全 文 ：第 35 卷第 2 期
2015年 1月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.35,No.2
Jan.,2015
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家自然科学基金项目(30530130, 41071031); 教育部博士点基金(新教师类)(2012021110200040); 兰州大学中央高校基本科研业
务费专项基金(lzujbky鄄2012鄄119)
收稿日期:2013鄄03鄄22; 摇 摇 网络出版日期:2014鄄03鄄25
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: naifaliu@ sohu.com
DOI: 10.5846 / stxb201303220487
宋森, 王小立, 周蓉, 王莹, 刘迺发.基于线粒体 DNA控制区的石鸡华北亚种的种群历史动态研究.生态学报,2015,35(2):280鄄289.
Song S, Wang X L, Zhou R, Wang Y, Liu N F. Demographic history of Alectoris chukar pubescens based on mitochondrial DNA control region. Acta
Ecologica Sinica,2015,35(2):280鄄289.
基于线粒体 DNA 控制区的石鸡华北亚种的种群历史
动态研究
宋摇 森1, 王小立2, 周摇 蓉1, 王摇 莹1, 刘迺发1,*
1 兰州大学生命科学学院,兰州摇 730000
2 南阳师范学院生命科学与技术学院,南阳摇 473061
摘要:隶属于鸟纲鸡形目雉科的石鸡是一个多型种,在我国已有 7个亚种被报道,其中石鸡华北亚种是我国的特有鸟。 用石鸡
华北亚种(Alectoris chukar pubescens)12个地理种群 112个样本的线粒体 DNA控制区(mtDNA CR)1154 bp序列的信息研究了石
鸡华北亚种的种群历史动态。 112个样本中共发现 28个变异位点,定义了 29 种单倍型,其中 12 个地理种群的 50 个样本共享
单倍型 H1,8个地理种群的 16个样本共享单倍型 H4。 地理种群间存在较大的基因流,且种群间没有由于地理距离产生隔离的
证据。 负的 Tajima(D= -1.336,P<0.05)和 Fu(Fs= -1. 720, P<0.05)统计检验值及错配分布的单峰模式都支持石鸡华北亚种经
历了种群扩张。 石鸡华北亚种大部分种群的错配分布与种群过去的扩张相一致,扩张发生在晚更新世中期的第五寒冷期
(0郾 027—0.06 Ma)。 推测其扩张的原因可能为:1)更新世期间我国北方地区没有发生大规模的冰川,2)青藏高原的隆升使我国
北方干旱化和荒漠化加剧利于石鸡种群的扩散。 武都(WD)位于东洋界,而石鸡是典型的古北界的鸟种,表明 WD种群可能是
石鸡在东洋界的一个建群种,因此需要给予充分的关注。
关键词:石鸡; 线粒体 DNA; 基因流; 种群扩张; 种群动态
Demographic history of Alectoris chukar pubescens based on mitochondrial DNA
control region
SONG Sen1, WANG Xiaoli2, ZHOU Rong1, WANG Ying1, LIU Naifa1,*
1 School of Life Sciences, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China
2 School of Life Science and Technology, Nanyang Normal University, Nanyang 473061, China
Abstract: The chukar partridge (Alectoris chukar, Aves, Galliformes) is a polytypic species, with 17 described subspecies
globally. Chukar partridge has a very wide distribution, ranging from east Balkans and the adjacent Mediterranean islands to
central Asia and up into northeastern China. There are seven described subspecies in China: A. c. pubescens, A. c. potanini,
A. c. ordoscensis, A. c. pallida, A. c. falki, A. c. dzungarica and A. c. pallescens. Of the seven subspecies, A. c. pubescens
and A. c. pallida are endemic to China. The region which chukar partridges inhabit includes two distinct climatic types, the
arid and semi鄄arid climate region in the west and temperate monsoon region in the east in China. Chukar partridge is a very
important hunting bird in northern China. Currently, populations of chukar partridges in this desert area are threatened by
hunting pressure and human persecution on the desert area of northern China. Previous studies have focused on the following
aspects, such as phylogeography, introgression and genetic structure. These studies sought to address the scarcity of
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demographic information on chukars, in particular the subspecies endemic to China, A. c. pubescens and A. c. pallida. The
present study employed a direct sequencing method to investigate the past demographic changes in 112 A. c. pubescens
specimens sampled from 12 populations. A total of 1154鄄bp sequences of mitochondrial DNA control region data were
sequenced, and 28 polymorphic sites defined 29 haplotypes. The most common haplotype, H1, was shared by 50 samples
from 12 populations and the second most common haplotype, H4, was shared by 16 samples which came from eight
populations. The gene flow estimate revealed that high gene flow occurs among the 12 populations. No evidence of isolation
by geographic distance among the populations was observed. The combination of low nucleotide and high haplotype
diversity, and the shape of the mismatch distributions both suggest that A. c. pubescens has undergone a recent population
expansion. The recent expansion hypothesis is also supported by the common haplotypes (H1 and H4) shared between
geographically distinct regions and by the non鄄significant mismatch distribution analysis indicating a demographic population
expansion. Neutrality tests also suggested that A. c. pubescens has undergone a population expansion. The combination of a
negative Tajima忆s D (D= -1.336, P<0.05), Fu忆s Fs (Fs= -1.720, P<0.05), and a unimodal of mismatch distributions
of A. c. pubescens are consistent with past population expansion. Our results revealed that most A. c. pubescens populations
experienced population expansion during 0.027—0.06 Ma. Based on the expansion time, we speculate that the expansion of
the chukar, occurring in the metaphase of the late Pleistocene (the fifth cold period), may have resulted from two reasons:
1) there were no large鄄scale glacier effect in north China during Pleistocene, 2) the uplift of the Qinghai鄄Tibet Plateau
resulted in the aggravation of the drought and desertification, both of which are suitable for population expansion of chukar
partridge. The chukar partridge inhabits Palearctic regions; however, the WD population, located in the Oriental realm,
may have been a founder population in this region. Therefore, this particular population should be treated as a stand鄄alone
management unit and further investigations into its ecology should be carried out.
Key Words: Alectoris chukar; mitochondrial DNA; gene flow; population expansion; population demography
随着似然法和溯祖法[1鄄4]与传统的种群遗传法[5鄄6]应用于基于单倍型分布的地理模式的研究,研究者可
以对有关种群进化如隔离、瓶颈效应、种群扩张、基因流和种群的分化程度等进行推测。 而种群历史的许多方
面可以从 DNA序列中进行推测[7鄄8]。 对 DNA序列进行系统遗传分析时会产生一棵树,当把种群地理分布的
信息附加到这棵树上时,就会显示出种群是经历了一个隔离的、随机交配的或者是部分联合的历史。 例如,不
同地点或区域的单倍型可能互为单系群,表明这些种群经历了一个隔离的历史。 溯祖分析可以进一步的显示
出种群增长和基因流的规模与方向的信息[9鄄10]。
石鸡(Alectoris chukar)分布广泛,从巴尔干半岛东部及地中海附近岛屿到中亚至我国东北均有分布[11鄄14],
具有重要的经济价值[15]和科研价值[16]。 石鸡亚种分化众多,在我国已报导的就有 7个亚种[17]。 石鸡华北亚
种(Alectoris chukar pubescens)为我国的特有亚种,分布于辽宁西部、河北、北京西山、山西、内蒙古东南部、山东
半岛、江苏云台山、安徽北部和四川北部[18]、甘肃东部和南部、陕西北部[11,19鄄20]。 近几年,对石鸡的研究主要
集中在以下几个方面:生活史[21鄄23],系统地理[24]、渐渗杂交[25鄄31]和遗传结构与保护[16,32鄄34]。
本文以我国石鸡华北亚种 12个地理种群 112个样本为材料,通过对石鸡线粒体 DNA控制区 1154 bp 序
列遗传信息的分析来探讨石鸡华北亚种的种群历史动态。
1摇 材料和方法
1.1摇 样本采集与 DNA提取、扩增和测序
从 12个地点采集到 112个石鸡肌肉或肝脏样本(表 1和图 1)。 采集的样本置于 95%的乙醇中带回实验
室后放在-20益冰柜中保存。 组织样本用蛋白酶 K 消化后采用标准的苯酚鄄氯仿法[35]提取总 DNA。 引物
PHDL(5忆鄄AGGACTACGGCTTGAAAAGC鄄 3忆) [36]和 PH1H(5忆鄄TTATGTGCTTGACCGA GGAACCAG鄄 3忆) [37]用于
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对线粒体 DNA控制区玉区和部分域区的序列进行扩增和测序,L400(5忆鄄ATTTATTGATCGTCCACCTCACG鄄
3忆) [37]和 PHDH(5忆鄄CATCTTGGCATCTTCAGTGCC鄄3忆) [36]用于对线粒体 DNA控制区部分域区和芋区的序列进
行扩增和测序。 测序模板的制备:PCR反应体积为 50 滋L,反应液中含 10 mmol / L Tris鄄HCl,pH 8.3,50 mmol / L
KCl,1.5 mmol / L MgCl2,Taq酶 1U,4种 dNTP 各 150 滋mol / L,两个引物各 10 pmol / L,DNA模板约 100 ng。 反
应在 PE9700型 PCR仪上进行。 循环参数为 95益预变性 4 min,然后 95益变性 40 s,56益退火 40 s,72益延伸
60 s,共 35个循环,最后 72益后延伸 10 min补齐。 序列测定由上海生工生物工程技术有限公司完成。
表 1摇 石鸡华北亚种 12个地理种群的单倍型信息及核苷酸与单倍型多样性
Table 1摇 The information of the sampling sites and haplotypes, nucleotide and haplotype diversity of 12 chukar populations
种群 /代码
Population / Code
地理位置
Location N Nh U F / % UF / % 仔 h
海阳 / HY 山东省海阳市 11 6 2 54.5 33.3 0.00154 0.800
围场 / HB 河北省围场县 5 4 3 80.0 75.0 0.00035 0.900
甜水 / TS 甘肃省环县 9 5 1 55.6 20.0 0.00116 0.833
曲子 / QZ 甘肃省环县 16 8 4 50.0 50.0 0.00124 0.800
庆城 / QCH 甘肃省庆城县 10 4 1 40.0 25.0 0.00127 0.778
桐川 / TC 甘肃省庆城县 9 6 3 66.7 50.0 0.00250 0.889
盘克 / PK 甘肃省宁县 15 3 0 20.0 - 0.00033 0.362
高坪 / GP 甘肃省泾川县 11 7 1 63.6 14.3 0.00164 0.909
王峡 / HT 甘肃省华亭县 9 6 3 66.7 33.3 0.00087 0.700
新开 / XK 甘肃省灵台县 5 3 1 60.0 33.3 0.00149 0.889
武都 / WD 甘肃省陇南市 6 3 2 50.0 66.7 0.00173 0.600
红回 / HH 宁夏海原县 6 3 2 50.0 66.7 0.00173 0.600
摇 摇 N:样本量 Number of samples;Nh:单倍型数 Number of haplotypes;U:特有单倍型数 Unique of haplotypes;F:单倍型频率 Frequency of
haplotypes;UF:特有单倍型频率 Frequency of unique gaplotypes;h:单倍型多样性; 仔:核苷酸多样性
图 1摇 采样点大致位置示意图(字母缩写代表的含义见表 1)
摇 Fig.1摇 Map showing locations of sampling sites (The abbreviations
see Table 1)
1.2摇 数据分析
对获得的每个样本的双向测序图谱用 Conting软件
进行拼接,并用 Clustal W软件[38]对序列进行排列。 用
分子进化遗传分析软件 MEGA4.0[39]计算遗传距离、碱
基组成以及转换颠换比(R=Transition / Transvertion, R=
Ti / Tv)。 用软件 DnaSP 5.0[40]筛选单倍型并计算单倍
型多样性( h)和核苷酸多样性(仔)并进行错配分布
(Mismatch distributions)分析。 用 Arlequin3. 0 软件[41]
计算种群分化系数(Fst)、基因流(Nem)、计算扩张时间
的参数 子以及扩张前(兹0)与扩张后(兹1)的相对种群大
小,用 Arlequin3.0 软件包中的选择性中性检验程序对
石鸡华北亚种及各种群进行中性检验。 同时用
Arlequin3.0软件包[41]中的分子变异分析程序对石鸡华北亚种进行分子变异分析 (Analysis of Molecular
Variance,AMOVA),用 Network 4.5.1.6(www.fluxus鄄engineering. com)软件构建单倍型网络图。
种群扩张时间的计算使用公式 t=子 / 2u (u为石鸡 mtDNA控制区的突变速率) [42]。 突变速率 u 按下面的
步骤计算获得:首先使用公式 d=( tv+tvR) / m(其中 tv为石鸡和大石鸡序列间的颠换数,R 为石鸡序列间转换
与颠换的比率,m为石鸡 mtDNA控制区序列的长度)计算出每个位点的核苷酸替代数,再用 k = d / 2T(T 为石
鸡和大石鸡的分歧时间,在北京周口店发现了早更新世时期石鸡的化石[43],据此本文使用 T = 2.0-2.5 Ma作
为石鸡和大石鸡粗略的分歧时间计算石鸡一个世系在一个位点每年的核苷酸替代速率,然后用 l = kg(其中 g
为石鸡的世代时间)计算每个核苷酸位点一个世代的突变速率,每个单倍型的突变速率为 u =ml。 这一计算
突变速率的方法在 Randi等[44]和 Huang等[45]的论文中也使用过。
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2摇 结果
2.1摇 遗传变异与遗传结构
石鸡华北亚种 mtDNA控制区 1154 bp序列的碱基含量为:T 32.1%、C 27.4%、A 26.4%、G 14.1%。 A和 C
比例明显高于 G和 T的比例,碱基含量显示出一定的偏歧性。 112个样本 mtDNA控制区全序列共有 28 个变
异位点,定义了 29种单倍型(占总样本量的 25.9%)(表 2),其中单倍型 H1 由 12 个地理种群的 50 个样本共
享(占总样本量的 44.6%),单倍型 H4由 8个地理种群的 16 个样本共享(占总样本量的 14.3%)。 曲子种群
的单倍型数及特有单倍型数均最多,分别为 8 个和 4 个,盘克、新开、红回和武都种群的单倍型数最少都为 3
个且盘克种群无特有单倍型(表 1)。 围场种群的单倍型频率和特有单倍型频率都最高,盘克种群的都最低
(表 1)。
表 2摇 石鸡华北亚种的单倍型分布及变异位点
Table 2摇 Haplotype distribution and variable sites of A. c. pubescens
单倍型
Haplotype
变异位点 Variable sites 单倍型分布 Haplotype distribution
0000000000000000000000000111
0011222222223333344445689011
2659012345890012813477459234
9529375717804501399434427123
HY
11
HB
5
TS
9
QZ
16
GP
11
QCH
10
TC
9
PK
15
XK
5
HT
9
HH
6
WD
6
H1 CACTCATCCGCCACCGGTCGGTACATAT 5 2 3 7 2 4 1 12 3 3 4 4
H2 ·········A········T···G····- 1
H3 ··T························· 1
H4 ······················G····· 1 3 3 2 2 2 1 2
H5 G··························· 1
H6 ·········A········T········· 1 1 1 1 1
H7 ·····················A······ 1
H8 ·····G····T···········G T···· 1
H9 ·······T·A········T····G···· 3
H10 ·········A········T···G····· 2 1 2 1
H11 ··T···················G····· 1
H12 ····T·················G····· 1
H13 ·C······T·T················· 1
H14 ···········T······T···G····· 1
H15 ···C························ 1 1
H16 ····················A······· 3 1
H17 ··········T···········G····· 1
H18 ·········A············G····· 1 3
H19 ··············T············· 1
H20 ···········T················ 1
H21 ············GT·AA·······G··· 1
H22 ·········A·················· 1 1
H23 ······················G··A-· 1
H24 ·········A········T···G··A-· 1
H25 ······C··A········T···G····· 1
H26 ···C··················G····· 1
H27 ···A························ 1
H28 ···················-········ 1
H29 ·················-·········· 1
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2.2摇 遗传多样性
所有样本的核苷酸多样性为 0.00144,单倍型多样性为 0.779(表 1)。 各种群中,高坪种群的单倍型多样
性最高为 0.909,其次为围场种群的 0. 900,盘克种群的单倍型和核苷酸多样性都最低,分别为 0. 362 和
0郾 00033,而桐川种群的核苷酸多样性最高为 0.00250(表 1)。 AMOVA 分析显示 89.6%的变异发生在地理种
群内,10.4%的变异发生在地理种群间。
2.3摇 种群扩张与基因流
对石鸡华北亚种全部样本的 Fu忆s FS检验和 Tajima忆s D检验(表 3,图 2)表明石鸡华北亚种接受种群扩张
模型(Fu忆s Fs= - 1. 720, P < 0. 05;Tajima忆 s D = - 1. 336, P < 0. 05)。 对各地理种群进行中性检验表明:HY
(Tajima忆s D= 0.168,P>0.05)、QCH(Tajima忆s D= 0.143,P>0.05)和 WD(Tajima忆s D= 0.243,P>0.05)拒绝种群
扩张模型(但这 3 个地理种群的 Fu忆s Fs 值均为负值,分别为-1.867,P = 0.097;-3.057,P = 0.036<0.05;
-0.475,P= 0.292),其余 9个种群都接受种群扩张模型(表 3)。 各种群中 PK 种群的 子 值最小,HH 种群的 子
值最大(表 3)。 大部分种群的错配分布(图 3)与种群过去的扩张相一致。 地理种群间有基因流(Nem)存在
且种群间的基因流都较大,Nem值从 0.751到无穷大(表 4)。 根据公式计算出的每个位点的核苷酸替代数d=
0.048( tv= 11, R= 4.02, m= 1154),根据化石发现时间,计算出的 k的范围在 0.98伊10-8(T= 2.50 Ma) 到 1.23伊
10-8(T= 2.0 Ma)之间,同时假设石鸡的世代时间为 2a,则每个时代突变速率的范围在 1.96伊10-8到2.45伊10-8
之间,相应地,每个单倍型的突变速率在 2.26伊10-5—2.83伊10-5之间。 根据这个突变速率计算得到的石鸡华北
亚种各种群的扩张时间分别为:HY (0.042—0.052 Ma),TS 和 HB(0.027—0.033 Ma),QZ (0.027—0.034
Ma),QCH (0.027—0.034 Ma), TC (0.068—0.086 Ma),GP (0.041—0.052 Ma),XK (0.022—0.028 Ma),HT
(0.033—0.041 Ma),HH (0.11—0.14 Ma),WD (0.071—0.089 Ma)。 由此可以看出石鸡华北亚种各种群的扩
张主要发生在 0.027—0.053 Ma。
表 3摇 错配分布、选择性中性检验、适合度及粗糙指数统计表
Table 3摇 The statistics of mismatch analyses、the test of selective neutrality、SSD and Raggedness Index
种群
Population
错配分布
Mismatch
子
扩张前 兹0
before
expansion
扩张后 兹1
after
expansion
中性检验
The test of selective
neutrality
Tajima忆s
D
Fu忆s Fs
statistics
偏差平方和
Sum of
square
deviations
(SSD)
偏差平方
和 P值
SSD P value
粗糙指数
Raggedness
Index(RI)
粗糙指数
P值
RI忆s P value
HY 2.350 0 12.578 0.168 -1.867* 0.02673 0.3300 0.0883 0.6100
HB 1.500 0 99999.0 -0.817* -2.251* 0.08795 0.1700 0.4300 0.1900
TS 1.500 0 99999.0 -0.383 -1.252 0.01616 0.5200 0.1451 0.4700
QZ 1.547 0 99999.0 -0.710* -4.167* 0.00219 0.8300 0.0640 0.6300
QCH 1.527 0 99999.0 0.143 -3.057* 0.01557 0.6200 0.1017 0.5600
TC 3.873 0 9.980 -0.526 -2.550* 0.01035 0.7900 0.0478 0.8600
PK 0.465 0 99999.0 -1.002* -0.077 0.00506 0.5700 0.1924 0.2900
GP 2.336 0 99999.0 -1.367* -2.903* 0.00798 0.7100 0.0711 0.5900
XK 1.277 0 99999.0 -0.816* -1.938* 0.00764 0.8900 0.1100 0.9200
HT 1.867 0 99999.0 -0.520 -1.784* 0.00499 0.8500 0.0741 0.6500
HH 6.486 0 1.486 -1.002* -0.918 0.08925 0.4600 0.2044 0.7500
WD 4.004 0.00176 2.859 0.243 -0.475 0.26415 0.0600 0.7378 0.0500
全部样本
All samples 2.394 0.00015 66668.2 -1.336
* -1. 720* 0.00048 0.9724 0.0172 0.9595
摇 摇 *P<0.05,其余的 P>0.05
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2.4摇 中性检验
图 2摇 突然扩张模型下石鸡华北亚种所有样本的错配分布图
Fig.2摇 The observed pairwise difference and the expected mismatch
distributions under the sudden expansion model of the control region
haplotypes in A. c. pubescens
石鸡华北亚种 12 个地理种群中甜水( TS)、盘克
(PK)、红回(HH)和武都(WD)种群的 Fu忆s FS值为非
显著性负值(P>0.05),其余地理种群的 Fu忆s FS值均为
负值且达显著水平(表 3),这个结果表明稳定种群背离
了中性进化或者种群经历了增长。 除海阳、庆城和武都
3 个地理种群外其余 9个地理种群的 Tajima忆s D值均为
负值(表 3)但华亭(HT)、桐川(TC)、甜水(TS)未达到
显著。 12个地理种群的统计检验并未显著偏离中性选
择。 错配分布及粗糙指数(Raggedness index)表明,石鸡
华北亚种大部分种群历史的变化趋向于种群增长模型
(图 3,表 3)。
图 3摇 突然扩张模型下石鸡华北亚种各地理种群错配分布图
Fig.3摇 The observed pairwise difference and the expected mismatch distributions under the sudden expansion model for the 12 populations
of A. c. pubescens
3摇 讨论
当在许多种群中都发现高的共享单倍型频率时,共享单倍型常为一个星状系统发生图的中心,这一情况
意味着物种曾经从冰期避难地向外扩张[46]。 低的遗传多样性(高的共享单倍型频率)通常是物种近来扩张
到现今的分布范围或是在近期的历史中经历了瓶颈效应。 相应的,具有高的遗传多样性(低的共享单倍型频
率)表明种群有足够长的时间占领分布范围以积累突变。 石鸡华北亚种 12个地理种群 50个样本共享单倍型
H1,共享单倍型频率达 44.6%,表明这些地理种群是近期由一个共同的祖先种群扩张而来。 mtDNA控制区数
582摇 2期 摇 摇 摇 宋森摇 等:基于线粒体 DNA控制区的石鸡华北亚种的种群历史动态研究 摇
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据单倍型网络图(图 4)显示出石鸡华北亚种星状系统发生图的中心为共享单倍型 H1,表明石鸡华北亚种是
由共同的祖先单倍型 H1经扩散形成的。 同时还有 8个地理种群共享单倍型 H4,相应的还有几个地理种群共
享不同的单倍型(表 2),该结果进一步说明石鸡华北亚种各种群间存在较大的基因流(表 4)。
表 4摇 石鸡华北亚种各种群间基因固定指数(上三角)与基因流(下三角)
Table 4摇 Population pairwise Fst鄄value (above the diagonal) and gene flow (below the diagonal) for comparisons between chukar populations
种群
Populations HY HT TC QZ HH GP QCH WD HB TS PK XK
HY -0.0779 0.0464 -0.0376 0.1391 -0.0125 -0.0395 0.0300 0.1372 0.1198 0.1695 -0.0120
HT inf 0.0852 -0.0514 0.0667 0.0266 -0.0083 -0.0232 0.0573 0.0585 0.0917 -0.0471
TC 5.131 2.682 0.1417 0.2765 -0.0004 0.0435 0.1720 0.2831 0.2785 0.3996 0.1462
QZ inf inf 1.514 0.1073 0.0744 0.0005 0.0012 0.0927 0.0755 0.0662 -0.0575-
HH 1.547 3.497 0.654 2.080 0.2461 0.2267 -0.0286 -0.0091 0.0762 0.1051 0.0498
GP inf 9.166 inf 3.112 0.766 -0.0152 0.1461 0.2521 0.2244 0.3329 0.1090
QCH inf inf 5.491 555.2 0.853 inf 0.1322 0.2462 0.2117 0.2930 0.0444
WD 8.091 inf 1.204 216.0 inf 1.462 1.641 -0.0091 0.0558 0.0587 -0.0345
HB 1.572 4.115 0.633 2.446 inf 0.742 0.765 inf 0.0601 0.0873 0.0517
TS 1.836 4.023 0.633 3.063 3.033 0.864 0.931 4.227 3.907 0.1496 0.1097
PK 1.225 2.477 0.376 3.527 2.130 0.501 0.601 4.012 2.615 1.421 0.0367
XK inf inf 1.460 inf 4.773 2.043 5.375 inf 4.583 2.029 6.062
摇 摇 inf:表示无穷大
图 4摇 根据石鸡华北亚种 mtDNA 控制区所做单倍型网络图
Fig.4 摇 Haplotype network estimated from chukar control鄄region data. Small black squares indicated missing haplotypes that were
not observed
黑色棱方形代表缺失的单倍型; 圆圈大小代表单倍型频率,单倍型间数字代表突变数,未标明者均为 1个突变
遗传多样性是物种长期进化过程中对环境变化产生的一种适应,在一定程度上反映了物种的进化潜
力[47鄄49]。 根据石鸡华北亚种 mtDNA控制区基因片段的差异,在 112 个个体中发现了 29 个单倍型,表现出较
低的遗传多样性。 群体中 mtDNA核苷酸多样性(仔 值)是衡量群体多态程度的重要指标,仔值越大,群体多样
性程度越高[50]。 与石鸡属的其它种如欧石鸡(Alectoris graeca) [44]和大石鸡(Alectoris magna) [45]及其他鸟
类[51鄄53]的核苷酸多样性相比,石鸡华北亚种的核苷酸多样性(0.00144依0.00014)较低。 低水平的核苷酸多样
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性出现的原因可能是:1)在更新世晚期和全新世,我国曾广泛发生泥石流[54]。 在黄土区,包括秦岭以北出现
频率低而强度大的暴雨泥石流[55],陇东黄土高原形成众多的沟壑。 石鸡被宽阔的董志塬(2411 km2)隔离在
环江和蒲河等大沟壑中;2)由于人类狩猎带来的强大的狩猎压力使得栖息在传统农牧区的石鸡种群数量不
断下降;3)石鸡华北亚种主要分布在湿润的华北平原和半湿润的黄土高原地区,栖息生境的异质性较低。
较低的核苷酸多样性、较高频率的共享单倍型以及错配分布的单峰曲线都说明华北亚种的石鸡经历了近
期种群扩张(表 1,表 3,图 2)。 根据扩张时间,石鸡华北亚种的扩张发生 0.042—0.053 Ma,处在晚更新世中期
的第五寒冷期(0.027—0.06 Ma) [56],也即中国东部大理冰期发生的时间。 根据错配分布分析可知石鸡华北
亚种的大部分种群经历了一个种群扩张的过程(表 3,图 3),种群扩张发生在 0.027—0.053 Ma,相当于晚更新
世中期的第五寒冷期(0.027—0.06 Ma) [56]。 这一时期,中国的气候特点是寒冷干旱,中国北方的森林植被发
育状况较差,这样的生境适合适应干旱半干旱环境条件的石鸡生存。 比较而言,桐川、武都和红回的石鸡种群
增长较缓慢,相应的,这 3个地理种群的扩张发生在晚更新世中期的第四温暖期(距今 0.06—0.15 Ma) [56](表
3),这一时期的气候特点是温暖湿润,森林灌丛植被发育良好,阻碍了石鸡种群的扩散。 值得注意的是:图 3
中,武都种群和红回种群的观察值呈现出明显的双峰,表明这两个种群经历过瓶颈效应,推测其原因可能为:
1)这两个种群处于石鸡分布范围的边缘,由于分布区的地形而与其它种群隔离的程度较大,尤其是武都种群
与其它种群被四周的山地隔离;2)武都位于东洋界,而石鸡是典型的古北界的鸟种,说明石鸡武都种群可能
是东洋界的一个建群种,这个建群种受到当地气候和环境条件的制约而处于瓶颈效应期;3)红回种群可能受
到 16世纪中期固原大地震和 1920年海原大地震的影响,地震使得红回石鸡种群数量急剧下降,至今仍未恢
复,种群处于瓶颈效应期。
中性检验得到各种群的 Fu忆s鄄Fs及 Fs鄄P 值,该数值表示种群在近期有无扩张趋势[57],结果发现石鸡华北
亚种整体的 Fs值为-1.720 (P<0.05),但各地理种群中除 HH、WD、TS、PK 有扩张的趋势但未达到显著(P>
0郾 05),其余种群表现出显著地扩张趋势(P<0.05)(表 3)。 但 Tajima忆s D 值显示 HH 种群和 WD 种群趋于稳
定,没有扩张的趋势,这与这两个种群经历过瓶颈效应相一致。 应用 DnaSP 分析软件进行错配分布检测,表
明石鸡在进化历史部分地理种群发生过种群扩张,经历过种群增长过程,而不是处于种群稳定状态(图 3)。
致谢:周天林、黄祖豪、张立勋、包新康、廖继承、杨志松和王留臣在样本收集中给予帮助,特此致谢。
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