小麦族赖草属植物的分子系统发育研究

赖草属Leymus Hochst.是小麦族一重要的多年生属，含有NsXm基因组。由于该属植物的地理分布广泛、生态环境多样、形态特征变异较大，使赖草属成为一个多型、多变异的属，造成了属的系统地位、属内等级划分、种间（内）亲缘关系、起源和演化等一系列待解决的问题。本研究拟利用四个单拷贝的核基因（Acc1、DMC1、Pgk1和GBSSI）、叶绿体trnL-F和线粒体CoxII序列，结合形态学、细胞学、地理分布，研究：（1）赖草属属内种间（内）系统关系，跨洲际植物类群间（如欧亚大陆-美洲）、不同地理分布下类群间（如青藏高原-中亚其它地区-东亚）的遗传分化；（2）Ns基因组的供体来源，是否赖草属植物Ns基因组存在多重起源；（3）赖草属物种形成的母本供体；（4）Xm基因组可能的来源。为客观认识赖草属植物的起源、演化、种群多样性、物种形成提供资料，为牧草资源的合理利用、开发及保护提供参考。

本研究对赖草属植物进行了广泛的野外考察和材料收集，收集保存赖草属36种126份和近缘属6属64种285份种子。利用四个核基因（Acc1、DMC1、Pgk1和GBSSI）和rDNA-ITS、叶绿体trnL-F和线粒体CoxII序列，结合形态学、细胞学、地理分布，地理事件，对赖草属属内种间（内）系统关系、不同地理分布下类群间（如欧亚大陆-美洲；青藏高原-中亚其它地区-东亚）的遗传分化及其历史成因、Ns基因组的供体来源、赖草属物种形成的母本供体、Xm基因组可能的来源进行了研究。结果表明：① 新麦草属的Psathyrostachys juncea可能作为赖草属植物物种形成的Ns基因组祖先供体，不同的新麦草属植物伴随着赖草属植物的分化参与了赖草属植物多倍化事件；② 赖草属Xm基因组的起源可能涉及新麦草属的Ns基因组、冰草属的P基因组、旱麦草属的F基因组、拟鹅观草属的St基因组以及一个未知来源的基因组；③ 赖草属植物的起源经历了异源多倍化过程，在此过程中，中亚和青藏高原赖草以新麦草属植物作为母本供体，而东亚和北美赖草以Xm基因组的供体物种为母本供体；④ 拟鹅观草属植物可能通过重复杂交参与了赖草属植物物种形成；⑤ 同一分布的赖草属物的种间杂交导致了赖草属物种的多重起源；⑥ 北美赖草属植物与中亚和东亚赖草属植物具有较近的亲缘关系，青藏高原赖草属植物与中亚、东亚和北美赖草属植物在长期的演化过程中已经分化形成各自相对对立的分支；⑦ 北美赖草属植物的起源可能是由中亚地区的原始类群扩散到青藏高原，从青藏高原散布到东北亚，再从东北亚通过白令海峡迁徙到北美，从而形成赖草属现今欧亚大陆-北美的地理分布格局；⑧ 赖草属植物在其演化历史上可能发生辐射式分化，从而刺激赖草属植物快速的物种形成与分化。