栽培牡丹起源研究

牡丹在中国被称作“花中之王”。我国不仅是全部野生牡丹的原产地，也是栽培牡丹最早的驯化地。野生牡丹共有8个种，分布于云南、四川、湖北、甘肃、陕西、山西、安徽、河南和西藏等9省区，因其具有很大的观赏和药用价值，而在中国和世界温带地区广泛栽培。本研究利用形态特征和4个核基因片段（三个Adh 基因和GPAT基因片断）的核苷酸序列变异对牡丹组的种间系统发育关系进行了分析，并对我国栽培牡丹四个品种群的101个代表品种的可能祖先进行了形态学鉴定和分子诊断标记研究。在此基础上，利用核编码叶绿体表达的GPAT基因的（大内含子）部分序列和叶绿体基因组的trnS – trnG 和 rpS16 – trnQ两个基因间隔区的DNA序列变异重建了栽培牡丹37个代表品种和26个野生居群间的谱系关系。结果表明：（1）GPAT基因树是迄今得到的分辨率最好，并具有很高自展值支持的牡丹组种间系统发育关系树;（2）GPAT基因树和形态学证据一致支持银屏牡丹（P. suffruticosa ssp. yinpingmudan）, 凤丹（P. ostii）, 紫斑牡丹（P. rockii）, 卵叶牡丹（P. qiui）, 和矮牡丹 （P. jishanensis） 参与了栽培牡丹的起源;（3）叶绿体DNA单倍型网络树（network）进一步证实上述5个祖先类群的4个（矮牡丹除外）可能参与了栽培牡丹的母系起源。37个品种的GPAT基因谱系和叶绿体DNA单倍型网络树一致表明银屏牡丹是栽培牡丹最主要的祖先，其次是紫斑牡丹、凤丹、和卵叶牡丹;（4）我们的分子证据不支持形态学证据关于矮牡丹是栽培牡丹最主要的野生祖先的推测;（5）形态学和分子诊断标记证据表明，101个品种中有65.35 % 的品种具有两个以上野生种的特征，18.81 % 品种同时具有 Eco R I (+) 和 InDel51(+)物种特异分子标记。对37个品种的GPAT基因谱系和叶绿体DNA谱系比较发现，其中35个可能是杂种起源。另外，对7个古代牡丹品种（据文献记载）的GPAT基因的不同克隆类型进行测序和谱系分析，结果表明其中4 个为杂种起源。上述证据充分表明杂交和（或）渗入杂交在牡栽培牡丹的起源和进化中发挥了重要作用。根据本研究的结果，结合现有的形态学数据、考古记录，以及有关牡丹栽培和驯化历史的记载，我们对栽培牡丹的起源和驯化历史总结如下。牡丹的栽培迄今有1,600 – 2,000年，栽培牡丹最迟起源于1，500年前。最初通过驯化和对突变的选择获得原始品种。由于牡丹品种可以通过无性和（或）有性方式进行繁殖，其后新的品种通过如下方式产生：（1）对突变的选择，（2）对栽培类型和野生种之间或栽培类型之间杂交和（或）渗入杂交产生的实生苗的选择。由于绝大部分（如果不是全部）早期的原始品种已绝灭，现有栽培牡丹是起源于各种人工和自然进化力共同作用的结果，其中包括多次驯化、人工选择、突变、杂交和渗入杂交等。据作者所知，栽培牡丹的这种 ‘compilospecies’ 起源和驯化模式是目前已研究过的主要栽培作物中未见报道的。 因此，本研究不仅为栽培牡丹的多系起源和驯化历史提供了可信的分子证据，同时也为利用单拷贝基因的内含子序列构建栽培作物及其近缘野生祖先间的种系发生关系提供了成功的例子。另外，本研究也为同时利用核和叶绿体基因组的非编码DNA序列研究杂交在栽培作物的起源和进化的中作用提供了成功的例子。