15.6%，种群间存在着较为频繁的基因流。黄杜鹃和云锦杜鹃内杂合子过剩，满山红种群纯合子过剩。根据Shannon信息指数，不同龄级映山红种群遗传多样性顺序为:小树>成树>老树>幼苗。分布于北坡和南坡的映山红种群多态性最高，西坡最低。随着海拔高度的增高，映山红种群的遗传多样性呈现低-高-低的变化趋势，种群内遗传分化程度较低(FST = 0.11)。相关性分析发现遗传距离与地理距离、经度差、高度差有弱的负相关性，土壤养分和光照强度对杜鹃花遗传多样性也有一定的影响。基于16s rDNA测序，杜鹃花根际微生物中变形菌门是优势菌门（53.89%），其次是放线菌门（39.94%）。杜鹃老树阶段变形菌门（Proteobacteria）的优势最大，放线菌门（Actinobacteria）在小树和幼苗阶段的比重高于老树和成树期，酸杆菌门（Acidobacteria）在成树阶段较高，绿弯菌门（Chloroflexi）在小树阶段的占比较高。对杜鹃花的伴生物种调查中发现，遗传多样性差异大的种群内并无物种组成上的显著差异，但是物种数量上存在差异，乔木层主要是大柄冬青、红果山胡椒、黄檀、稠李等，灌木层主要是山胡椒、山橿、盐肤木、山梅花等。本研究探讨的杜鹃花种群的遗传多样性和遗传结构状、稳定机理，以及影响种群稳定和进化的生态因素，将对大别山杜鹃花资源的保护和种质创新利用具有重要的理论和应用意义。