|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
柴达木野生黑果枸杞的空间遗传结构
植物生态学报
2020, 44 (6):
661-668.
DOI: 10.17521/cjpe.2019.0298
基于cpDNA序列, 研究柴达木野生黑果枸杞(Lycium ruthenicum)的遗传多样性、遗传结构和单倍型进化关系, 可为其种群的遗传保护提供理论依据。该研究基于3个筛选的叶绿体多态引物: psbA-trnH、psbK-psbI和trnV, 利用群体遗传分析方法研究柴达木盆地野生黑果枸杞的遗传变异格局: 利用软件DnaSP 6.0和Permut 2.0计算分子多样性指标, 利用分子方差分析研究组间和种群间的遗传变异来源, 利用单倍型网络分析和主坐标分析研究单倍型的聚类关系; 利用最大似然树和贝叶斯系统树分析单倍型的谱系进化关系。结果显示: 叶绿体序列psbA-trnH、psbK-psbI和trnV拼接后的总长度为1 454 bp, 鉴别出14个核苷酸变异位点, 共定义了7个单倍型。种群间总的遗传多样(hT)和种群内遗传多样性(hS)分别为0.916和0.512。AMOVA分析结果表明, 80%以上的遗传变异来源于组间和种群间。叶绿体单倍型的贝叶斯系统树和最大似然树均表明柴达木盆地黑果枸杞种群聚为2支: 德令哈和格尔木为一支, 诺木洪为另一支。单倍型网络和主坐标分析结果揭示的拓扑结构和聚类关系与系统树一致。Mantel检验结果表明柴达木黑果枸杞种群间的遗传距离与地理距离存在显著的弱相关关系(r = 0.591 1, p = 0.000 9)。柴达木盆地黑果枸杞种群具有较高的遗传多样性, 种群间遗传分化显著。从遗传多样性保护的角度而言, 具有较高遗传多样性的诺木洪林业站和格尔木新乐村种群可划分为保护管理单元。
表1
柴达木盆地黑果枸杞自然种群的采样信息及遗传信息
正文中引用本图/表的段落
于2016-2018年, 在柴达木盆地黑果枸杞的自然分布范围内, 对该植物进行了全面的野外调查与采样。在柴达木盆地, 野生黑果枸杞仅集中分布于盆地腹部以格尔木市为中心, 半径200 km的区域范围内, 多分布于诺木洪、德令哈、格尔木等地的戈壁荒滩上(祁银燕等, 2018)。本研究在德令哈、格尔木和诺木洪共采集了5个自然种群, 每个种群采集10-15份样品, 共采样60份, 覆盖了该植物在青海省柴达木盆地的自然分布范围(表1)。野外采样过程中, 考虑到黑果枸杞存在克隆生长特性(何文革等, 2015), 每个种群所采集的个体至少间距20 m以上, 利用GPS定位经纬度和海拔。采样的5个野生黑果枸杞种群间的地理距离介于23-247 km之间, 德令哈红光村(DLH)与格尔木新乐村(GEM1)之间的地理间距最大(247 km), 诺木洪林业站(NMH1)与诺木洪田格力村(NMH2)的距离最小, 约为23 km。其中, 格尔木和德令哈采样的黑果枸杞种群片段化分布于市郊的公路边、乡村房前屋后和小路旁, 种群个体较少, 分布的间隔区较大; 诺木洪农场和林业站附近的两个种群的个体数相对较多, 受人类活动干扰较少。采集新鲜、幼嫩、无病斑的叶片, 就地用硅胶迅速干燥保存于自封袋, 带回实验室后置于-20 ℃冷藏。
柴达木盆地黑果枸杞psbA-trnH、psbK-psbI和trnV的序列长度分别为511、394和549 bp, 多重比对及拼接后的总长度为1 454 bp, 包括14个核苷酸变异位点, 共定义了7个cpDNA单倍型(表2)。单倍型网络表明, 5个种群可分为两个地理组, 即德令哈和格尔木的3个种群为一组, 诺木洪的2个种群为另一组(图1)。hT为0.916, hS为0.512。对于种群组水平而言, 德令哈和格尔木组的平均单倍型多样性(0.461 ± 0.042)低于诺木洪组(0.567 ± 0.096), 而平均核苷酸多样性前者(0.001 04 ± 0.01)高于后者(0.000 42 ±0.07)。种群组内, 诺木洪林业站种群具有最高的单倍型多样性, 格尔木新乐村种群具有最高的核苷酸多样性, 而德令哈红光村和格尔木大格勒乡种群分别表现出了最低的单倍型多样性和核苷酸多样性(表1)。本研究测序的所有序列已全部上传美国国家生物技术信息中心(NCBI; 序列号: MT377568- MT377588)。
●表示与H1一致的变异位点, -表示缺失位点。
单倍型网络表明, 7个单倍型聚为2支: H1-H4为一支, 分布于德令哈和格尔木; H5-H7为另一支, 分布于诺木洪(图1)。对于德令哈和格尔木种群组的单倍型而言, H1广泛分布于每个种群, 占全组所有个体的36.36%, H2共享于格尔木的两个种群; H3和H4分别为格尔木新乐村(GEM1)和德令哈红光村(DLH)的私有单倍型。诺木洪组的3个单倍型中, H5和H7在全组种群中均有分布, 分别占全组所有个体的44.45%和33.33%; H6为诺木洪林业站(NMH1)的私有单倍型(表1; 图1)。
柴达木盆地黑果枸杞种群间总的遗传多样性(hT = 0.916)显著高于种群内遗传多样性(hS = 0.512)。相关学者基于核DNA标记对西北部分黑果枸杞种群及对柴达木盆地黑果枸杞种群的遗传多样性研究, 也表明该植物种群具有较高的遗传多样性水平(Liu et al., 2012; 王锦楠等, 2015)。另外, 对柴达木盆地黑果枸杞种群开展的表型性状变异研究, 也表明该植物存在丰富的形态变异(刘桂英等, 2016)。一方面, 黑果枸杞是丝绸之路盐碱地、荒漠地最具有开发价值的特色资源物种, 也是枸杞原生态区遗传多样性相对丰富的原始物种(郝媛媛等, 2016)。另一方面, 采样区黑果枸杞的生境多样性较高, 包括湖泊盆地、冲积扇、河流沿岸、风积沙丘边缘和山间盐土平原, 环境的异质性利于遗传突变的产生和遗传变异的累积(Ma et al., 2019; 孙芳芳等, 2019)。而且, 基于叶绿体序列变异还揭示出诺木洪组的两个种群表现出了相对较高的遗传多样性水平(表1)。这可能是由于诺木洪农场和林业站黑果枸杞种群的个体数相对较多, 受干扰较小, 利于遗传变异的产生与积累。诺木洪也被推测为柴达木地区野生黑果枸杞种质资源的中心分布区(王锦楠等, 2015; 刘桂英等, 2016)。
本文的其它图/表
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
