基于基因组比较研究马尾松与黄山松种间生殖隔离的遗传机制的研究

Reproductive isolation is essential for speciation to be complete. Thus, understanding the genetic mechanism triggering reproductive isolation is a key goal in the study of speciation. Genetic map supplies important platform for genome comparison, which also provides a unique opportunity to study the interactions of differentiated genes and genomes in a hybrid genetic background. Empirical studies have provided evidence for fewer distorted markers in intraspecific crosses relative to interspecific crosses. Since the degree of marker segregation distortion is thought to be positively correlated with the level of genome divergence between taxa, compare genetics maps constracted from intraspecific and interspecific crosses can be used to infer the genome regions relevant to reproductive isolation between parental species. Meanwhile, map comparison can reveal the chromosomal rearrangement events occurred in the genome of different species. To date, there is no direct evidence that chromosomal rearrangements will lead to segregation distortion of markers that located in the affected genome regions. Pinus massoniana and P. huangshanensis can serve as desirable materials to carry out studies as described above. In this project, we plan to build genetic map for the intraspecific and interspecific crosses of P. massoniana and P. huangshanensis by the transferable markers between the two species. By comparing the established maps, we aim to (1) detect the genome regions relevant to the reproductive isolation between P. massoniana and P. huangshanensis. (2) check whether there are chromosomal rearrangement events occurred in corresponding genome region of the two species. This study will improve our understanding of the genetic mechanism triggering reproductive isolation between species at genome level.

生殖隔离在物种分化过程中起着十分重要作用，阐明物种间生殖隔离遗传机制是物种分化研究领域的热点。遗传图谱是进行基因组比较研究的重要手段，也为研究种间生殖隔离遗传机制提供了重要技术支撑。在遗传作图过程中标记的偏分离程度与物种分化存在正相关关系，因此利用遗传图谱可查找控制种间生殖隔离的基因组区域。同时通过遗传图比较，还可以发现不同物种基因组中发生的染色体重排事件，染色体重排是否会导致对应区域内的标记发生偏分离，迄今尚无直接实验证据。黄山松与马尾松是开展上述研究的理想材料，在本项目中拟采用通用分子标记，分别构建马尾松、黄山松种内及种间杂交组合的遗传图谱。在此基础上，开展不同图谱上标记偏分离情况的比对，（1）阐明与两个树种生殖隔离相关的基因组区域，（2）阐明对应区域内是否存在染色体重排等遗传学事件。本项目研究的结果将从基因组水平上加深我们对物种分化遗传机制的认识具有重要意义。

长江流域以南，黄山松主要分布在海拔800—1800米的地区，而马尾松则分布在海拔800-900米以下。马尾松与黄山松占据不同的海拔生态位，同时在垂直过渡带上存在天然杂种域。这两个树种间没有地理上的隔离，且存在基因交流，但这两个树种并没有发生物种融合，为此本项目对此问题开展了研究，结果如下： .1.自2013年开始连续3年在庐山开展马尾松、黄山松和杂种松的种内、种间人工杂交工作，发现除发芽率外，杂种松×马尾松结实率远低于马尾松和黄山松种内杂交组合，球果败育比例则远高于后两者。.2.对杂种松×马尾松种间杂交组合胚胎形态学和解剖学观察，对比马尾松胚胎发育观察，从形态和细胞层面对其胚胎发育过程进行研究。发现授粉后10-20天花粉萌发，花粉管伸入珠心，授粉当年5月-9月为花粉管快速生长时期；花粉管在珠心内生长朝向可表现出大幅度弯曲；授粉当年10月- 授粉次年2月间，花粉管生长缓慢甚至停滞；授粉次年2月-4月间，花粉管仍处于生长停滞状态；授粉次年4月-5月大量出现雌配子体萎缩现象，为杂种松败育的主要原因。.3.从GenBank 下载453 892 条松属EST 序列，序列组装后得到20 886 条contig。用Sputnik 软件从这些contig中查找了2 678 个微卫星，其中3 碱基重复微卫星占的比例最高，为59. 2%，而其他重复长度的微卫星都相对较低。对14个松属树种和1个黄杉属树种进行了引物通用性实验分析，结果显示155 对引物在14个松属树种间的通用性在71.0% 以上，而在黄杉属树种中的通用性只有25.2%。对松属树种中含有微卫星的基因进行了功能分类研究，微卫星参与了如细胞成分分类的共质体组成、生物节律调控等生物学过程。