舟叶橐吾和东俄洛橐吾杂交区的基因渗入与遗传结构研究

Ligularia (Asteraceae) is a highly diverse taxon in Hengduan mountains region. The natural hybridization and gene introgression occur frequently in sympatric Ligularia species. We have carried out some researches on natural hybrids of Ligularia, such as, natural hybrid of L. paradoxa and L. duciformis, natural hybrid of L. subspicata and nelumbifolia, of L.subspicata and vellarea, and so on. Now, the objectives of this project are to examine the gene introgression of four hybrid zones of L. cymbulifera and L. tongolensis. 1. Internal transcribed spacer and three chloroplast DNA fragment sequences are used to determine the hybrids and the relationship between putative parents and hybrids.Combined with the data of SSR molecular markers, the filial generations (F1, later-generation hybrids or backcross hybrids) and the species which gene introgession have taken will be ascertained. 2. RAD-seq technology which based on the next-generation sequencing by Illumina Genome Analyzeris used to obtain rough reads. After assembling, STACKS is used to analyze the reads. The reference sequences are designated from catalogue of the uniformity sequences constructed by cstacks for identifying outlier loci and comparing the introgression rate of each locus in the 4 hybrid zones. 3. The frequency of the parental species specific SNP of hybrid populations are acquired though comparison all RAD markers reads with reference sequences for estimating the desired infiltration frequency under neutral conditions, and to conclude the selection impression. On genome level, the discipline of adaptive gene introgression in hybrid zones mainly between L. cymbulifera and L. tongolensis is studied in our project, which will proclaim the vital importance of introgression in hybrid speciation and clarify the mechanism how the genetic integration is maintained while numerous genome alleles exchange freely when gene flow among species.

橐吾属是一个高度多样化的类群，自然杂交和基因渗入较为普遍。本项目拟在已有研究基础之上，以舟叶橐吾和东俄洛橐吾4个杂交区为研究对象，研究其基因渗入和遗传结构。1. 采用分子系统学方法和SSR分子标记来确定基因渗入的物种，判断杂交发生的程度；2. 采用基于第二代高通量测序的RAD-Seq技术，用STACKS软件分析所获得的序列数据，分析并比较4个杂种区内各个位点的渗入率，估计在中性条件下期望的渗入频率，鉴定outlier位点，推断其受到的选择压力；3. 采用cstacks建立一致性序列的目录，以这些一致性序列为参考序列，将杂交群体的reads与这些序列比对，统计杂交群体在所有RAD标签上的亲本特异性SNP的频率。从基因组水平揭示所研究杂交区的遗传结构和适应性渗入的发生规律，以及基因渗入在杂交物种形成中的作用，阐明在物种间存在基因流的情况下基因组很多位点可以自由交换而遗传整合性却得以保持的机制。

中文摘要（对项目的背景、主要研究内容、重要结果、关键数据及其科学意义等做简单概述，800字以内）：. 自然杂交在物种多样性起源与演化过程中有着极其重要的作用。自然杂交通过适应性转移、基因重组及演化路线重建而促进物种的适应演化和多样化。采用RAD-Seq方法研究了舟叶橐吾和东俄洛橐吾4个杂交区的遗传结构、基因渐渗以及自然选择对杂交区遗传结构的影响，探讨了橐吾属植物多样性起源与维持机制，得到的主要结果如下：.1..遗传结构.4个杂交区114个个体的RAD-Seq获得了2615个SNPs位点，基于这些SNPs位点的STRUCTURE和主坐标分析，确定了其自然杂交。NEWHYBRIDS分析显示，除部分亲本个体维持了较为完整的遗传成分外，其它均为F1和回交个体，回交以与东俄洛橐吾的回交为主，形态上为亲本个体的遗传成分并不完全纯合，表明4个杂交区都发生基因渐渗。.2..基因渐渗.形态上的亲本和部分杂交个体是与东俄洛橐吾的回交和渐渗个体，尤其是小雪山和帕叉海杂交区，形态上的东俄洛橐吾和杂交后代多数个体为与东俄洛橐吾回交或渐渗个体，而少数个体为与舟叶橐吾回交或渐渗个体；在理塘杂交区，两个亲本保持了较为完整的遗传成分，但杂交后代主要为与东俄洛橐吾回交或渐渗个体；稻城杂交区没有纯合的舟叶橐吾，杂交后代主要是与东俄洛橐吾回交的个体，但舟叶橐吾的遗传成分仍然保留在杂交区中。4个杂交区的渐渗模式为双向但不对称的渐渗，小雪山、帕叉海和稻城杂交区均以舟叶橐吾渐渗入东俄洛橐吾为主，而理塘杂交区则以东俄洛橐吾渐渗入舟叶橐吾为主。.3..选择对杂交区遗传结构的影响.4个杂交区的显性不足位点数多于过显性位点数，两亲本基因型的不亲和而导致杂交后代适合度降低，尽管舟叶橐吾和东俄洛橐吾能够发生自然杂交，但生殖隔离维持了两个亲本的遗传完整性，仅有部分位点被检测到过显性以及杂合型等位基因显示基因型过度。舟叶橐吾更具有生态优势，在生境利于舟叶橐吾的情况下，舟叶橐吾的遗传成分增加了杂交后代的适合度。.舟叶橐吾和东俄洛橐吾之间的不完全生殖隔离是其杂交区形成和维持的主要因素，生境的异质性导致了杂交群体中舟叶橐吾遗传成分增加。