Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Di truyền quần thể của các loài C. lanatus, C. colocynthis và C. myriocarpus xâm lấn (Cucurbitaceae) ở Australia: các suy luận dựa trên phân tích trình tự gen chloroplast và hạt nhân
Tóm tắt
Để hiểu rõ lịch sử xâm lấn của các loài cỏ dại xâm lấn Citrullus lanatus (dưa lưới lạc đà), Citrullus colocynthis (dưa lưới colocynth) và Cucumis myriocarpus (dưa lưới gai) ở Australia, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu một bộ sưu tập mẫu đa dạng về địa lý từ châu Phi (vùng bản địa), châu Á, Bắc và Nam Mỹ, châu Âu và Australia (vùng đã giới thiệu). Chúng tôi đã giải trình tự các phần của hai vùng gen, gen hạt nhân G3pdh và vùng spacer giữa các gen ycf6-psbM trong chloroplast, để xác định đa dạng và mối quan hệ của các alen/haplotypes có mặt trong và giữa các quần thể đã được lấy mẫu của mỗi loài. Chúng tôi phát hiện rằng các quần thể C. lanatus và C. myriocarpus tại Australia có mức độ đa dạng không đáng kể trong cả hai gen, cho thấy những sự kiện sinh ra duy nhất với gen nghèo nàn từ cả hai loài, và có khả năng đến từ các quần thể nguồn đơn lẻ trong cả hai trường hợp. Cùng với nhau, thông tin lịch sử và trình tự chỉ ra rằng vùng tây bắc của tiểu lục địa Ấn Độ có khả năng là nguồn gốc của C. lanatus ở Australia. Thật bất ngờ, các cây C. myriocarpus ở Australia chia sẻ cùng một kiểu gen như được quan sát ở tất cả các quần thể xâm lấn khác của loài này, nhưng khác với kiểu gen được quan sát ở các cây bản địa châu Phi. Điều này chỉ ra rằng các quần thể C. myriocarpus xâm lấn có nguồn gốc chung và có khả năng là một con đường truyền giống sự kiện sáng lập trên toàn cầu, mà nguồn gốc của chúng vẫn chưa được xác định. Ngược lại, mức độ đa dạng gen vừa phải có mặt trong các quần thể C. colocynthis ở Australia, có thể được phân loại địa lý chủ yếu thành các vùng phía đông và phía tây của lục địa. Điều này gợi ý về hai lần giới thiệu riêng biệt các loài này vào Australia, từ hai quần thể nguồn khác nhau, rất có thể có nguồn gốc từ Bắc Phi và/hoặc Nam Âu/Turkey. Bằng chứng về sự đa dạng gen bị suy giảm trong các quần thể Australia của C. lanatus và C. myriocarpus cho thấy chúng có khả năng phản ứng tương tự với các biện pháp kiểm soát. Ngược lại, việc phát triển các biện pháp kiểm soát hóa học hoặc sinh học hiệu quả cho C. colocynthis tại Australia có thể gặp nhiều thách thức hơn.
Từ khóa
#Citrullus lanatus #Citrullus colocynthis #Cucumis myriocarpus #di truyền quần thể #xâm lấn #phân tích trình tự genTài liệu tham khảo
Allard RW (1999) Principles of plant breeding, 2nd edn. Wiley, New York
Barker HM (1964) Camels and the outback. Sir Isaac Pitman & Sons Ltd., Melbourne
Burdon JJ, Marshall DR (1981) Biological control and the reproductive mode of weeds. J Appl Ecol 18:649–658
Burrows GE, Shaik RS (2014) Comparative developmental anatomy of the taproot of the cucurbitaceous vines Citrullus colocynthis (perennial), Citrullus lanatus (annual) and Cucumis myriocarpus (annual). Aust J Bot 62:537–545. doi:10.1071/BT14124
Clark L, Evans K, Jasieniuk M (2013) Origins and distribution of invasive Rubus fruticosus L. agg. (Rosaceae) clones in the Western United States. Biol Invasions 15:1331–1342. doi:10.1007/s10530-012-0369-8
Clement M, Posada DCKA, Crandall KA (2000) TCS: a computer program to estimate gene genealogies. Mol Ecol 9:1657–1659
Dane F, Liu J (2007) Diversity and origin of cultivated and citron type watermelon (Citrullus lanatus). Genet Resour Crop Evol 54:1255–1265. doi:10.1007/s10722-006-9107-3
Dane F, Liu J, Zhang C (2007) Phylogeography of the bitter apple, Citrullus colocynthis. Genet Resour Crop Evol 54:327–336. doi:10.1007/s10722-005-4897-2
Dlugosch KM, Parker IM (2007) Molecular and quantitative trait variation across the native range of the invasive species Hypericum canariense: evidence for ancient patterns of colonization via pre-adaptation? Mol Ecol 16:4269–4283. doi:10.1111/j.1365-294X.2007.03508.x
Ellstrand NC, Schierenbeck KA (2000) Hybridization as a stimulus for the evolution of invasiveness in plants? Proc Natl Acad Sci USA 97:7043–7050
Elorza MS, Bernardo FG, Oliván AS, Iglesias LPG (2011) Invasiveness of alien vascular plants in six arid zones of Europe, Africa and America. Lazaroa 31:109–126
Eriksen RL, Desronvil T, Hierro JL, Kesseli R (2012) Morphological differentiation in a common garden experiment among native and non-native specimens of the invasive weed yellow starthistle (Centaurea solstitialis). Biol Invasions 14:1459–1467. doi:10.1007/s10530-012-0172-6
Excoffier L, Lischer HEL (2010) Arlequin suite ver 3.5: a new series of programs to perform population genetics analyses under Linux and Windows. Mol Ecol Resour 10:564–567. doi:10.1111/j.1755-0998.2010.02847.x
Excoffier L, Smouse PE, Quattro JM (1992) Analysis of molecular variance inferred from metric distances among DNA haplotypes: application to human mitochondrial DNA restriction data. Genetics 131:479–491
Fu YX (1997) Statistical tests of neutrality of mutations against population growth, hitch-hiking, and background selection. Genetics 147:915–925
Gallagher RV, Leishman MR, Miller JT, Hui C, Richardson DM, Suda J, Trávníček P (2011) Invasiveness in introduced Australian acacias: the role of species traits and genome size. Divers Distrib 17:884–897. doi:10.1111/j.1472-4642.2011.00805.x
GBIF (2011a) Species: Citrullus colocynthis (L.) Schrad. http://data.gbif.org/species/2874622/. Accessed 20 Feb 2014
GBIF (2011b) Species: Citrullus lanatus (Thunb.) Matsum. & Nakai. http://data.gbif.org/species/2874621/. Accessed 25 Feb 2014
GBIF (2011c) Species: Cucumis myriocarpus E. Mey. ex Naudin http://data.gbif.org/species/2874575/. Accessed 25 Feb 2014
Geng Y-P et al (2007) Phenotypic plasticity rather than locally adapted ecotypes allows the invasive alligator weed to colonize a wide range of habitats. Biol Invasions 9:245–256. doi:10.1007/s10530-006-9029-1
Goolsby JA, De Barro PJ, Makinson JR, Pemberton RW, Hartley DM, Frohlich DR (2006) Matching the origin of an invasive weed for selection of a herbivore haplotype for a biological control programme. Mol Ecol 15:287–297. doi:10.1111/j.1365-294X.2005.02788.x
Gopurenko D, Fletcher MJ, Löcker H, Mitchell A (2013) Morphological and DNA barcode species identifications of leafhoppers, planthoppers and treehoppers (Hemiptera: Auchenorrhyncha) at Barrow island. Records of the western Australian museum, supplement 83: the terrestrial invertebrate fauna of Barrow island, western Australia. Western Australian Museum Publications, Perth, pp 253–285
Hao ZP, Wang Q, Christie P, Li XL (2007) Allelopathic potential of watermelon tissues and root exudates. Sci Hortic (Amst) 112:315–320. doi:10.1016/j.scienta.2006.12.030
Harris CJ, Murray BR, Hose GC, Hamilton MA (2007) Introduction history and invasion success in exotic vines introduced to Australia. Divers Distrib 13:467–475. doi:10.1111/j.1472-4642.2007.00375.x
Harrison HF Jr, Wechter PW, Kousik CS (2012) Inhibition of bacterial, fungal, and plant growth by testae extracts of Citrullus genotypes. Hort Sci 47:448–451
Heinze B (2007) A database of PCR primers for the chloroplast genomes of higher plants. Plant Methods 3(4). doi:10.1186/1746-4811-3-4
Hickman JC (1993) The Jepson manual: higher plants of California. University of California Press, Berkeley
Hinz HL, Schwarzländer M, McKenney JL, Cripps MG, Harmon B, Price WJ (2012) Biogeographical comparison of the invasive Lepidium draba in its native, expanded and introduced ranges. Biol Invasions 14:1999–2016. doi:10.1007/s10530-012-0207-z
Hornoy B, Atlan A, Roussel V, Buckley YM, Tarayre M (2013) Two colonisation stages generate two different patterns of genetic diversity within native and invasive ranges of Ulex europaeus. Heredity 111:355–363. doi:10.1038/hdy.2013.53
Huffaker CB, Kennett CE (1959) A ten-year study of vegetational changes associated with biological control of klamath weed. J Range Manag 12:69–82
Jakobs G, Weber E, Edwards PJ (2004) Introduced plants of the invasive Solidago gigantea (Asteraceae) are larger and grow denser than conspecifics in the native range. Divers Distrib 10:11–19. doi:10.1111/j.1472-4642.2004.00052.x
Kelager A, Pedersen J, Bruun H (2013) Multiple introductions and no loss of genetic diversity: invasion history of Japanese Rose, Rosa rugosa, in Europe. Biol Invasions 15:1125–1141. doi:10.1007/s10530-012-0356-0
Kouonon LC, Jacquemart A-L, Bi AIZ, Bertin P, Baudoin J-P, Dje Y (2009) Reproductive biology of the andromonoecious Cucumis melo subsp. agrestis (Cucurbitaceae). Ann Bot 104:1129–1139
Kumar R, Dia M, Wehner TC (2013) Implications of mating behavior in watermelon breeding. Hort Sci 48:960–964
Le Roux JJ, Wieczorek AM, Meyer JY (2008) Genetic diversity and structure of the invasive tree Miconia calvescens in Pacific islands. Divers Distrib 14:935–948. doi:10.1111/j.1472-4642.2008.00504.x
Le Roux JJ, Brown GK, Byrne M, Ndlovu J, Richardson DM, Thompson GD, Wilson JRU (2011) Phylogeographic consequences of different introduction histories of invasive Australian Acacia species and Paraserianthes lophantha (Fabaceae) in South Africa. Divers Distrib 17:861–871. doi:10.1111/j.1472-4642.2011.00784.x
Librado P, Rozas J (2009) DnaSP v5: a software for comprehensive analysis of DNA polymorphism data. Bioinformatics 25:1451–1452. doi:10.1093/bioinformatics/btp187
Lynch M, Conery J, Burger R (1995) Mutational meltdowns in sexual populations. Evolution 49:1067–1080. doi:10.2307/2410432
Martin TG, Campbell S, Grounds S (2006) Weeds of Australian rangelands. Rangel J 28:3–26. doi:10.1071/RJ06017
Meimberg H, Hammond JI, Jorgensen CM, Park TW, Gerlach JD, Rice KJ, McKay JK (2006) Molecular evidence for an extreme genetic bottleneck during introduction of an invading grass to California. Biol Invasions 8:1355–1366
Meyerson L, Cronin J (2013) Evidence for multiple introductions of Phragmites australis to North America: detection of a new non-native haplotype. Biol Invasions 15:2605–2608. doi:10.1007/s10530-013-0491-2
Michael DR, Lindenmayer DB, Cunningham RB (2010a) Managing rock outcrops to improve biodiversity conservation in Australian agricultural landscapes. Ecol Manag Restor 11:43–50. doi:10.1111/j.1442-8903.2010.00512.x
Michael PJ, Borger CP, MacLeod WJ, Payne PL (2010b) Occurrence of summer fallow weeds within the grain belt region of southwestern Australia. Weed Technol 24:562–568. doi:10.1614/wt-d-09-00060.1
Miller JM, Schlising RL (2013) Citrullus, in Jepson flora project (eds.) Jepson e flora. http://ucjeps.berkeley.edu/cgi-bin/get_IJM.pl?tid=56575. Accessed 06 June 2014
Ndlovu J, Richardson DM, Wilson JRU, O’Leary M, Le Roux JJ (2013) Elucidating the native sources of an invasive tree species, Acacia pycnantha, reveals unexpected native range diversity and structure. Ann Bot 111:895–904. doi:10.1093/aob/mct057
Nei M (1987) Molecular evolutionary genetics. Columbia University Press, New York
Novak SJ, Mack RN (2001) Tracing plant introduction and spread: genetic evidence from Bromus tectorum (cheatgrass). Bioscience 51:114–122
Parsons WT, Cuthbertson EG (2001) Noxious weeds of Australia, 2nd edn. CSIRO Publishing, Collingwood
Prentis PJ, Pavasovic A (2013) Understanding the genetic basis of invasiveness. Mol Ecol 22:2366–2368. doi:10.1111/mec.12277
Prentis PJ, Wilson JRU, Dormontt EE, Richardson DM, Lowe AJ (2008) Adaptive evolution in invasive species. Trends Plant Sci 13:288–294. doi:10.1016/j.tplants.2008.03.004
Prentis PJ, Sigg DP, Raghu S, Dhileepan K, Pavasovic A, Lowe AJ (2009) Understanding invasion history: genetic structure and diversity of two globally invasive plants and implications for their management. Divers Distrib 15:822–830. doi:10.1111/j.1472-4642.2009.00592.x
Pyšek P et al (2010) Successful invaders co-opt pollinators of native flora and accumulate insect pollinators with increasing residence time. Ecol Monogr 81:277–293. doi:10.1890/10-0630.1
Ramirez AHM, Jhala AJ, Singh M (2014) Factors affecting germination of citronmelon (Citrullus lanatus var. citroides). Weed Sci 62:45–50. doi:10.1614/WS-D-13-00041.1
Ramos-Onsins SE, Rozas J (2002) Statistical properties of new neutrality tests against population growth. Mol Biol Evol 19:2092–2100
Rautenberg A, Hathaway L, Oxelman B, Prentice HC (2010) Geographic and phylogenetic patterns in Silene section Melandrium (Caryophyllaceae) as inferred from chloroplast and nuclear DNA sequences. Mol Phylogenet Evol 57:978–991. doi:10.1016/j.ympev.2010.08.003
Rieseberg LH (1997) Hybrid origins of plant species. Annu Rev Ecol Syst 28:359–389. doi:10.1146/annurev.ecolsys.28.1.359
Roe AD, Sperling FAH (2007) Population structure and species boundary delimitation of cryptic Dioryctria moths: an integrative approach. Mol Ecol 16:3617–3633. doi:10.1111/j.1365-294X.2007.03412.x
Saitou N, Nei M (1987) The neighbor-joining method: a new method for reconstructing phylogenetic trees. Mol Biol Evol 4:406–425
Sexton JP, McKay JK, Sala A (2002) Plasticity and genetic diversity may allow salt cedar to invade cold climates in north America. Ecol Appl 12:1652–1660.
Shaik RS, Weston LA, Burrows G, Gopurenko D (2011) A comparative phenological and genetic diversity analysis of two invasive weeds, camel melon (Citrullus lanatus (Thunb.) Matsum. and Nakai var. lanatus) and prickly paddy melon (Cucumis myriocarpus L.), in inland Australia. In: Adkins S (ed) 23rd Asian-Pacific Weed Science Society Conference, The Sebel Cairns, Cairns, Queensland, Australia, 26–29 September 2011, pp 510–518
Shaik RS, Gopurenko D, Burrows GE, Urwin NAR, Lepschi BJ, Hildebrand SM, Weston LA (2012) Identification of the invasive weeds, camel melon, prickly paddy melon and colocynth in Australia—a morphological and molecular approach. In: Eldershaw V (ed) 18th Australasian weeds conference, The Sebel and Citigate Albert Park, Melbourne, Victoria, Australia, 8–11 October 2012. Developing solutions to evolving weed problems. Weed Science Society of Victoria Inc., Frankston, Australia, pp 73–77
Simberloff D (2009) The role of propagule pressure in biological invasions. Ann Rev Ecol Evol Syst 40:81–102. doi:10.1146/annurev.ecolsys.110308.120304
Singh A (1978) Cytogenetics of semi-arid plants: 3. A natural interspecific hybrid of Cucurbitaceae (Citrullus colocynthis Schrad x C. vulgaris Schrad). Cytologia 43:569–574
Stricker BK, Stiling P (2013) Seedlings of the introduced invasive shrub Eugenia uniflora (Myrtaceae) outperform those of its native and introduced non-invasive congeners in Florida. Biol Invasions 15:1973–1987. doi:10.1007/s10530-013-0425-z
Tajima F (1989) Statistical method for testing the neutral mutation hypothesis by DNA polymorphism. Genetics 123:585–595
Tamura K, Stecher G, Peterson D, Filipski A, Kumar S (2013) MEGA6: molecular evolutionary genetics analysis version 6.0. Mol Biol Evol 30:2725–2729. doi:10.1093/molbev/mst197
Vergeer P, Kunin WE (2013) Adaptation at range margins: common garden trials and the performance of Arabidopsis lyrata across its northwestern European range. New Phytol 197:989–1001. doi:10.1111/nph.12060
Villesen P (2007) FaBox: an online toolbox for fasta sequences. Mol Ecol Notes 7:965–968. doi:10.1111/j.1471-8286.2007.01821.x
Ward SM, Reid SD, Harrington J, Sutton J, Beck KG (2008) Genetic variation in invasive populations of yellow toadflax (Linaria vulgaris) in the western United States. Weed Sci 56:394–399. doi:10.1614/ws-07-157.1
Williams PA, Randall R (2002) How weedy are plants recently naturalised in New Zealand? NZ Plant Prot 55:432
Yu JQ, Shou SY, Qian YR, Zhu ZJ, Hu WH (2000) Autotoxic potential of cucurbit crops. Plant Soil 223:149–153. doi:10.1023/A:1004829512147
