全 文 ：植物分类学报 46 (1): 32–40 (2008) doi: 10.3724/SP.J.1002.2008.07026
Journal of Systematics and Evolution (formerly Acta Phytotaxonomica Sinica) http://www.plantsystematics.com
基于叶绿体DNA trnL-F序列研究肋果沙棘的谱系地理学
1,2,3孟丽华 1杨慧玲 2吴桂丽 1,2王玉金*
1(中国科学院西北高原生物研究所高原生物适应与进化重点实验室 西宁 810008)
2(兰州大学生命科学学院干旱与草地重点实验室 兰州730000)
3(中国科学院研究生院 北京 100049)
Phylogeography of Hippophae neurocarpa (Elaeagnaceae) inferred from
the chloroplast DNA trnL-F sequence variation
1,2,3Li-Hua MENG 1Hui-Ling YANG 2Gui-Li WU 1,2Yu-Jin WANG*
1(Key Laboratory of Adaptation and Evolution of Plateau Biota, Northwest Plateau Institute of Biology, Chinese Academy of Sciences,
Xining 810008, China)
2(MOE Key Laboratory of Arid and Grassland Ecology, School of Life College, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China)
3(Graduate School of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)
Abstract The topological effect of the Qinghai-Tibetan Plateau during the Quaternary climatic oscillation must
have important effects on spatial distribution and genetic structure of organisms distributed there. At the same
time, the ecological niches provided by the uplifts of the plateau and the following Quaternary climatic changes
may have promoted morphological differentiation and speciation of plants occurring there. The plateau endemic
Hippophae neurocarpa (Elaeagnaceae) is a dominant shrub species along the streams or rivers and it also occurs
in the semiarid ecosystem. This species is recognized as two separate subspecies, i.e. ssp. neurocarpa and ssp.
stellatopilosa, mainly according to the appendages on leaves and different habitat preferences. The former is
characteristic of scale-like appendages on the leaves and distributed in the drier and colder habitats while the latter
has stellate hairs with a preference of occurring in the wetter and warmer habitats. It is interesting to know
whether the morphological sub-speciation of H. neurocarpa is correlated with the intra-specific chloroplast phy-
logeny. In addition, this species also provide a good proxy to test the hypothesis that a few cold- or dry-tolerating
species survive in the high altitude region of the plateau during the Quaternary glacial stages. In this study, we
examined chloroplast trnL-F sequence variation from both subspecies of H. neurocarpa. The chloroplast genome
was found to be maternally inherited in Hippophae and the intraspecific genealogy may reflect the maternal line-
age sorting between both subspecies. A total of eight haplotypes were recovered through sequencing 70 individu-
als from 14 populations. One was shared by both subspecies, and four and three were only found in ssp. neuro-
carpa and ssp. stellatopilosa respectively. These findings suggested that two subspecies did not show genealogical
concordance with morphological differentiation in this fragment. The constructed nested cladogram classified
eight haplotypes into three lineages: one consisted of endemic haplotypes of ssp. neurocarpa and the other two
included haplotypes from both subspecies with those of ssp. neurocarpa at the tip positions. In addition, the
unique haplotypes recovered in the high altitude suggested that this species might have survived in these arid
habitats. The contiguous range expansion was detected from these different refugia.
Key word contiguous range expansion, cpDNA, Hippophae neurocarpa, phylogeography, Qinghai-Tibetan
Plateau, refugia, sub-speciation, trnL-F.
摘要 由于青藏高原的地理效应, 第四纪冰期气候的反复变化应对现今该地区生物的地理分布及其居群遗传结构产生重大
影响。肋果沙棘Hippophae neurocarpa是青藏高原地区的一个特有种, 根据叶上的附属物(星状鳞毛或者鳞片状鳞毛)分为两个
亚种: 肋果沙棘亚种subsp. neurocarpa和密毛肋果沙棘亚种subsp. stellatopilosa。依据母系遗传的叶绿体DNA片段对该物种谱
系地理学进行研究不仅能阐明该物种冰期避难所, 而且对于理解两个亚种的母系分化也具有重要意义。共对两个亚种14居群
的70个个体的trnL-F序列进行了测序, 共发现8种单倍型, 其中5种单倍型出现在肋果沙棘亚种中, 4种出现在密毛肋果沙棘亚

———————————
2007-02-12收稿, 2007-04-20收修改稿。
* 通讯作者(Author for correspondence. E-mail: yujinwang@gmail.com)。
孟丽华等: 基于叶绿体 DNA trnL-F 序列研究肋果沙棘的谱系地理学

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种中, 两个亚种共享一种单倍型。种内谱系分化与两个亚种形态上的分化不一致。嵌套进化分支把8种单倍型分为三支: 一支
为肋果沙棘亚种, 其他两支中两个亚种单倍型嵌套组成, 且肋果沙棘亚种处于进化末端。我们的研究结果还表明肋果沙棘在
冰期可能在高海拔地区存在多个避难所, 并且存在来自避难所的邻域扩张。
关键词 邻域扩张; 叶绿体DNA; 肋果沙棘; 谱系地理学; 青藏高原; 避难所; 亚种分化; trnL-F序列
植物对环境与气候变化的响应表现为表型、
生理和地理分布区的改变以及适应性进化(或者
新的物种产生)(Etterson & Shaw, 2001)。物种分布
区的变化不可避免地影响种群的遗传结构(Hartl
& Clark, 1997); 因此, 对一个种群遗传结构的研
究可以追溯植物种群的历史分布过程(Abbott et
al., 2000; Hewitt, 2000; Petit et al., 1997, 2003,
2004)。以此为主要研究目的发展起来的谱系地理
学(phylogeography), 还将物种分化和基因谱系的
筛选作为其主要内容之一(Newton et al., 1999;
Avise, 2000)。青藏高原是全世界最高最大的高原,
海拔高度平均在4500 m以上, 是全球气候与环境
变化最为强烈的地区(施雅风等, 1998)。尽管该地
区在冰期没有像欧洲、北极或者北美发生大规模
的冰盖, 但在冰期产生的区域地理气候必将对青
藏高原地区和周围地区分布的动植物产生重要影
响, 造成物种的消退或扩张以及形态分化。通过
对该地区一些森林物种的研究发现, 他们的种群
遗传结构明显存在环境变迁带来的遗传痕迹
(genetic signature)(Song et al., 2003; 杨瑞等 ,
2005; 张茜等, 2005; Zhang et al., 2005)。
肋果沙棘Hippophae neurocarpa S. W. Liu &
T. N. He主要分布在青藏高原的高海拔地区, 包
括青海、西藏、四川和甘肃4个省份。该物种在形
态上可明显分为两个亚种 : 密毛肋果沙棘ssp.
stellatopilosa和肋果沙棘ssp. neurocarpa (廉永善,
2000)。它们之间的主要区别在于: 前者叶片下面
密被星状鳞毛, 叶缘明显反卷; 而后者叶片下面
密被鳞片状鳞毛, 叶缘通常平展。两个亚种的分
布格局比较特殊: 密毛肋果沙棘主要分布在高原
南边, 而肋果沙棘分布在高原北面。高原从南到
北不仅存在温度的递减, 而且还存在降雨量的差
异(施雅风等, 1998)。两个亚种形态分化是否具有
相应的遗传谱系分化是令人十分感兴趣的问题。
更为重要的是高海拔分布的该物种应对气候变迁
的响应更为显著, 在第四纪全球气候震荡中可能
存在比较明显的种群大小和分布范围变化, 因而
十分适合作为该地区的一个模式种来研究高山植
物的谱系地理学。
DNA测序技术是目前谱系地理学研究中运
用最广的技术之一(Chiang et al., 2001)。而植物谱
系地理学研究中主要集中研究叶绿体DNA
(chloroplast DNA, cpDNA)片段: 该基因组具有分
子量小、单亲遗传、多拷贝、结构简单及碱基序
列重组少等特点, 有利于进行遗传分析(Clegg et
al., 1994)。此外, 植物叶绿体基因的某些区域, 特
别是一些非编码区域存在相对较高的核苷酸置换
率(Hamilton, 1999), 不仅适合于重建物种之间的
亲缘关系(Liu et al., 2002, 2006; 王玉金等, 2004;
Wang et al., 2005, 2007), 同样也适合于种内的谱
系地理学(Zhang et al., 2005, 2006)。沙棘属的
cpDNA是母系遗传(Bartish et al., 2002, 2006), 因
而利用该DNA片段构建的谱系地理学分布格局
可用来阐明以种子作为传播途径的种群变化。在
本研究中, 我们对肋果沙棘2个亚种14个种群70
个个体的cpDNA trnL-F片段进行了测序, 主要目
的是通过初步取样的研究, 回答如下两个关键问
题: (1)该物种是否在冰期以及冰期后的气候变迁
中存在强烈的种群动态变化？(2)两个亚种是否
存在明显的遗传分化, 具有不同的单倍型?
1 材料和方法
1.1 样品采集
青藏高原地区的肋果沙棘原始灌木林, 每个
居群内取样个体之间至少间隔100 m, 按分布可
以分为两个地理区域: 包括高原北部的7个居群
(居群1–7, 为肋果沙棘亚种的居群)和南部的7个
居群(居群8–14, 为亚种密毛肋果沙棘的居群),
每个居群初步取样5个, 共70个个体(表1)。野外采
集叶片, 硅胶迅速干燥后带回实验室。肋果沙棘
两个亚种在四川西北部都有分布, 但亚种之间的
形态分化不明显, 从形态上看可能存在亚种之间
的杂交。更为重要的是, 这里分布的两个亚种
植物分类学报 Journal of Systematics and Evolution 2008 46 卷 1 期 34
表1 肋果沙棘材料来源(1–7, 肋果沙棘; 8–14, 密毛肋果沙棘)及叶绿体trnL-F单倍型在各居群中的个体数, 单倍型多样性指数(h)及核苷酸
多样性指数(π)
Table 1 Origin of materials, individuals of haplotype, estimates of haplotype diversity (h) and nucleotide diversity (π) in the 14 populations (1–7,
ssp. neurocarpa; 8–14, ssp. stellatopilosa) of Hippophae neurocarpa


与中国沙棘H. rhamnoides L.存在比较频繁的杂交
和基因流(Sun et al., 2002, 2003, 2006), 因而对于分
析肋果沙棘两个亚种之间的分化以及利用单倍型多
样性来推导冰期避难所存在问题。因此本文的研究
未包括这些居群, 所选择的居群在形态上都是能非
常明显地区分为两个亚种, 不存在形态上的过渡性
的材料。
1.2 实验方法
1.2.1 DNA分析 依据CTAB法(Doyle & Doyle,
1987)从硅胶干燥的叶片中提取总DNA。对cpDNA
的 trnL-F 区段进行 PCR 扩增 , 使用通用引物 c
(CGAAATCGGTAGACGCTACG) 和 f (ATT-
TGAACTGGTGACACGAG) (Taberlet et al., 1991)。
PCR反应体系在25 µL体积中进行, 包括植物DNA
10–40 ng, Tris-HCl 50 mmol/L, MgCl2 1.5 mmol/L,
BSA 250 µg, dNTPs 0.5 mmol/L及正反引物各6.25
pmol和Taq DNA聚合酶0.75单位。反应程序如下:
先在94 ℃条件下变性4 min, 接以94 ℃ 50 s, 52
℃ 50 s, 72 ℃ 1.30 min, 循环32次, 最后在72 ℃
条件下延伸7 min。扩增得到的PCR产物用CASpure
PCR Purification Kit纯化试剂盒(上海中科开瑞生物
芯片科技股份有限公司)按被推荐的步骤纯化; 用
于序列测序的引物是可以测定整个扩增trnL-F区段
的 , 与 扩 增 引 物 相 同 ; 用 Amersham 公 司 的
DYEnamic Dye Terminator Cycle Sequencing Kit进
行测序PCR扩增, 条件为: 94 ℃ 15 s, 50 ℃ 15 s,
60 ℃ 90 s, 循环25次。产物用Amersham公司的
Autoseq 96 Plates纯化 , 在MegaBACE 500 DNA
Analysis System (Amersham Biosciences)上进行测
序。共对70个个体进行了PCR扩增片段的全序列测
序(每个居群测序的个体数目见表1)。用CLUSTAL
X (Thompson et al., 1997)软件对测定的序列进行对
个体数 No. of individuals 居群号
Popula-
tion No.
采样地
Locality
纬度
Latitude
经度
Longitude
海拔
Alt. (m)
样本数
n H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7 H8
单倍型多样
性指数
h
核苷酸多样
性指数
π
1 四川石渠
Shiqu, Sichuan
32º59′ 098º20′ 3970 5 0 2 0 0 0 0 0 3 0.6000 0.1000
2 青海玛沁
Maqên, Qinghai
34º34′ 099º54′ 3750 5 0 0 3 0 2 0 0 0 0.6000 0.0545
3 青海祁连
Qilian, Qinghai
38º08′ 100º39′ 3100 5 0 0 3 2 0 0 0 0 0.6000 0.0545
4 青海天峻
Tianjun, Qinghai
37º15′ 099º06′ 3370 5 0 0 5 0 0 0 0 0 0.0000 0.0000
5 青海格尔木
Golmud, Qinghai
35º53′ 093º51′ 4030 5 0 0 5 0 0 0 0 0 0.0000 0.0000
6 青海曲麻莱
Qumarlêb, Qinghai
34º52′ 095º49′ 4070 5 0 5 0 0 0 0 0 0 0.0000 0.0000
7 甘肃玛曲
Maqu, Gansu
34º06′ 101º41′ 3340 5 0 0 4 1 0 0 0 0 0.4000 0.0364
8 青海玉树
Yushu, Qinghai
33º01′ 097º06′ 3620 5 0 5 0 0 0 0 0 0 0.0000 0.0000
9 青海玉树
Yushu, Qinghai
32º39′ 096º36′ 3960 5 0 0 0 0 0 5 0 0 0.0000 0.0000
10 青海囊谦
Nangqên, Qinghai
32º21′ 096º26′ 3680 5 0 0 0 0 0 3 2 0 0.6000 0.0545
11 西藏类乌齐
Leiwuqi, Xizang
31º12′ 096º36′ 3800 5 4 0 0 0 0 1 0 0 0.4000 0.0364
12 西藏类乌齐
Riwoqê, Xizang
31º11′ 096º29′ 3950 5 4 0 0 0 0 1 0 0 0.4000 0.0364
13 西藏江达
Jomda, Xizang
31º22′ 096º21′ 3920 5 5 0 0 0 0 0 0 0 0.0000 0.0000
14 西藏丁青
Dêngqên, Xizang
31º28′ 095º25′ 4190 5 2 0 0 0 0 3 0 0 0.6000 0.0545
孟丽华等: 基于叶绿体 DNA trnL-F 序列研究肋果沙棘的谱系地理学

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位排序, 并加以手工校对。
1.2.2 数据处理 基因的遗传多样性HS和HT (分别
为居群内和居群间平均遗传多样性)以及居群遗传
分化GST和NST值(Raymond & Pousset, 1995)等依照
Pons和Petit (1996)所描述的方法, 用程序PERMUT
计算。居群间的NST值用1000次置换进行置换检验
(Burban et al., 1999)。我们利用这些多样性计算结果
检验单倍型变异的地理分布模式。
应用ARLEQUIN软件包(version 3.0; Excoffier
et al., 2005)对全部居群和两区域(两亚种的分布区)
的单倍型指数h (Nei, 1987), 核苷酸多样性指数π以
及中性检验统计值进行计算。为了推导目前的居群
结构和居群历史, 根据Templeton等(1992)所给出的
原理创建单倍型的系统嵌套分支图。利用GEODIS
(version 2.4; Posada et al., 2000)进行嵌套分支分析
(NCA)。
2 结果
对14个居群70个个体(每个居群5个)进行了叶
绿体非编码DNA trnL-F片段的全序列测定; 通过排
序发现, 所有个体的序列长618–622 bp; 碱基序列
分析结果显示, 共存在8种单倍型, 即H1–H8 (如表
2; GenBank注册号: AYD14056– AYD14065)。这8种
单倍型是由7个位点的差异引起的。在165、334、431、
556、588和605位点处分别发生了一个碱基的替换
(C↔T, C↔T, A↔T, C↔T, C↔A, C↔T), 在559位
点处发生了一个5 bp的插入或者缺失。
每一个居群单倍型的地理分布情况见图1。高原
北部的居群(居群1–7, 亦即肋果沙棘亚种的居群)
共有5种单倍型, 分别是H2、H3、H4、H5和H8, 单
倍型H3占有绝对优势, H5、H8仅分别在居群2和1中
出现; 高原南部的居群(居群8–14, 即亚种密毛肋果
沙棘的居群)共有4种单倍型, 分别是H1、H2、H6和
H7, 单倍型H1和H6分布较为广泛, H7只在居群10


表2 肋果沙棘trnL-F 8种单倍型之间的序列区别
Table 2 The trnL-F sequence difference among the eight recovered haplotypes in Hippophae neurocarpa


表3 肋果沙棘两个亚种遗传多样性
Table 3 Genetic diversity of two subspecies in Hippophae neurocarpa
多样性参数
Diversity parameters
种
species
肋果沙棘亚种
ssp. Neurocarpa
密毛肋果沙棘亚种
ssp. stellatopilosa
HS 0.300 (0.0749) 0.314 (0.1143) 0.286 (0.1056)
HT 0.847 (0.0280) 0.676 (0.1296) 0.726 (0.0824)
GST 0.646 (0.0867) 0.535 (0.1648) 0.606 (0.1767)
VS 0.123 (0.0348) 0.112 (0.0408) 0.171 (0.0765)
VT 0.793 (0.0581) 0.710 (0.1965) 0.603 (0.1655)
NST 0.845 (0.0466) 0.842 (0.0732) 0.716 (0.1605)
NST -GST 0.199** 0.307** 0.110**
** 表示在P < 0.01的水平上与零是有显著性差异的。
** significantly different from 0 (P<0.01).
核苷酸位点 Site 单倍型
Haplotype 1
6
5
3
3
4
4
3
1
5
5
6
5
5
9
5
8
8
6
0
5
H1 C C A T GTGAT C T
H2 T C T T – A T
H3 C T T C GTGAT A T
H4 T T T C GTGAT A T
H5 C T T C GTGAT A C
H6 C C T T GTGAT C T
H7 T C T T GTGAT C T
H8 C C T T – A T
植物分类学报 Journal of Systematics and Evolution 2008 46 卷 1 期 36
38°
32°
102°94°
H1
H8
H7
H6
H5
H4
H3
H2
3
4
2
7
5
6
1
8
9
10
14
12
11
13


图1 肋果沙棘两个亚种(1–7, 肋果沙棘亚种; 8–14密毛肋果沙棘亚种)取样居群的地理分布及相应的单倍型
Fig. 1. The sampled populations (1–7, ssp. neurocarpa; 8–14, ssp. stellatopilosa) and the recovered haplotypes in Hippophae neurocarpa in the
present study.


中存在; 8种单倍型中仅有单倍型H2共存于两个地
区, 亦即两个亚种共享。
由ARLEQUIN计算出每个居群的h, 平均值为
0.30 (0.00–0.60); π平均值为0.0305 (0–0.0545) (表1,
4)。中性检验见表4, 在划分的3个组中, 无论Tajima
还是Fu和Li的检验值D或者D*均不违背零假设, 表
明trnL-F片段在肋果沙棘中呈中性进化(Fu, 1997)。
在肋果沙棘的14个居群中, 居群内平均遗传多样性
HS (se)为0.300 (0.0749), 居群间总的平均遗传多样
性HT (se)为0.847 (0.0280), 总的居群遗传变异GST
(se)值为0.646 (0.0867), NST (se)值0.845 (0.0466), 且
NST与GST之间具有显著性差异(NST>GST, P<0.01)。
在肋果沙棘亚种的7个居群中(图1, 居群1–7), HS
(se)为0.314 (0.1143), HT (se)为0.676 (0.1296), GST
(se)值为0.535 (0.1648), NST (se) 值为0.842 (0.0732),
其NST与GST之间有显著性差异(NST>GST, P<0.01)。
在密毛肋果沙棘的7个居群中(图1, 居群8–14), HS
(se)为0.286 (0.1056), HT (se)为0.726 (0.0824), GST
(se)值为0.606 (0.1767), NST (se)值0.716 (0.1605), 其
NST与GST也是有显著性差异(NST>GST, P<0.01)。
叶绿体单倍型的嵌套分支图有4个第一水平上
的分支(图2)。其中分支1-1、1-2、1-3是由8种单倍
型组成, 而1-4是其假定的祖先型。地理与遗传关系
模式的检验估算出的地理距离参数(如表5)表明在
分支1-2中存在近距离的扩张, 但因取样不足, 在所
有分支基础上不能判定是居群破碎化, 扩张还是
孟丽华等: 基于叶绿体 DNA trnL-F 序列研究肋果沙棘的谱系地理学

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表4 肋果沙棘单倍型多样性指数(h), 核苷酸多样性指数(π)以及中性检验统计值
Table 4 Haplotype diversity (h), nucleotide diversity (π) and neutral test statistics in two subspecies of Hippophae neurocarpa
居群数 No. of populations
单倍型数
No. of haplotypes

h

π

Tajima’s D

Fu & Li’s D*
种
Species

14

8

0.3000

0.0305

0.2625

0.2430
亚种肋果沙棘
ssp. neurocarpa

7

5

0.3143

0.0351

0.4083

0.2812
亚种密毛肋果沙棘
ssp. stellatopilosa

7

4

0.2857

0.0260

0.1166

0.2047


表5 肋果沙棘单倍型嵌套分支分析
Table 5 Nested clade analyses of eight haplotypes recovered in Hippophae neurocarpa
Hap, 单倍型; I, 内部结点; I-T, 内部结点与末端结点之间距离的平均差异; Pos, 位置; “S”和“L”分别表示显著性小和大; T, 末端结点。
Hap, haplotype; I, inter node; I-T, the average difference between inter and tip nodes; Pos, position; “S” and “L”, significantly smaller or larger than
the corresponding values; T, tip.




图2 肋果沙棘8种叶绿体DNA单倍型的进化分支网络图(正方形和椭圆形分别表示在亚种肋果沙棘和密毛肋果沙棘得到的单倍型)
Fig. 2. The nested cladogram of cpDNA haplotypes in Hippophae neurocarpa (rectangle and elliptic squares indicating the haplotypes respectively
recovered in ssp. neurocarpa and ssp. stellatopilosa).
零步分支Zero-step 一步分支One-step
Hap Pos Dc P Dn P Clade Pos Dc P Dn P
H5 I 0.000 0.199 159.581 0.097
H4 T 203.282 0.097 240.334 0.097
I-T – –203.282 0.097 –80.753 0.097 1-1 T 208.033 0.289 399.482L 0.025
H2 I 128.495S <0.001 149.379S <0.001
H1 T 77.760S 0.001 313.058 0.352

H3 T 287.191 0.332 388.624L <0.001
I-T – –68.941 0.085 –206.860S <0.001
H7 I 0.000 0.170 21.590 0.052
1-2 T 303.423L 0.031 299.711L 0.034
H6 T 74.726 0.160 73.752 0.097
H8 T 0.000S 0.029 178.231L 0.002
I-T – –60.715 0.348 –71.751 0.052 1-3 T 85.369S <0.001 191.164S <0.001
1-4 I 0.000 1.000 0.000 <0.001
I-T – 0.000 <0.001 0.000 <0.001
植物分类学报 Journal of Systematics and Evolution 2008 46 卷 1 期 38
表6 根据嵌套分支分析检索得出的结论
Table 6 The inference from the nested clade analysis following the given keys


隔离分化影响了地理分布格局(表6)。
3 讨论
叶绿体DNA序列的变异速度慢(Chiang et al.,
2001), 通过cpDNA序列变异检测到的单倍型之间
的分化应早于第四纪气候变化最为强烈的时候, 特
别是最后一次冰期(Newton et al., 1997; Petit et al.,
1997, 2003, 2004)。我们对肋果沙棘的trnL-F非编码
区进行Tajima以及Fu和Li中性检验, 其结果符合中
性进化, 且有较高的核苷酸多样性指数(π = 0.0305,
表4), 同样表明该片段DNA变异鉴定的单倍型不是
由于种群变化或者选择压力, 特别是最后一次冰期
后扩张造成的; 这在沙棘属的其他物种也是如此
(Bartish et al., 2002, 2006; Sun et al., 2002, 2003,
2006)。叶绿体DNA的许多片段都具有这样的特点,
并在被子植物的一些物种中也得到验证, 因而其地
理分布式样可用来研究物种在第四纪冰期中的居群
动态变化(Demesure et al., 1996; Petit et al., 1997,
2004)。
我们的研究表明, 无论种内居群间的遗传分化
(GST = 0.646), 还是两个亚种内居群间的遗传分化
(肋果沙棘亚种, GST = 0.535; 亚种密毛肋果沙棘,
GST = 0.606)均非常大(表3), 表明居群间的种子基
因交流较小; NST显著大于GST则说明该物种单倍型
具有明显的谱系地理结构。青藏高原东北部的森林
植被在冰期可能已经大部分消失, 古孢粉检测表明
这一地区没有大规模的森林花粉(施雅风等, 1998),
说明高原上的森林即使存在, 在这一时期也已经严
重缩减; 肋果沙棘在这一时期也应该受到同样的影
响, 造成居群大小的变化或者物种分布范围的变
化。肋果沙棘单倍型的分布较为复杂, 从分布图(图
1)可以判断肋果沙棘可能存在多个高海拔地区的冰
期避难所, 如H1、H2、H6与H4、H5分别分布在不
同的地区, 未发现有居群包括所有主要的单倍型。
而H3在北边的多个居群出现, 则表明该单倍型可能
在冰期后发生了扩张过程。NCA结果(表5, 表6)支
持这一假设: 隔离分化是主要的分歧模式, 即存在
不同的避难所; 而在分支1-2中存在邻域扩张。但是,
许多单倍型的地理分布式样由于取样不足, 他们之
间的谱系地理分布的原因和机制仍然不清楚。
鉴定出的8种单倍型在两个亚种中的分布呈现
较大差异: 仅有单倍型H2共享, 此单倍型也只存在
于两个亚种交界的地区; 其他单倍型在两个亚种中
则是各自独有(图1)。这一结果显然说明这两个亚种
不存在分化明显的遗传谱系以及具有不同的单倍
型。嵌套进化分支分析表明所有的单倍型可组成三
支来源于假定的祖先型(图2): 一支为肋果沙棘亚
种, 另两支由两个亚种嵌套组成, 并且肋果沙棘亚
种的特有单倍型均处于分支末端。这一结果似乎表
明肋果沙棘亚种间母系分化不是一次形成的: 该亚
种特有的分支(1-1)中没有发现密毛肋果沙棘的祖先
单倍型, 则有可能是由于密毛肋果沙棘取样太少或
者祖先型已经在该亚种中灭绝造成的。这两个亚种
的分化与叶上附属物以及分布生境密切相关: 有可
能较潮湿环境下生长的密毛肋果沙棘亚种向北扩散
后, 在干旱的生境里, 由原来的星状鳞毛转变为鳞
片状鳞毛, 在对更为干旱环境的适应性进化中分化
出了肋果沙棘亚种。我们还需要指出的是这两个亚
种的叶绿体母系分化(即单倍型的产生)应该早于它
们种群在第四纪气候变迁中的分布范围改变之前,
而冰期种群分布波动过程中又可能造成两个亚种之
分支
Clade
卡方统计
Chi-square
statistic
概率
P
检索
Clade key
推论
Inferences
1-1 5.000 0.199 1-19NO 破碎化Allopatric Fragmentation
1-2 94.000 <0.001 1-2-11YES,12NO 邻域扩张Contiguous Range Expansion
1-3 23.539 0.003 1-2-3-5-15-16-18NO 取样不足Geographical Sampling Scheme Inadequate to Discriminate Between
Fragmentation, Range Expansion, and Isolation By Distance
整体 Total
cladogram
0.000 <0.001 1-2-3-5-15-16-18NO 取样不足Geographical Sampling Scheme Inadequate to Discriminate Between
Fragmentation, Range Expansion, and Isolation By Distance
孟丽华等: 基于叶绿体 DNA trnL-F 序列研究肋果沙棘的谱系地理学

39
间的杂交, 同样能导致两个亚种单倍型之间的相互
交错分布。目前的研究结果表明, 尽管研究居群的
形态特征各分化为两个明显的两个亚种, 但是母系
遗传谱系结构方面它们并不是各自为单系群。显然,
这一问题仍然有待进一步深入研究。总之, 我们的
初步研究结果表明肋果沙棘在冰期可能在高海拔地
区存在多个避难所; 两个亚种之间在母系遗传谱系
不存在明显分化的谱系结构, 而亚种的分化、特别
是叶表皮附属物的分化可能是适应性分化的结果;
从而表明该物种为将来研究适应性进化和形态分化
提供了一个极好的模式。
致谢 感谢刘建全教授帮助设计了野外实验, 指
导实验数据的整理和图表的制作, 特别是帮助修改
和撰写最后的论文。国家自然科学基金(30430560);
全国优秀博士论文专项基金; 西部之光项目; 中国
科学院西北高原生物研究所领域前沿项目。
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