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不同微生境下荆条群体的表型变异、遗传变异与表观遗传变异研究

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摘要

符号说明

第一章 前言

1.1 植物表型多样性研究进展

1.1.1 植物表型性状和植物功能性状

1.1.2 表型多样性及其研究意义

1.1.3 植物表型多样性研究方法与技术

1.2 植物遗传多样性研究进展

1.2.1 遗传多样性

1.2.2 遗传多样性研究的理论意义和应用价值

1.2.3 遗传多样性研究方法

1.3 植物表观遗传多样性研究进展

1.3.1 表观遗传多样性

1.3.2 表观遗传多样性研究现状

1.3.3 表观遗传多样性研究方法

1.4 植物表型、遗传变异和表观遗传变异之间关系的研究进展

1.5 荆条研究进展

1.6 研究目的与意义

2.1 研究内容

2.2 研究区域及野外取样方法

2.3 植物功能性状的测定

2.4 分子实验方法

2.4.1 药品、试剂及仪器

2.4.2 总DNA的提取

2.4.3 遗传变异和表观遗传变异的研究方法及峰图判读

2.5 数据分析方法

2.5.1 常规数理统计分析及贝叶斯聚类分析

2.5.2 遗传多样性及遗传结构分析

2.5.3 表观遗传变异类型及其多样性的计算

2.5.4 Mantel检验

2.5.5 多重矩阵回归和随机化分析

2.6 技术路线图

3.1.1 个体水平的表型差异

3.1.2 种群水平的表型差异

3.2 遗传变异

3.2.1 遗传多样性指数

3.2.2 遗传变异的AMOVA分析

3.2.3 贝叶斯聚类

3.3 表观遗传变异

3.3.1 甲基化水平分析

3.3.2 表观遗传多样性分析

3.3.3 表观遗传变异的AMOVA分析

3.4 表型变异、遗传变异和表观遗传变异之间的关系

第四章 结论及讨论

4.1 生境间的遗传分化比表观遗传分化显著

4.2 可塑性的植物功能性状与表观遗传变异有着更紧密的联系

4.3 地理距离是遗传结构和表观遗传结构形成的重要因素

第五章 不足与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间撰写的学术论文目录

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摘要

植物可以通过表型变异和表型可塑性在不同的生境中生存和繁殖,以往的研究中认为基于DNA序列的遗传变异是这些表型多样性的主要来源,但最近的研究表明包括DNA甲基化在内的表观遗传变异也可以影响植物性状并具有独立于遗传变异而能稳定遗传的潜力。为揭示植物自然种群中表观遗传变异的地理、生态分布格局,调查了山东省鲁中南山区的大佛头(即佛慧山)、莲台山、泰山、孟良崮、药乡、房干和蒙山等七个地区的野外荆条(Vitex negundo var.heterophylla)群体,在每个地区选择林下和林外灌丛两种不同生境采样,记录每个种群所在地的经纬度,测量并记录每一个选取的荆条样本的株高、基径、分枝及叶性状等等植物的功能性状,使用扩增片段长度多态性(AFLP)的分子标记技术来对荆条种群的遗传多样性和遗传结构进行分析,利用甲基化敏感的AFLP(MSAP)技术来对荆条种群的表观遗传多样性和表观遗传结构进行分析。
  本文的主要研究结果和结论如下:
  (1)在这七个研究区域的两种生境中,研究发现荆条种群有着丰富的遗传多样性和表观遗传多样性,药乡地区的荆条种群的遗传多样性和表观遗传多样性是最高的,建议作为种质资源开发和保护的重点区域。
  (2)研究发现两种生境下的植物功能性状存在显著的分化,但分子方差分析(AMOVA)揭示遗传变异和表观遗传变异更多的存在于地区间和种群内,林下和林外两种生境间没检测到显著的遗传和表观遗传差异。与预期不同的是,贝叶斯聚类分析说明七个地区中的两个生境间存在相似的遗传分配差异,广义线性模型也筛选出了更多的生境相关的遗传变异,同时,随机化多矩阵回归分析(MMRR)也揭示了微生境和遗传变异的差异。以上证据支持了独立起源的平行微进化在荆条群体中存在的可能性。
  (3)通过对遗传距离、表观遗传距离和地理距离进行基于Mantel分析和MMRR的线性回归分析,发现遗传变异、表观遗传变异和地理距离均存在显著相关性。遗传变异和地理距离的线性拟合存在更大的斜率,结果说明地理隔离是影响荆条群体遗传结构形成的重要因素,而地理隔离在表观遗传结构的形成中的作用相对较小。
  (4)利用Mantel检验和MMRR对荆条群体的表型变异、遗传变异和表观遗传变异进行相关性分析,结果表明遗传变异和表观遗传变异之间的相关性是非常显著的,表型变异和表观遗传变异之间具有显著的相关性,而表型变异和遗传变异之间没有显著相关性。根据以上结果可以推测,表观遗传多样性相比遗传多样性对植物功能性状的多样性的贡献更多,表观遗传变异能够在一定程度上独立于遗传变异并作为桥梁参与到植物对异质微环境的表型响应及适应过程中。
  本研究通过对多地区不同微生境中的荆条自然种群的平行调查研究,系统地分析了种群的表型多样性、遗传多样性与表观遗传多样性,加深了对表观遗传变异和种群生态分化之间关系的认识,也为生态保护、植被恢复和种质资源保护提供了理论参考。

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