绞股蓝属多倍体起源与进化机制研究

The genus Gynostemma Bl.of the family cucurbitaceae is a group of perennial herbs with important medical value. Including four different cell types- - diploid, tetraploid, hexaploid and octoploid, polyploidization is common in this genus. However, the geographic range of dioploid populations is different from those of other different cell type populations, which means geographic distribution pattern was caused by differentiation of populations with different cell type in different habitats. Although many species of the genus Gynostemma Bl. involve typical polyploid complexes, there is few research foucs on the origin of the polyploid complexes, phylogenetics and the evolution history of the genus. This project will complete the sampling of the genus Gynostemma Bl. firstly. Based on our previous studies, the present project will research into the polyploidization of the genus Gynostemma Bl. and the origin of the octoploid based on its genetics study by using a serious of maternally inherited chloroplast DNA markers and a set of biparental inherited nuclear DNA markers. This project will also reveal and approve the geographic events that have effcts on and related to the origin of polyploidization and the evolution history of the genus Gynostemma by using analytic approaches including ancestral area recontruction and polyploidization time estimation. The results of this project will provide theorys and evidences to better understanding and conservation strategies of the genus Gynostemma Bl..

绞股蓝属（Gynostemma）是隶属于葫芦科（Cucurbitaceae）的多年生草本植物，具有重要药用价值。绞股蓝属多倍化现象非常普遍，具有二倍体、四倍体、六倍体、八倍体等多种细胞型。多倍体与二倍体居群具有显著不同的地理分布范围，不同倍性植物间的栖息地分化-即形成不同倍性居群间异地分化的地理分布格局。本项目将在我们前期研究基础上，全面收集绞股蓝属居群材料，运用多套单亲遗传的叶绿体基因和双亲遗传的核基因进行DNA序列遗传变异分析，进一步确定八倍体绞股蓝的起源方式，系统研究绞股蓝属多倍体复合群间的系统发育关系及该属植物多倍化现象的遗传学基础；通过祖先分布区重建、多倍化时间界定，能够发现、验证与其相关的地质历史事件，追溯和探讨绞股蓝属多倍化现象产生的历史原因以及进化历程，以期为有效保护、合理利用绞股蓝遗传资源提供理论依据。

摘要：绞股蓝属（Gynostemma BL.）是隶属于葫芦科（Cucurbitaceae）的多年生草本植物，具有重要药用价值。绞股蓝属多倍化现象非常普遍，具有二倍体、四倍体、六倍体、八倍体等多种细胞型且不同倍性植物间的栖息地分化。本项目在前期的研究基础上，收集绞股蓝属天然居群材料14种2变种，共计104居群，采用了三对叶绿体基因间隔区trnL-trnF，rpl20-rps12 和psbB-psbF 以及rRNA内转录间隔区ITS和低拷贝基因RPB2对绞股蓝广布种进行了DNA 序列遗传变异分析，结果表明中国西南部地区为绞股蓝属植物的起源中心，谱系地理结构明显分为两支，推测绞股蓝于中国西南部的云南起源后沿2个分支进行扩散，一支沿中国西南部向东扩散；一支向北、向东扩散。通过计算发现绞股蓝种内分化时间在27万年前左右，第四纪气候变冷且大幅震荡可能导致居群隔离和分化的驱动力。单倍型分布模式特征表明中国西南云南地区单倍型多样性高，可能由于该地区生境适宜且多样化促使绞股蓝发生了适应性进化，也有可能由于冰期时群体反复扩张收缩随之而来的隔离和再接触带来的杂交。另外，中国中东部地区的绞股蓝居群发生过扩张事件，横断山区东南部和秦巴山区可能是冰期时的避难所。叶绿体序列研究结果表明，绞股蓝多倍体为异地多起源，八倍体可能起源了三次；四倍体可能起源了四次，其中云南南糯山的四倍体是本地起源；六倍体起源了一次，也是本地起源。而多倍体核基因显示出的亲缘关系在地理分布上比叶绿体广泛得多，本地居群（物种）亲缘关系近，有时也出现了与地理上距离比较远的居群单倍型之间较近的亲缘关系。基于核SSR的研究表明绞股蓝遗传多样性并不高，且多倍体大于二倍体。遗传结构研究结果与叶绿体研究结果一致，证明了绞股蓝属植物在中国西南部地区起源后向东向北的扩散路线，而群体历史主要是由于漂变作用导致了现今的居群结构。另外，还通过二代测序技术补充研究了整个绞股蓝属植物完整的叶绿体基因组和几种绞股蓝属植物的转录组，筛选出大量SSR和单拷贝基因，为全面深入地研究绞股蓝属植物的适应性进化、起源扩散等问题提供了技术支撑。研究结果可为有效保护和合理利用绞股蓝遗传资源提供了理论依据。