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青海五裂茶藨子叶绿体DNA psbA-trnH序列的遗传变异研究



全 文 :西北林学院学报 2015,30(4):116~120
Journal of Northwest Forestry University
  doi:10.3969/j.issn.1001-7461.2015.04.19
青海五裂茶藨子叶绿体DNA psbA-trnH序列的遗传变异研究
 收稿日期:2014-09-30 修回日期:2015-03-25
 基金项目:国家林业公益性行业科研专项“青藏高原野生五裂茶藨子繁育及藏药成分研究”(201304812)。
 作者简介:马明呈,男,教授,硕士生导师,研究方向:经济林培育。E-mail:mmch23jop@163.com
*通信作者:张得钧,男,教授,博士,研究方向:中藏药资源开发与利用。E-mail:djzhang@nwipb.ac.cn
马明呈,张育浩,元王涛,王 晨,徐宗才,田 丰,张得钧*
(青海大学,青海 西宁810016)
摘 要:采集青海不同地理居群五裂茶藨子植物样品,采用改良 CTAB法提取五裂茶藨子总
DNA。运用分子生物学技术分析青海不同地理居群五裂茶藨子的遗传多样性。结果表明:青海不
同地理居群五裂茶藨子psbA-trnH序列可分为11种单倍型,存在38个变异位点,具有较高的遗
传多样性(h=0.684 1),单倍型多态性水平(h)为0.464 3~0.892 9,核苷酸多态性水平(p)为
0.005 90~0.023 33。居群遗传分化系数Gst为0.042,基因流值Nm 为0.014 98。
关键词:五裂茶藨子;叶绿体DNA psbA-trnH;遗传变异
中图分类号:S663.9   文献标志码:A   文章编号:1001-7461(2015)04-0116-05
Genetic Differentiation Study of Chloroplast DNA psbA-trnH in Ribes meyeri from Qinghai
MA Ming-cheng,ZHANG Yu-hao,YUAN Wang-tao,WANG Chen,
XU Zong-cai,TIAN Feng,ZHANG De-jun*
(Qinghai University,Xining,Qinghai 810016,China)
Abstract:Samples of Ribes meyeri from different geographic populations were colected from different areas
in Qinghai.The total DNA was extracted from the leaves by modified CTAB method.Genetic differentia-
tion of chloroplast DNA trnL-F was analyzed by using molecular technology.The results showed that the
samples researched could be divided into eleven genotypes,and 38variable sites existed.High level genetic
diversity existed(h=0.684 1),and haplotype diversity level was from 0.464 3to 0.892 9;nucleotide di-
versity level ranged from 0.005 90to 0.023 33;genetic differentiation(Gst)was 0.042;gene flow(Nm)
was 0.014 98.
Key words:Ribes meyeri;cpDNA psbA-trnH;genetic diversity
  茶藨子属植物分布很广,在全世界约有160多
个种[1-2]。我国有59种,30个变种,青海省有11
种,1个变种[3]。五裂茶藨子(Ribes meyeri),又称
麦氏茶藨,虎耳草科(Saxifragaceae)茶藨子属(Ri-
bes)[4]。其在青海主要分布在乐都、湟源、互助、大
通、祁连、门源、兴海等地平均海拔3 500m以下的
山坡林下、溪流两岸,总资源量有3 376hm2[5]。茶
藨属植物属浆果资源,被称为第3代新型果树[6]。
此外,贾健辉[7]等通过研究东北茶藨子 (Ribes
mandshuricum)与山药制得的复合饮料,发现其具
有色泽协调、口感润滑、酸甜适口、营养丰富等特点。
茶藨子的嫩叶、芽和花用沸水冲,可代茶饮用,并且
其具有明目、润肝、强心、清热、利尿、抗菌之功能[8]。
虽然野生五裂茶藨子资源丰富、利用价值高,但在青
海地区其分布范围广,并且大多处于野生状态,目前
还没有对茶藨子植物进行人工栽培的研究和开发。
因而合理开发、引种、驯化五裂茶藨子,加快研究其
繁育技术,全面综合利用其价值,不仅可为独特的高
原生态景观的形成提供又一植物资源,还必将产生
更大的生态效益、经济效益和社会效益。
植物叶绿体DNA在某些非编码区存在相对高
的核苷酸置换率[9],使其在植物种间和种内都表现
出较高的遗传变异[10]。故而,近些年来,叶绿体
DNA在植物遗传结构评价和居群遗传多样性研究
等领域得到广泛应用。本课题组应用筛选的通用引
物psbA-trnH 对青海不同地理居群五裂茶藨子的
叶绿体DNA psbA-trnH 序列进行研究,深入评价
五裂茶藨子居群的居群遗传结构和遗传多样性,为
青海该植物的科学分类提供一定的分子基础,为筛
选优良的五裂茶藨子种质资源以及其优质资源的规
范化种植开发提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 材料
按照五裂茶藨子植物的分布范围,在保证采集
地点不重复、每一居群样品采集个体间保持足够远
的距离,同时保证所选的每个样品植株具有良好的
园艺性状,以利于后期的引种栽培,随机从每一个居
群随机选取8~12个样品(表1),采集其幼嫩叶片
并快速放入变色硅胶中干燥、备用。
表1 五裂茶藨子采样信息
Table 1 The sample information of R.meyeri
居群编号 采集个体数 采集地
ZDJW1  9 青海乐都上北山林场
ZDJW2  8 青海互助黑龙沟
ZDJW3  11 青海互助浪士当
ZDJW4  8 青海大通宝库
1.2 DNA提取与质量检测
DNA的提取是进行后续试验的基础,高质量、
高浓度的总基因组提取物是后续实验的保障。本试
验采用改进的CTBA法提取总DNA[11-12]。吸取提
取的基因组 DNA 4μL,加入2μL的溴酚蓝指示
剂,配制浓度为1%琼脂糖凝胶(含溴化乙锭);在
DYY25型双稳电泳仪下,使用110V左右的恒定电
压电泳30min;其电泳缓冲液是pH8.0的1×TAE
溶液;电泳结束后于Bio-RAD凝胶成像系统上观察
并拍照,以检测提取结果。
1.3 引物筛选
在试验前期阶段曾选择cpDNA psbA-trnH、
cpDNA trnS-G、cpDNA rpl20-rps12引物进行扩增,
结果显示青海不同地理居群的野生五裂茶藨子cp-
DNA trnS-G序列的差异不明显,不能有效地将青
海不同地理居群的野生五裂茶藨子分开。而cpD-
NA rpl20-rps12序列扩增体系不稳定,增加了试验
的难度,同时也增加了成本,也不适用于青海不同地
理居群的野生五裂茶藨子。经对比,最终选择对青
海不同地理居群的野生五裂茶藨子特异性较强的
cpDNA psbA-trnH序列。
1.4 PCR扩增和测序
根据张得钧[13]等关于青海栽培黄管秦艽的叶
绿体DNA psbA-trnH核苷酸变异和遗传分析文献
筛选采用通用引物“psbA”和“trnH”扩增叶绿体
DNA psbA-trnH序列;反应在实验室用PCR扩增
仪上进行。PCR反应总体系为25μL,共包含2.5
μL 10×PCR buffer,0.2μL 2.5mmol·L
-1 dNTP
(含 Mg2+),正反引物各1μL,0.2μL(5U)Taq
DNA聚合酶,0.5μL DNA模板和19.6μL三蒸
水。该反应PCR扩增的程序为:94℃,4min;94℃,
50s;58℃,50s;72℃,50s;共35个循环;72℃,
7min;得到的PCR产物先用1%的琼脂凝胶进行
电泳,然后用紫外凝胶成像系统进行成像拍照,观察
结果。最终挑选成像效果较好的PCR扩增产物送
北京三博远志生物技术有限责任公司进行双向测
序。
1.5 数据处理
所测得的DNA序列先应用CLUSTALX软件
进行对位、校正。完成后使用 MEGA软件[14]计算
其(G+C)含量。同时,使用DnaSP 5.0软件[15]统
计其相应的变异位点和单倍型,并计算其相关生
物遗传学数值。最后,应用 TCS 1.2软件[16]构
建cpDNA psbA-trnH 片段的单倍型网络图。同
时,应用PAUP*4.0b10[17]对cpDNA psbA-trnH
片段的单倍型做最大简约性分析,检验构建的单
倍型网络图。
2 结果与分析
2.1 基因组DNA提取结果
由图1可以看出,所提取的DNA较为完整,说
明CTAB法用于提取五裂茶藨子基因组DNA是合
适的,提取的DNA用于后续的PCR扩增。
图1 五裂茶藨子总DNA部分样品提取结果
Fig.1 DNA extraction results of parts of R.meyeri
2.2 PCR扩增结果
以提取的五裂茶藨子总DNA为模板,用通用
引物psbA-trnH 进行PCR扩增,通过电泳检测表
明,扩增得到的PCR产物特异性高,目标片段长度
711第4期 马明呈 等:青海五裂茶藨子叶绿体DNA psbA-trnH序列的遗传变异研究
在400bp左右(图2)。
图2 五裂茶藨子DNA扩增结果
Fig.2 DNA amplification results of R.meyeri
2.3 序列变异分析
首先,对青海不同地理居群五裂茶藨子36个样
品的叶绿体DNA psbA-trnH非编码区片段进行测
序,通过序列比对发现序列长度介于377~400bp
之间,且其中碱基频率出现明显偏差,T含量最高,
(A+T)含量为72.1%,明显高于其(C+G)含量。
通过试验共检测到11种单倍型,进行序列比对后共
发现有38个变异位点(表2),包括23处插入/缺失
和15处碱基替换。其中23处插入/缺失分别是6、
25、30、69、70、71、72、73、74、81、247、248、249、250、
251、252、253、254、255、256、257、258、382bp位点
处的单碱基插入/缺失;15处替换:23bp(C-T)、128
bp(A-T)、158bp(G-T)、278bp(A-C)、280bp(C-
G)、340bp(G-T),各有1个碱基替换;7bp(A-T)、
149bp(A-G)、194bp(G-A)、281bp(A-C)、305bp
(A-C)、342bp(G-T)、358bp(A-T)、176bp(G-T),
各有2个碱基替换;16bp(C-T)处有3个碱基替换。
表2 单倍型序列的变异位点
Table 2 Variable sites within the aligned sequences



变异位点/bp
6 7



































































































H1 - T C C - T - - - - - - T A G T G A T A A A A A A A A A G A C G A A T G A G 2
H2 - T C C T T - - - - - - T A G T G A T A A A A A A A A A G A C G A A T G A G 2
H3 - T T C T T - - - - - - T A G T G A T A A A A A A A A A G A C G A A T G A G 2
H4 - T T C - T - - - - - - T A G T G A T A A A A A A A A A G A C G A A T G A G 1
H5 - A T C - - - - - - - - - A G T G A T A A A A A A A A A G A C G A A T G A G 1
H6 - A C C - - - - - - - - - A G T G A T A A A A A A A A A G A C G A A T G A G 1
H7 A T C C T T - - - - - - T A G T G A T A A A A A A A A A G A C G A A T G A G 20
H8 A T C T T T - - - - - - T A G T G A T A A A A A A A A A G A C G A A T G A - 1
H9 A T C C T T - - - - - - T A G T G A T A A A A A A A A A G A C G A A T G A - 1
H10A T C C T T A A T T T C T A A T T G T A A A A A A A - - - - A C C C G T T G 4
H11A T C C T T A A T T T C T T A G T G - - - - - - - - - - - - C G C C T T T G 1
注:“-”表示碱基缺失。
2.4 遗传分化分析
利用 TCS1.2软件构建了cpDNA psbA-trnH
的单倍型网络图,并用PAUP 4.0b10软件构建了
单倍型的亲缘关系图(图3)。
图3 单倍型网络和亲缘关系
Fig.3 Network of haplotype and relationship
图3可以看出,位于分支外部的古老单倍型
H11仅分布在ZDJW2居群中,为分布范围最窄、出
现频率较低的单倍型。单倍型 H7 分布范围最广,
出现频率最高。
遗传多样性的分析结果(表3)表明,总的种群
遗传多样性为0.684 1,青海不同地理居群五裂茶藨
子中ZDJW4的单倍型多态性最高,为0.464 3;而
ZDJW4的核苷酸多态性最低,为0.023 33。居群遗
传分 化 系 数 Gst 为 0.042,基 因 流 Nm 的 值 为
0.014 98,表明总遗传变异中,存在于居群内的系数
为95.8%;Nm<1,表明青海不同地理居群五裂茶
藨子间交流较少,居群间的遗传分化较大。
3 结论与讨论
J.Petit[18]等通过分析不同植物居群的遗传多
样性发现,植物平均cpDNA遗传多样性为0.67。
811 西北林学院学报 30卷 
表3 单倍型分布和遗传多样性指数
Table 3 Distribution of haplotype and indexes of genetic diversity
居群编号
单倍型在不同居群中的分布
n  H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7 H8 H9 H10 H11 H  h  p
ZDJW1  9  0  0  0  0  0  1  5  1  0  2  0  4  0.694 4  0.023 33
ZDJW2  8  0  0  0  0  0  0  6  0  1  0  1  3  0.464 3  0.017 50
ZDJW3  11  0  2  0  0  0  0  7  0  0  2  0  3  0.581 8  0.017 18
ZDJW4  8  2  0  2  1  1  0  2  0  0  0  0  5  0.892 9  0.005 90
总和 0.684 1  0.007 57
注:n:序列数;H:单倍型数;h:单倍型多态性;p:核苷酸多态性。
本课题组通过对青海不同地理居群五裂茶藨子
36个个体的psbA-trnH序列分析,发现青海不同地
理居群五裂茶藨的单倍型多态性水平为0.684 1,高
于植物平均水平。有研究表明,栽培白术的遗传多
样性高于人参、黄芩、地黄等草本药材,并且在国内
草本 药 材 中 处 于 较 高 的 水 平[19]。同 时,S.
Wright[20]认为,如果群体间的基因流(Nm)<1,那
么有限的基因流便是促使群体发生遗传分化的主要
原因;当基因流(Nm)>1时基因流是居群间遗传结
构分化的主要原因。该研究发现青海不同地理居群
五裂茶藨子的基因流Nm(0.057 72)<1,基因交流
程度较低,因而,居群之间的遗传变异较大。这可能
由青海不同地理居群五裂茶藨子的繁育系统决定
的,青海不同地理居群五裂茶藨子为落叶,稀常绿或
半常绿灌木,生长于平均海拔3 500m以下的山坡
林下、溪流两岸。
通过对青海不同地理居群五裂茶藨子的cpD-
NA psbA-trnH序列变异的研究发现,青海不同地
理居群五裂茶藨子具有丰富的遗传多样性,并且其
变异主要发生于居群内;同时,青海不同地理居群五
裂茶藨子的遗传多样性评价可选择cpDNA psbA-
trnH序列分析。青海不同地理居群五裂茶藨子保
持较高的遗传多样性是保证茶藨子药材优良品种选
育的基础,应加强保护;同时,青海不同地理居群五
裂茶藨子的独特的繁育特性不利于其优质品种的保
持,应进一步加深其营养繁殖的研究。建议从青海
现有的野生五裂茶藨子中选育其优良种质,通过规
范化种植可为市场提供更多的优质茶藨子药材,从
而达到保护野生茶藨子资源的目标。
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1978.
《山地森林生态采运理论与实践》
周新年 著
(普通高等教育“十二五”规划教材,中国林业出版社,2015年10月)
著者(二级教授,福建农林大学、东北林业大学博士生导师,《森林与环境学报》常务副主编)在其积累的
山地森林生态采运科研、教学和工程实践丰富经验与大量的国内外最新资料基础上,结合自己40年来从事
数十项科研和撰写数百篇学术论文,进行认真分析、归纳、探索、提炼与升华,形成一部学术专著性教材。
本书以森林生态理论与技术指导山地森林采伐、木材集材与运材作业,为使森林既得到可持续利用、采
伐和更新,又促进其生态系统的健康与稳定。书的内涵主要包含林分和景观两大内容。在撰写过程中,注重
山地森林生态采运理论与实践的紧密结合,注重理论与技术及其推广,注重设置典型样地与长期固定样地试
验,合理制定试验方案与试验方法、科学试验测试与试验分析,归纳试验结论与试验讨论等。总结了山地森
林生态采运研究进展、存在问题及其对策,并指出了研究前景,重点研究山地人工林生态采运作业系统、山地
天然林生态采运作业系统和森林生态采运工程设计计算机系统三大部分。
本书适用于林业工程、林学、生态学、风景园林学、生物学、地理学、农林经济管理、机械工程、交通运输工
程、土木工程、环境科学与工程等学科的高等院校本科生与硕(博)士研究生在相关课程使用,也可供相关学
科的科研、工程设计和管理人员参考。
021 西北林学院学报 30卷