草原扩张毒草黄花棘豆的种群遗传结构研究

Oxytropis ochrocephala is one of the most hazardous poisonous grass species extensively distributed in the rangeland of Western China. It causes great economic losses and poses a threat to the rangeland ecosystem. In order to achieve effective management and apply prevention strategy, the causal and colonization mechanism of O.ochrocephala has to be elucidated first. This project focuses on the genetic diversity and structure analysis of O.ochrocephala using AFLP and SSR markers. About 500 samples will be collected from 25 O.ochrocephala provenances. Polymorphic AFLP and SSR markers together will be useful to reveal the genetic diversity and structure of O.ochrocephala. Such analysis helps on understanding the reproduction pattern of O.ochrocephala, tracking where it has originated and how it has been distributed, and predicting its expanding potential. The results will pinpoint the causal mechanism of O.ochrocephala, facilitate effective management and prevention strategy making, and evaluate its potential risks. The outcome of this project will underpin reducing the economic losses in animal husbandry and alleviating the ecosystem damage caused by O.ochrocephala.

毒草是我国草原重大危害之一，给生态环境和畜牧业造成巨大破坏和损失。黄花棘豆作为我国西部草原地区的主要毒草，近几十年来分布范围不断扩大、危害日益加剧，因此亟需加强其扩张机制研究，为遏制该物种的进一步蔓延提供理论依据。以分子标记为手段的遗传结构研究是阐明物种扩张机制的重要手段。本项目拟通过采集我国西部地区分布的25个黄花棘豆自然居群约500个个体，建立其扩增片段长度多态性（AFLP）及微卫星（SSR）分子标记体系，分别筛选12对AFLP及SSR多态引物，研究黄花棘豆不同居群间和居群内的遗传多样性和遗传结构，确立其遗传多样化中心，对各地理分布居群进行遗传聚类和基因流分析；并结合生态环境因子，揭示黄花棘豆的遗传分化背景，分析其起源与扩散路径，探讨其繁殖方式及遗传潜能。该研究将从分子生态层面阐述黄花棘豆扩张机制，推测其在较长时间内的危害水平，对毒草的防控及利用具有重要科学意义。

黄花棘豆是我国西部草原广泛分布的主要毒害草之一，其遗传分化背景未知，不能很好的阐明其扩张机制。同时，其毒性由与其共生的内生真菌产生，但目前黄花棘豆的遗传分化对内生真菌共生及其毒性大小之间的关系还未见报道。基于以上两点，本项目通过转录组测序，开发并筛选出14对多态微卫星（SSR）引物，对我国西部草原广泛分布的33个居群（368个个体）的黄花棘豆居群进行了遗传多样性和遗传结构进行了研究。遗传多样性指标表明黄花棘豆的遗传多样性处于较高水平，其中甘肃及青海交界地区的居群遗传多样性最高，有可能是黄花棘豆的起源地区；遗传分组表明33个居群被划分为两大类群（第一类群：宁夏、甘肃、青海、西藏地区；第二类群：四川地区），两居群之间存在基因间渗的现象；居群的遗传变异分析表明，黄花棘豆在居群内部存在的遗传变异较高，占比73.62%，居群间的遗传多样性较低，占26.28%，说明各个居群间存在一定的基因隔离。此外，对以上两大居群的植株进行了内生真菌U. oxytropis及苦马豆素的含量测定，两项指标均存在显著差异。通过对黄花棘豆的遗传距离、地理距离、苦马豆素、内生菌的相关性分析表明，四者之间均存在两两相关。以上结果充分说明在黄花棘豆进化过程中，植物基因型与环境因子共同作用，促进了内生真菌共生在宿主植物中的分化，形成了内生真菌侵染及毒性的差异。本研究首次以非模式植物为研究对象，验证了植物的遗传分化对内生真菌共生的影响。