中国野生羊草的遗传多样性及分子谱系地理学研究

In recent years, overgrazing and environmental damage had become severe threats to maintaining the biodiversity of Leymus chinensis and the grassland animal husbandry development. It's in urgent need of establishing diverse conservations and rational utilizations for nationwide Leymus chinensis by population genetics and molecular phylogeography approaches. 117 populations of 946 individuals of wild Leymus chinensis were collected from main distribution area of China as objects to study the molecular phylogeography and population genetics of Leymus chinensis using SSR marker analysis, chloroplast DNA (cpDNA) trnL-trnF and atpB-rbcL sequence variation form non coding region. The purpose of this study is to solve following issues of Leymus chinensis, such as haplotype distribution, population genetic structure, genetic differentiation, genetic diversity, gene flow features, phylogeny andpresumed historical events experienced during evolution. All above sections in the present study will reveal the correlation between genetic structure and geographic distribution, and the phylogeography evidence, which could explain the geographic distribution pattern of present Leymus chinensis populations and distribution center of the genetic diversity, and bring out the key protection area for Leymus chinensis, finally providing some theoretical support and scientific basis for the protection of germplasm’s, the breeding for better cultivated germplasm, and the sound development and sustainable utilization of grassland.

近年来，由于过度放牧以及生态环境破坏，对羊草生物多样性的维持和草地生态畜牧业健康发展构成了严重威胁。亟待需要对全国范围内的羊草利用群体遗传学和分子谱系地理学的方法建立多样性保护和合理利用措施。本项目以采自我国羊草主分布区的117个居群共946个野生羊草个体为研究对象，通过SSR标记分析及叶绿体DNA（cpDNA）非编码区trnL-trnF、atpB-rbcL序列变异，对我国野生羊草群体进行深入的谱系地理学和群体遗传学研究。旨在探讨中国野生羊草单倍型、群体遗传结构、遗传多样性、基因流特点及系统发育等问题，揭示遗传结构与地理分布的相关性及谱系地理学证据，推测羊草居群在进化过程所经历的历史事件，解析现有羊草群体地理分布格局及遗传多样性分布中心，最终提出我国野生羊草的重点保护区域，为羊草种质资源保护、良种选育、草地健康发展和可持续利用提供理论支持和科学依据。

羊草（Leymus chinensis）是欧亚大陆草原区东部草甸草原及典型草原的主要建群种和优势种，具有高产、优质、抗逆、耐牧等特点，是一种优质牧草和生态草，在发展人工草地、草地改良、草牧业等方面占重要地位。本研究以29对SSR引物对羊草的169个居群1388个个体进行了遗传多样性和遗传结构的研究，同时在羊草叶绿体基因组测序的基础上，筛选2个叶绿体片段（trnL-trnF、ndhF-rpl32），对以上羊草165个居群1174个个体进行了谱系地理学研究。取得了以下主要结果：（1）SSR结果显示，羊草在物种水平上的遗传多样性水平较高，平均有效等位基因Ne为1.209、基因多样性指数H为0.123，Shannon's(I)多样性指数为0. 185。分子方差变异分析（AMOVA）表明羊草居群内存在较多变异（57.00%），居群间的变异略小（43.00%）。种群间的基因流Nm=0.6601。structure将羊草种群分为8组，F统计显示羊草群体间的遗传分化系数较小。（2）2个叶绿体非编区共发现单倍型83个，其中H2为较古老的单倍型，在大部分居群中存在。分子变异分析（AMOVA）结果表明，羊草居群间和居群内的遗传变异分别为49.56%和50.44%，Fst=0.49564(P<0.001)，由此表明野生羊草的居群内存在较多的遗传变异，分化程度较高。Mantel检验表明羊草的地理距离和遗传距离存在显著的线性关系（P<0.05）。羊草居群间的Gst和Nst分别是0.543(0.0360)和0.441(0.0458)，Nst小于Gst（P>0.05）结果表明采集的野生羊草居群间遗传分化水平居中，没有显著的分子谱系地理结构。失配分析表明，羊草群体可能在历史上经历过突然扩张的事件。H2单倍型主要分布于中国内蒙古通辽、兴安盟、呼伦贝尔的新巴尔虎左旗和右旗等，辐射分布于国内羊草分布区，推测该部分地区为羊草的一个遗传多样性中心，为我国野生羊草的重点保护区域。