分子系统地理学试卷

《分子系统地理学》期末考试试卷学号姓名得分一、简答题（每小题20分，60分）1、什么是系统地理学？其核心内容是什么？系统地理学是研究物种及物种内不同种群形成现有分布格局的历史原因和进化过程的一门学科，主要着重物种以往的历史重建、推估物种传播路径及了解遗传变异在空间上的分布情形。并借此来探讨全球变迁对物种遗传变异度的影响，及环境变化下物种传播及迁徙的型式。系统地理学常常通过网状支系分析（nestedcladeanalysis）重建基因谱系（genegenealogy），通常是构筑在基因单倍型（haplotype）间的一个阶层网状图，并通过统计分析，推估出等位基因的相对年龄（relativeages）[4]，以及支系与支系间的相对关系，由此推论种群在不同地质年代所经历的进化事件，如因地理隔离造成的种群分化程度与地理距离成正比（isolationbydistanceeffect）、栖地破碎化或近代的种群扩张等2、分子系统地理学常用的分子标记有那些？1cpDNA植物系统地理的研究通常都是采用叶绿体DNA（chloroplastDNA，cpDNA）来估计植物物种的遗传变异，因为cpDNA常被看作是一个独立的遗传单位，在细胞分裂时不经受重组•mtDNA•由于植物mtDNA具有相对低的核苷酸置换率和在结构上具有重组的倾向，因而，mtDNA一般很少用在植物的分子系统地理学研究上。但植物mtDNA在植物分子系统地理学研究中也具有相当的应用价值。•nDNA•在许多分类群中，核DNA（nuclearDNA，nDNA）的低置换率降低了反突变和平行突变（而这些突变减弱了mtDNA数据解决系统发育问题的能力），这样在种内水平上，不管有没有支持率（bootstrapsupport），具有低趋同性的nDNA数据甚至单个位点上固定的分化都能提供一个好的统计结果[27]，因而nDNA在植物分子系统地理学研究也逐渐受到青睐。3、植物分子系统地理学主要应用于那些方面？•确定冰期避难所•生物避难所的确定最初是根据动植物区系特点(主要是特有种的分布)进行的，这种推断是建立在生物避难所之间的隔离，可以导致新种或新亚种形成的假设上，尤其是一些迁移能力较弱的物种。后来较多的是根据孢粉学、古气候学、古植物学和化石等遗迹的发现推断得来。•在保护遗传学中的应用•进化历史对种内遗传变异的影响暗示着对物种保护策略的发展。如种群分化的发现要求更多的种群得到保护，以使丰富的遗传变异得以维持，进一步确保物种的生存[38]。分子系统地理学通过研究物种遗传多样性的空间分布，估计某一区域特征多样性水平，评价物种及其所占有分布领域的保护学价值，从而为保护遗传学提供了一个有效的研究手段。•••估测近缘种间的歧化时间•Sewell等学者利用等位酶和cpDNA对北美、欧洲木本植物进行研究，估测了从不同避难所发展来的种群间、古老的避难所内的种群间以及目前处于先前冰期地区上的后代种群间的歧化时间[37，42～44]•探讨物种遗传多样性的分布模式•第四纪气候变化导致的物种地理范围循环往复的扩大与缩小不仅对种内多态性的地理分布产生影响，而且对物种基因多样性的分布模式也产生影响[47]。二、论述题（每小题20分，40分）1、举例说明植物分子系统地理学的研究方法。Tremblay和Schoen运用PCR-RFLP技术分析了仙女木（Dryasintegrifolia）的cpDNA，结合化石、孢粉等资料，发现仙女木的冰期避难所主要是白令地区和北极高纬地区，但这两个避难所在冰期结束后所起的作用不同，白令避难所是现今北极大部分地区、落基山脉以及北美西北部大陆架部分仙女木的主要扩散源；北极高纬地区虽然也是重要的避难所，但在仙女木冰期后重新扩散中的作用不大[35]Sinclair等以mtDNA为标记对分布于苏格兰的欧洲赤松（PinussylvestrisL.）进行研究后认为，欧洲赤松在第四纪冰期时的避难所可能是在爱尔兰岛或者在法国的西部，冰期结束后从避难所扩张进入爱尔兰的西部，形成如今的格局[23，24]。2、谈谈目前我国在植物分子系统地理学研究中的主要成就及存在的问题。目前，分子系统地理学研究已成为国际上相当活跃的研究领域，近年来，研究进展十分迅速。然而我国分子系统地理学研究还相当滞后，仅见零星报道，在植物界，几乎是空白。•我国台湾的植物分子系统地理研究开展的较大陆要早。利用AFLP对中国东南部的10个杉木（Cunninghamialanceolata（Lamb.）Hook.）种群和台湾11个香杉（CunninghamiakonishiiHayata.）种群进行种群内和种群间变异分化研究。结果显示香杉种群在纬度23°、23.5°及23.5°～24.5°之间有较高的平均异质结合期望值，推测是冰川时期香杉的避难所。•我国大陆的植物分子系统地理研究刚刚起步。•葛学军将选取穗花杉（Amentotaxus）3个种为研究对象，以cpDNA和mtDNA为分子标记，试图探讨穗花杉物种分化方式，确定其在冰期的避难所及冰川后期的迁移路线。通过利用分子标记，分析穗花杉的遗传多样性。该研究结果将有助于理解穗花杉的珍稀濒危原因，并提出相应的保育策略，同时为探索我国亚热带植物更新世避难所和迁移规律提供参考。在为数不多植物系统地理的研究中，大多数是依据不同的木本植物来揭示冰期避难所、冰期后的迁移路线以及遗传多样性的丢失。由于这些木本植物在经济上具有重要的价值，因而还应进一步弄清过去的气候变化对它们的地理分布格局和遗传变异的影响，以便提高对这些树种的管理和尝试制定相关的造林策略[22]。•但是对草本植物的研究却很少，而在阐述第四纪气候变化对物种形成、产生多样性的作用方面，草本植物有可能在以后植物系统地理研究中提供一个最好的方法模式[33]。短命的草本植物与长命的木本植物正好相反，在一定的时间周期内，草本植物比木本植物的生活周期要多得多，可能在第四纪比木本植物能快速对环境变化做出反应。北极高山草本植物中的网状进化和多倍性现象也是以后研究的一个重要方面。分子系统地理学研究以后的发展应该进一步探究核基因组，发展多态位点的合生理论（coalescencetheory），扩展对一个地区范围内的比较系统地理学实验研究，充分综合谱系资料和现有的生物地理资料。也许，分子系统地理学会成为种上而不是种内生物地理的系统发育研究的一种好方法。