基于BSA混池测序分析开发胡杨性别鉴定的标记

胡杨是中国西北地区重要的乔木树种,其在新疆的分布最为广泛,具有较强的耐旱、耐寒、抗盐碱的能力,在遏制沙漠扩展、保护生物多样性、保障工农业生产生态安全等诸多方面具有不可替代的作用。为了能够在胡杨幼苗阶段对雌雄个体进行性别鉴定,本研究提取雌雄胡杨叶片高质量的基因组DNA,分别构建文库以进行Illumina、PacBio和Hi-C测序。基于PacBio测序得到的reads进行初步组装。并采用Illumina测序得到的reads对组装结果进行纠错得到草图版本的基因组。利用Hi-C测序技术将雌雄基因组组装,对雌雄基因组进行注释、评估,获得到染色体水平的高质量雌雄基因组序列。基于BSA混池测序分析,以胡杨雄株高质量基因组为参考,对96个雌株和97个雄株的BSA-seq数据进行关联分析,筛选出雌性混池深度连续为0,同时雄性混池深度连续大于10的区域。对这些区域提取包括上下游150 bp在内的序列作为性别鉴定候选区域,将性别候选区域与胡杨高质量雌株基因组进行Blast同源比对,根据性别候选区最终筛选出胡杨雌雄共有的3对特异性引物和雄性性别连锁的4对特异性引物。结果表明胡杨待测样品在雌雄共有引物对扩增出条带的基础上,若扩增出100~300 bp大小的特有条带则为雄性,若未扩增出目标条带,则为雌性。这为在幼苗期对胡杨性别进行鉴定提供了重要的理论依据,为解决行道树旁胡杨飞絮污染问题和商业化种植与应用提供了可靠的解决方案。

胡杨雌雄株冠层光合速率日变化差异及主要影响因子

以胡杨为试材,使用Li-6400便携式光合作用仪,测定了不同冠层高度下胡杨雌雄株光合参数的日变化,应用相关分析、回归分析,研究净光合速率与生理、环境因子间的关系,为植物生长调控提供理论依据。结果表明:① 胡杨雌雄株、蒸腾速率Tr与气孔限制值Ls的变化趋势均为单峰曲线,胞间二氧化碳浓度Ci日变化呈现“V”字型,水分利用效率WUE呈现上下波动趋势,胡杨雌雄株气孔导度Gs因不同冠层而表现出“单峰”型和“双峰”型两种趋势,净光合速率Pn日变化与Gs同步,峰值均出现在11:30,而Tr峰值滞后Pn、Gs2h。② 胡杨雌雄株的Pn、Gs、Ci、Tr均随着冠层的升高而增加,WUE、Ls均随着冠层的升高而减少,在11:30和15:30,胡杨雌雄冠层2 m与10 m的Gs、WUE、Tr、Ls有显著差异。③ 胡杨雌雄株对各生理因子和环境因子的响应有所不同,胡杨雌株叶片的光合作用受生理因子和生态因子的影响比雄株更显著。④ 对胡杨雌株Pn的促进作用最大的是光合有效辐射PAR,对胡杨雄株Pn的促进作用最大的是空气温度Tair;对胡杨雌雄株Tr促进作用最大的均是Tair;对胡杨雌株Ci的抑制作用最大的是PAR,对胡杨雄株Ci的抑制作用最大的是Tair;对胡杨雌株Gs的促进作用最大的是Tair,3个环境因子均对胡杨雄株Gs无显著影响。PAR是影响胡杨雌株叶片净光合速率最主要的环境因子;Tair是影响胡杨雄株叶片净光合速率最主要的环境因子。

胡杨枝条水力结构特征在雌雄间的比较分析

植物枝条水力结构特征能够反映植物水分运输能力,对了解树木生存与竞争乃至森林稳定性具有重要的生态学意义。在同一生境中比较胡杨雌、雄株枝条水力结构特征随冠层高度变化的雌雄差异,探讨胡杨雌雄株比导率(Ks)、叶比导率(Kl)、导水率丧失百分比(percent loss of hydraulic conductivity, PLC)、胡伯尔值(Hv)等水力结构参数与冠层高度的关系。结果表明:1) 随着冠层高度的增加,胡杨雌雄株枝条平均PLC随高度变化各异,变化范围在30%~55%之间,Ks和Kl逐渐增加,Hv表现出减少的趋势。2) 在同一冠层高度下,雄株枝条Ks、Kl显著高于雌株,表现出雄株水分运输效率较雌株高,且枝条末端叶片供水情况较好;雌株枝条Hv显著高于雄株,表明雌株枝条用于维持叶片水分的茎干组织在数量上较雄株多。说明在相同冠层高度下,雄株枝条导水效率显著高于雌株。3) 相关分析表明,胡杨雌雄株水力结构参数的变化和冠层高度密切相关,此外,这种变化与木质部横截面积大小有关。总之,胡杨雌雄株枝条导水率随不同冠层高度而变化,雄株比雌株表现出的导水能力更强。

中国西北地区天然胡杨群体遗传多样性及核心保护单元的构建

胡杨(Populus euphratica)是极端干旱荒漠区的珍稀乔木树种。为了确定天然胡杨群体遗传多样性保护单元并挖掘优异的种质资源,本研究以中国西北地区新疆、青海、甘肃、宁夏、内蒙古的58个天然胡杨群体为研究对象,利用120个位点的SNPs标记对这些胡杨群体进行群体遗传结构和遗传多样性分析,并根据不同群体间Nei’s遗传相似度,采用逐步聚类优先取样法对初始群体、遗传多样性保护单元和剩余群体进行t检验。群体结构和主成分分析表明,胡杨群体可分为新疆南疆(SX)、新疆北疆(NX)、青海(QH)和混合群(甘肃、宁夏和内蒙古混合群,GNM)4个分支,遗传多样性分析表明新疆南疆(SX)遗传多样性高于其他群体。分子方差分析(AMOVA)表明天然胡杨群体的遗传变异主要分布在各个群体内。构建了天然胡杨群体一级核心保护单元3个群体(CU3),二级核心保护单元33个群体(CU33)。南疆存在较多优异抗逆的天然胡杨古树资源,南疆分布区的平均遗传多样性水平最高。综上所述,南疆地区胡杨古树遗传多样性整体高于北疆及疆外地区,结合新疆地区干旱严重指数等生境信息,建议加大对南疆胡杨古树群体的保护力度,重视北疆胡杨林的更新换代。