浅苞橐吾、云南橐吾和大黄橐吾之间的自然杂交和基因渗入研究

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 between L. paradoxa and L. duciformis, natural hybrid between L. subspicata and nelumbifolia, between L.subspicata and vellarea, and so on. Now, the objectives of this project are to examine the natural hybridization and gene introgression among L. duciformis, L. cyathiceps and L. yunnanensis locate in Bigu Tianchi，Yunnan province. Here, three low-copy nuclear fragment sequences and three chloroplast DNA fragment sequences are plan to be 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. Together with the field investigation results of the flowering period, floral visitors and breeding systems, the study will probe the vital importance of natural hybridization and introgression in hybrid speciation for the highly diversity of Ligularia.

菊科橐吾属是一个高度多样化的类群，同域分布较普遍，自然杂交和基因渗入时常发生。云南省香格里拉市的碧沽天池附近同域分布有浅苞橐吾、云南橐吾、大黄橐吾及穗序橐吾。前期观察发现，此区域还存在一些形态变异大的个体，可能分别来自伞房状花序的大黄橐吾与云南橐吾、伞房状花序的大黄橐吾和总状花序的浅苞橐吾的自然杂交。因此，本项目在前期预实验研究结果的基础上，以同域分布的浅苞橐吾、云南橐吾、大黄橐吾及穗序橐吾为主要研究对象，野外观察调查其开花物候和繁育系统，利用双亲遗传核DNA以及单亲遗传叶绿体DNA两套基因组上的DNA序列，采用分子系统学的方法确定发生杂交的种类，然后用SSR分子标记的方法，采用基于Bayes原理的软件分析自然杂交发生的程度和杂交群体的遗传结构，从而探讨橐吾属自然杂交和基因渗入对该属多样化的影响。

菊科橐吾属是一个高度多样化的类群，同域分布较普遍，自然杂交和基因渗入时常发生。项目以同域分布的浅苞橐吾、云南橐吾、大黄橐吾及穗序橐吾为主要研究对象，利用双亲遗传核DNA以及单亲遗传叶绿体DNA两套基因组上的DNA序列，采用分子系统学的方法确定发生杂交的种类以及杂交发生的方向；然后用ddRAD测序检测到的全基因组层面的SNPs分析验证杂交发生的程度、杂交区的遗传结构。核DNA和叶绿体DNA序列结果证实了研究区域发生了两组不同的杂交，浅苞橐吾和云南橐吾且两个杂交组浅苞橐吾×大黄橐吾和大黄橐吾×云南橐吾均为双向但不对称的自然杂交。基于 ddRAD 检测到的 2150 个 SNPs 位点的 STRUCTURE 分析、主坐标分析和最大似然树的结果再次证明了浅苞橐吾×大黄橐吾和大黄橐吾×云南橐吾的自然杂交。遗传结构分析表明浅苞橐吾×大黄橐吾的杂交后代均为F1代，而大黄橐吾×云南橐吾的杂交后代大部分个体为 F1 代，少数个体为回交后代，3个亲本浅苞橐吾、大黄橐吾和云南橐吾的个体均为纯合的，没有基因渐渗。杂交群模拟的结果表明，本研究所使用的SNPs位点对杂种个体具有足够的鉴别能力。以上结果表明，此区域虽然出现了两组自然杂交，但3个亲本之间存在着强烈的生殖隔离，仍然能够维持物种界限，这可能是青藏高原东部及其邻近区域的橐吾属物种维持物种多样性的一个关键机制。项目的展开，低拷贝核片段与ddRAD监测的SNPs结果的相互印证，表明低拷贝核基因在检测自然杂交中的可靠性，同时也说明基于RAD测序得到的SNPs位点是自然杂交研究的有效标记。该项目为研究橐吾属自然杂交进行的简化基因组测序，为该属及菊科其他亲缘关系较近的属的基因组层面的研究奠定了基础。