小麦族仲彬草属植物P基因组的地理遗传分化研究

Kengyilia Yen et J. L. Yang, a group of allohexaploid species with the StYP genomic constitutions, is a perennial genus in the wheat tribe. The polyploid speciation of Kengyilia species arose from hybridization between the StY genome Roegneria species and the P genome Agropyron species. Previous studies based on cytogenetics, molecular markers, and DNA sequences suggested that the pattern of evolutionary differentiation of Kengyilia species associated with geographical origin from Central Asia and the Qinghai-Tibetan plateau. Little is known, however, about the evolutionary forces acting on the geographical differentiation of Kengyilia. Here, based on the evolutionary pattern of five single-copy genes (CHS, Acc1, Pgk1, Vrn1, and GBSSI), we plan to carry out the phylogeographic analysis of Agropyron cristatum (the P genome donor of Kengyilia) and then to perform the analysis of phylogenetic comparison between Agropyron and Kengyilia. Combined with the evidence from cytogenetics, distribution, and geographical events, the objectives are (1) to estimate the population genetic structure and history of Agropyron cristatum and (2) to explore the historical reasons for the pattern of geographical differentiation of Central Asia-the Qinghai-Tibetan plateau. Our results will allow the evolutionary history, species or population diversity, and speciation of Kengyilia to be elucidated and provide theoretical basis for the improvement, conservation and utilization of agro-bioresources.

仲彬草属是一重要的多年生小麦野生近缘属。该属物种均是含StYP基因组组成的异源六倍体，由四倍体鹅观草属（StY基因组组成）和二倍体冰草属（P基因组）植物天然杂交形成。以前基于细胞学、分子标记和DNA序列分析表明仲彬草属物种存在青藏高原/中亚其它地区的地理遗传分化，但不清楚其发生遗传分化的原因。本研究拟利用五个单拷贝核基因（CHS、Acc1、Pgk1、Vrn1和GBSSI）的进化式样首先对仲彬草属P基因组二倍体供体A. cristatum进行谱系地理学分析，其次进行冰草属和仲彬草属P基因组系统比较分析，结合细胞遗传学、地理分布、地质事件，探讨A. cristatum的居群遗传结构和居群历史，研究仲彬草属发生地理遗传分化的历史成因。其结果将为客观认识仲彬草属植物的起源与演化、种群多样性、物种形成提供资料，为麦类作物基因资源的合理利用、开发及保护提供理论依据。

仲彬草属（Kengyilia）是含 StYP 基因组组成的异源六倍体属，由四倍体鹅观草属（Roegneria，StY 基因组）和二倍体冰草属（Agropyron，P 基因组）植物天然杂交形成，包括中亚荒漠和青藏高原高山两个分布区。本研究利用5个单拷贝核基因（CHS、Acc1、Pgk1、Vrn1 和GBSSI）的进化式样首先对仲彬草属 P 基因组供体冰草（Agropyron cristatum）进行谱系地理学研究，其次进行冰草属和仲彬草属 P 基因组系统比较分析，结合细胞遗传学、地理分布、地质事件，探讨Ag. cristatum 的居群遗传结构和居群历史，研究仲彬草属发生地理遗传分化的历史成因。结果表明：（1）冰草居群内遗传变异是冰草种群的主要遗传变异来源；（2）中亚是冰草居群生物多样性中心，冰草祖先居群一方面从中亚向东亚、青藏高原和欧洲地区扩散，另一方面扩散形成青藏高原的祖先居群进一步向东亚扩散，从而形成冰草居群现今的分布格局；（3）仲彬草属种群存在青藏高原/中亚地理分化式样；（4）中亚冰草属是同域分布的仲彬草属 P 基因组供体，青藏高原冰草属是同域分布的仲彬草属 P 基因组供体，中亚和青藏高原的仲彬草属种群是两个独立起源的谱系。其结果为客观认识仲彬草属植物的起源与演化、种群多样性、物种形成提供资料，为麦类作物基因资源的合理利用、开发及保护提供理论依据。