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taiwanalpinum rubropilosum

ITS 多型性位點數

R. taiwanalpinum rubropilosum

N 41 14 12

h 21 6 10

Hd 0.951 0.835 0.97

Pi(π) 0.00701 0.00346 0.00946

θ(π) 0.00708 0.00348 0.00958

Dxy 0.01369 0.01147 0.01034

F 6 0 0

表六. 以 RPB2-i 內含子 2 序列資料為依據的族群遺傳歧異度分析。N=number of sequences,h=number of haplotypes,Hd=haplotype diversity,Pi(π)=nucleotide diversity,θ(π)=θper site from π,Dxy=average number of nuc. Subs. Per site between population,

F=number of fixed differences。

(三)分化和共祖時間計算

承遺傳歧異度所使用的歸群方式,使用t = 2N = θ/2μ 公式計算之分化時間見 表七。A 群共祖時間平均值為 13 萬年;B 群共祖時間平均值為 6 萬年;C 群共 祖時間平均值為17 萬年;A 與 B 群合併(AB)的共祖時間平均值為 21 萬;A 與C 群合併(AC)共祖時間平均值為 16 萬年;B 與 C 群合併(BC)共祖時間 平均值為15 萬年;A、B 與 C 群合併(ABC)共祖時間平均值為 21 萬年;A 與 C 類群(僅有在 RPB2-i 內含子 2 基因樹型圖中與 A 類群歸在一起的序列:AC

(A)

) 合併共祖時間平均值為12 萬年;B 與 C 群(僅有在 RPB2-i 內含子 2 基因樹型圖 中與B 類群歸在一起的序列:BC

(B)

合併共祖時間平均值為7 萬年

此外,使用貝葉氏導出式分析方式所算出的共祖時間平均值和中間值見表 七,A 群共祖時間平均值為 17 萬年,中間值為 16 萬年;B 群共祖時間平均值為 10 萬年,中間值為 7 萬年;C 群共祖時間平均值為 23 萬年,中間值為 22 萬年;

AB 共祖時間平均值為 36 萬年,中間值為 35 萬年;AC 共祖時間平均值為 29 萬 年,中間值為28 萬年;BC 共祖時間平均值為 24 萬年,中間值為 24 萬年;ABC 類群共祖時間平均值為33 萬年,中間值為 32 萬年;AC

(A)

共祖時間平均值為17 萬年,中間值為16 萬年;BC

(B)

共祖時間平均值為10 萬年,中間值為 16 萬年。

以上兩種方式算出的共祖時間一致,AB 共祖時間大於 AC 或 BC,AB 共祖 時間大於AC

(A)

或BC

(B)

。由於平均值容易受到極端值的影響,所以在之後的討論 部分以貝葉氏導出式分析方式所算出的中間值做探討。

group A B C AB AC BC AC

(A)

BC

(B)

ABC T (range)

126

(67-1072)

62 (33-527)

170 (90-1451)

210 (111-1788)

156 (83-1333)

149 (79-1268)

121 (64-1033)

67 (36-571)

207 (110-1765)

Tμ (95%CI) 171

(77-284)

95 (31-177)

232 (108-371)

359 (194-555)

290 (144-457)

243 (118-389)

170 (78-278)

100 (37-179)

329 (176-503)

T

M 163 86 224 350 280 235 161 93 319

表七. 以 RPB2-i intron 2 序列資料為依據的共祖時間估計。T:以 t = 2N = θ/2μ 公式計算之分化時間(範圍),Tμ:以 Bayesian 式 計算出的平均TMRCA(95%CI),T

M

:以Bayesian inference 方式計算出的 TMRCA 之中間值。單位為千年(KY BP.)。

五、討論

(一)葉綠體 trnK-matK 內含子片段以及核片段 ITS 和 RPB2-i 內含子 2 在映山 紅組杜鵑花的應用比較

1. nrITS 在台灣映山紅組杜鵑花變異少

nrITS 所建構的親緣關係樹中,台灣映山紅組杜鵑花種間無解析力(圖 六、圖七),與Tsai et al.(2006)研究結果類似,此片段僅能表示此組杜鵑 花有極為相近的親緣關係,因此對本篇研究欲探討台灣映山紅組杜鵑的親緣 關係沒有很大幫助。

2. RPB2-i 序列多拷貝現象為 partial gene duplication

Luo et al.(2007)研究發現,RPB2-i 基因片段在不同類群中有持續複製 事件發生((不論是經由多倍體化 polyploidization 或是 partial genome duplication),利用親緣關係樹型圖發現,有些類群最後會保留其複製品,有

些類群的複製品則消失,而在杜鵑花科植物以往之研究中,並沒有發現 RPB2-i 基因有複製現象(Luo et al., 2007)。然而,本研究發現,台灣映山紅 組杜鵑花許多種類都有多拷貝的現象,顯示杜鵑花科植物的複製事件還是持 續發生,此與Luo et al.(2007)的研究結果不相符合。

表三以及圖八中 RPB2-i 內含子 2 片段,除了 R . oldhamii 以外,其他 物種同一個個體中都有一至四型的單型,顯示此片段在這些物種內至少有兩 套,這兩套的組成可能是因為多倍體化導致整個基因體增加或是僅此片段複 製所造成的,根據現有資料顯示台灣杜鵑花植物的染色體數皆相同(2n=26)

(Hsu,1972),因此並不支持多倍體化的可能性,RPB2-i 核基因片段在這 些物種內應是屬於partial gene duplication。

3. 多拷貝的核基因 RPB2-i 在台灣映山紅組杜鵑花親緣關係探討的優點

葉綠體DNA 以及 nrITS 片段在親緣關係的探討上應用很廣,但由於葉 綠體基因體大部分為母系遺傳、nrITS 有協同演化,用來探討親緣關係時較 簡單且單純,但若僅使用此兩種類型的片段,無法顯示被子植物核基因體複 雜演化機制的結果,因此會喪失許多親緣關係的資訊(Oxelman et al., 2004)。Kim et al.(2008)利用核中多拷貝的 LEAFY 基因第二個內含子,發 現 Persicaria 屬(Polygonaceae)有 15 個物種是異源多倍體,比之前只使用 葉綠體和nrITS 片段還多種,造成 nrITS 低估異源多倍體物種數之因是因為 個體內的ITS 已經被均質化(homogenize),而趨向母本的的序列。

以本篇研究為例,nrITS 在此組杜鵑花種間無解析力,無法幫助解釋台 灣映山紅組杜鵑花的親緣關係,而利用經由partial gene duplication、多拷貝 的核 RPB-i 片段所建構的基因樹,再配合葉綠體 DNA 片段所建構的親緣關 係樹,比單單只有使用葉綠體DNA 或 nrITS 片段更可清楚的顯現台灣映山 紅組杜鵑花複雜的親緣關係。因此以下則使用葉綠體 trnK-matK 內含子 片段以及核 RPB2-i 內含子 2 片段對台灣映山紅組杜鵑花親緣關係做探討。

(二)台灣映山紅組杜鵑花的親緣關係探討 1. 台灣映山紅組杜鵑花主要分為四群

核 RPB2-i 片段以及葉綠體 DNA 片段都顯示台灣地區的映山紅組杜鵑 種類的差異很小,許多類群之間並無明顯的界限,以葉綠體DNA 片段建構 之親緣關係樹型圖結果顯示,台灣映山紅組杜鵑花大致可以歸為三大群(圖 四):與外群親緣關係較接近的為 R. oldhamii;接下來又再分為兩群,第一 群包含 R. simsii、R. nakaharai、R. longiperulatum、R. noriakianum 和

R. kanehirai,第二群包含 R. taiwanalpinum、R. breviperulatum、R. lasiostylum 和 R. rubropilosum;RPB2-i 內含子 2 基因樹顯示的結果則與葉綠體片段所顯 示的結果不盡相同(圖八),RPB2-i 內含子 2 主要將台灣映山紅組杜鵑花歸 為兩大群和一大類型:第一群包含 R. simsii、R. longiperulatum、R. nakaharai、

R. noriakianum、R. kanehirai 和 R. oldhamii;第二群包含 R. taiwanalpinum、

R. breviperulatum 和 R. lasiostylum;而另一大類型僅有 R. rubropilosum,相 同個體內不同殖株的序列會分別歸在第一類群和第二類群中,且

R. rubropilosum 的殖株散落在不同的物種內。

綜合以上分子資料結果,台灣映山紅組杜鵑花十個物種大致可以歸為四 大群,第一類群包含的物種有 R. simsii、R. longiperulatum、R. nakaharai、

R. kanehirai 和 R. noriakianum;第二類群包含 R. breviperulatum、

R. lasiostylum 和 R. taiwanalpinum ,第三類群為 R. oldhamii;第四類群為 R. rubropilosum。

2. R. rubropilosum 為雜交起源物種

R. rubropilosum 在 RPB2-i 內含子 2 片段中同時帶有兩大類型的拷貝,

且這些殖株”散落”在兩大群中,各與不同物種歸在一起(圖八),且利用核 基因 RPB2-i 內含子 2 片段計算遺傳歧異度,R. rubropilosum 的遺傳歧異度 也大於其他兩大群物種(表六),造成此結果之原因有以下兩種推測(圖十 一):

(1) R. rubropiloslum 帶有 ABC 三大群分化之前的祖先型(即 R. rubropilosum 個體內不同型的的拷貝是在祖先時複製的結果),而 A,B 兩大群分別 往不同方向分化。

(2) R. rubropilosum 物種可能是在 A,B 兩大群各自分化之前的祖先雜交產 生。

若 R. rubropilosum 是帶有祖先型序列的物種,其葉綠體 DNA 序列 應該隨機的與 A 群或是 B 群歸在一起(也就是 A 群或是 B 群都可以當母 本),然而在圖四中葉綠體的親緣關係樹型圖中,R. rubropilosum 完全與 B 群的物種歸在一起。此外,若 R. rubropilosum 是帶有祖先型序列的物種,所 計算的AB 共祖時間應該幾乎等於 AC 或是 BC 的共祖時間,然而在表七中,

AB 群的共祖時間(35 萬年)遠大於 AC(28 萬年)或 BC(24 萬年)的共 祖時間。

若 R. rubropilosum 是雜交起源物種,則 AB 的共祖時間(35 萬年)應 大於AC

(A)

(16 萬年)或是 BC

(B)

(9 萬年)的共祖時間,分析結果也符合 此推論(表六)。由以上的推測,R. rubropilosum 為雜交起源物種,且由葉

綠體DNA 片段建構之親緣關係樹型圖結果得知其母本來自 A 群物種的祖先

(圖四)。根據以上的結果,推測台灣映山紅組杜鵑花親緣關係示意圖(圖 十二)。

承上,依據圖十一中 R. rubropilosum 雜交起源的結果以及討論一中提到

基因片段發生複製的時間點有以下兩種可能(圖十一),第一:複製發生在 A、B群分化之前;第二:複製在A 和 B 群祖先獨自發生。若是第一種狀 況,A、B群個體內帶有的拷貝狀況應該一致,若是第二種狀況,A 群同個 體內的拷貝會與A 群其他個體的序列較相近,B 群同個體內的拷貝會與 B 群其他個體的序列較相近。由圖八 RPB2-i 基因樹型圖的結果顯示 A 群個體 內的拷貝大部分皆與A 群個體歸在一起,B 群個體內的拷貝也大部分皆與 B 群個體歸在一起,因此排除第一種可能性,複製應獨自發生在A 和 B 群的 祖先。

A

AB=AC/BC AB>AC (A) /BC (B)

KY BP. KY BP.

AB=AC/BC AB>AC (A) /BC (B)

KY BP.

AB=AC/BC AB>AC (A) /BC (B)

KY BP. KY BP.

AB=AC/BC AB>AC (A) /BC (B)

KY BP.

KY BP. KY BP. KY BP.

1 2

2 R. breviperulatum

R. lasiostylum

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