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Analysis on Genetic Diversity of Dolichomitriopsis diversiformis(Lembophyllaceae) in Fanjing Mountain

梵净山尖叶拟船叶藓的遗传多样性分析



全 文 :梵净山尖叶拟船叶藓的遗传多样性分析
?
李朝阳 , 李 菁?? , 田向荣 , 姜业芳 , 陈 军
(湖南吉首大学生物资源与环境科学学院 , 湖南 吉首 416000)
摘要 : 采用 RAPD技术 , 选取 10 个引物对梵净山的尖叶拟船叶藓 ( Dolichomitriopsis diversiformis) 自然分布
区的南、北坡 14 个居群 153 个个体的总 DNA 进行了扩增 , 共得到 196 个位点。统计分析表明 : (1) 梵净山
尖叶拟船叶藓在物种水平有较高的遗传多样性 , 居群水平的遗传多样性相对较低。 (2) 该藓种遗传多样性
高低与海拔高度无关 , 但南坡的多样性水平略高于北坡。 ( 3) 遗传多样性的 63 .29 %发生在居群间 , 只有
36 .71%发生在居群内。研究结果提示尖叶拟船叶藓的遗传多样性受小生境的影响较大 , 遗传漂变和环境
适应可能是影响居群分化的主要原因。
关键词 : 梵净山 ; 尖叶拟船叶藓 ; RAPD; 遗传多样性
中图分类号 : Q 16 文献标识码 : A 文章编号 : 0253 - 2700 (2008) 02 - 168 - 05
Analysis on Genetic Diversity of Dolichomitriopsis diversiformis
(Lembophyllaceae) in Fanjing Mountain
LI Zhao-Yang, LI J ing* * , TIAN Xiang-Rong, J IANG Ye-Fang, CHEN Jun
( Collegeof Biology and Environmental Science, J ishou Universtiy, Jishou 416000 , China)
Abstract: Dolichomitriopsis diversiformis is the only Dolichomitriopsis species in China, and is themember of Lembophyl-
laceae . Ten random primer pairswere selectedto amplified 153 individuals from 14 D. diversiformis populations fromboth
northern and southern slops of Fanjing Mountains by using RAPD methods, and196 siteswere derived . Results suggested
that (1) D. diversiformis fromFanjingMount kept a high level genetic diversity, and thegenetic diversity is relative low at
the population level ; (2) genetic diversity haveno relationship with altitude, but populations on southern slope havea little
higher diversity thanthat on thenorthern slope; (3) 63.29% genetic diversity exist among populations, and only 36 .71%
within population . These results suggestedthat small habitatwas themajor impact factors of D. diversiformis genetic diver-
sity, genetic drift and habit adaption should be the prominent reason of population differentiation .
Key words: Fanjing mountain; Dolichomitriopsis diversiformis; RAPD; Genetic diversity
尖叶拟船叶藓 ( Dolichomitriopsis diversiformis
(Mitt .) Nog .) 是船叶藓科 (Lembophyllaceae) 拟
船叶藓属植物 (陈邦杰 , 1978) , 为该属在中国
的唯一种 , 对研究拟船叶藓属的系统演化与属间
亲缘关系有比较重要的意义。多年来 , 由于环境
污染及生态破坏的日趋加剧 , 该植物所受到的胁
迫越来越严重 , 分布范围也越来越狭窄 , 分布区
域渐成“岛状”, 成为我国苔藓植物遭受威胁最
严重的类群之一 ( 陈功锡等 , 2001) 。近五年来 ,
我们课题组对尖叶拟船叶藓的分布和资源现状进
行了广泛的野外调查 , 发现尖叶拟船叶藓的分布
区域在缩小 , 仅在贵州梵净山有优势居群 , 浙江
云 南 植 物 研 究 2008 , 30 (2) : 168~172
Acta Botanica Yunnanica

?
?? ?通讯作者 : Author for correspondence; Tel : 0743 - 8563852
收稿日期 : 2007 - 06 - 25 , 2007 - 09 - 13 接受发表
作者简介 : ?李朝阳 (1969 - ) 女 , 湖南古丈县人 , 硕士 , 湖南吉首大学高级实验师 , 主要从事生物化学与分子生物学研究。
E-mail : lizy0000@ sina. com. cn; Tel : 0743 - 8564416 ?
基金项目 : 国家自然科学基金资助项目 ( 30470181)
表 1 材料来源表
Table 1 The source list of moss material
居群编号
Population code
附生树种
Adnascent species
生境 Habitat 海拔高度
Altitude ( m)
6 ?贵州青冈
Cyclobalanopsis stewardiana
南坡 , 荫湿 , 林间郁闭度大 South slop, wet, high canopy density 2080 N
7 ?贵州青冈 C . stewardiana 南坡 , 荫湿 , 林间郁闭度大 South slop, wet, high canopy density 2080 N
5 ?贵州青冈 C . stewardiana 南坡 , 较干燥 , 郁闭度相对小 South slop, drought, low canopy density 2040 N
9 ?贵州青冈 C . stewardiana 南坡 , 荫湿 , 林间郁闭度大 South slop, wet, high canopy density 1997 N
4 ?贵州青冈 C . stewardiana 南坡 , 较干燥 , 郁闭度相对小 South slop, drought, low canopy density 1906 N
10 ?亮叶水青冈 Fagus lucida 南坡 , 荫湿 , 林间郁闭度大 South slop, wet, high canopy density 1980 N
11 ?巴东栎 Quercusengleriana 南坡 , 较干燥 , 郁闭度相对小 South slop, drought, low canopy density 1820 N
14 ?贵州青冈 C . stewardiana 北坡 , 荫湿 , 林间郁闭度大 North slop, wet, high canopy density 2027 N
8 ?多脉青冈 C . multinervis 北坡 , 荫湿 , 林间郁闭度大 North slop, wet, high canopy density 1980 N
1 ?贵州青冈 C . stewardiana 北坡 , 荫湿 , 林间郁闭度大 North slop, wet, high canopy density 1800 N
3 ?贵州青冈 C . stewardiana 北坡 , 荫湿 , 林间郁闭度大 North slop, wet, high canopy density 1790 N
2 ?贵州青冈 C . stewardiana 北坡 , 荫湿 , 林间郁闭度大 North slop, wet, high canopy density 1760 N
12 ?多脉青冈 C . multinervis 北坡 , 荫湿 , 林间郁闭度大 North slop, wet, high canopy density 1710 N
13 ?多脉青冈 C . multinervis 北坡 , 荫湿 , 林间郁闭度大 North slop, wet, high canopy density 1680 N
天目山有零星分布。曾经有报道的湖南分布地 ,
经过我们踏查 , 没有找到该藓种。对尖叶拟船叶
藓的致濒机制及保护策略的研究亟待进行。
刘世彪等 ( 2003 )、王菊凤等 (2004 )、刘冰
等 ( 2006a, b) 对尖叶拟船叶藓的生理和生殖方
面进行了研究 , 然而作为一种濒危植物 , 尖叶拟
船叶藓的遗传多样性、居群遗传结构方面的研究
尚为空白。本研究通过 RAPD 分子标记 , 从南、
北坡沿海拔梯度分析了梵净山分布的尖叶拟船叶
藓自然居群的遗传变异和分化程度 , 为探讨致濒
的可能原因及制定相应的保护对策提供一定的基
础理论依据。
1 材料与方法
1 .1 材料
于 2005 年 8月在梵净山南、北两坡不同海拔高度随机
选取有尖叶拟船叶藓附生的壳斗科树木 14 株 , 每株树干上
采集 1个居群 , 采集的材料直接用硅胶干燥和保存。实验
前将材料用蒸馏水洗净后 , 小心的从每个居群中分离出藓
株个体 (在同一主枝上分枝生长的所有小枝被视为一个个
体) , 分别提取个体的总 DNA。所采材料编号及生境见表 1。
1 .2 DNA 提取与电泳检测
DNA 提取方法参考李朝阳等 ( 2006 ) 方法。通过
1 %琼脂糖凝胶电泳检测 DNA 质量。
1 .3 引物筛选
研究所用引物为购自上海生物工程公司的 S 系列引
物。从 50 个 10 碱基寡核苷酸随机引物中经预实验筛选
出对全部 DNA 样品均有清晰、稳定扩增产物并且重复性
表 2 本实验所用引物序列
Table 2 The RAPD primer sequences wereused
编号
No .
引物
Primer
碱基序列
Sequence (5 c′→3′)
1 ?S67 GTCCCGACGA
2 ?S82 GGCACTGAGG
3 ?S92 CAGCTCACGA
4 ?S122 GAGGATCCCT
5 ?S344 CCGAACACGG
6 ?S380 GTGTCGCGAG
7 ?S463 CTGATACGCC
8 ?S464 GTGTCTCAGG
9 ?S512 ACAGGTGCGT
10 RS520 ?ACGGCAAGGA
好的 10 条引物用于扩增反应 (表 2)。
1 .4 PCR 扩增及电泳检测
1 .4 .1 扩增体系 反应体积为 25μl。其中包括 PCR buff-
er (10× ) 2 . 5μl , 10 mmdNTP 0 .5μl , 10μmPrimer 1 .0μl,
Taq酶 0 .5 , Mg2+ 3 .0μl , 模板 DNA 2 .0 , ddH2 O 15 .5μl。
所有试剂均购自上海生物工程公司。
1 .4 .2 扩增程序及电泳检测 扩增反应在德国 Eppendorf
公司 Mastorcycler gradient 的热循环仪上进行。扩增程序
为 : 变性温度为 94℃ , 退火温度为 36℃ , 延伸温度为
72℃ , 10 个循环后 , 把变性温度降低为 89℃ , 其他不
变 , 完成扩增。具体扩增程序为 : 94℃ 2 min预变性后 ,
接着 94℃ 30 s, 36℃ 30 s, 72℃ 70 s, 10 个循环 , 再 89℃
20 s, 36℃ 30 s, 72℃ 60 s, 35 个循环 , 然后 72℃延伸 7
min。PCR 扩增产物用 1 .5%琼脂糖凝胶电泳鉴定 , 电泳
缓冲液为 1× TAE, 电泳结束后在英国 UVP 公司的
GDS7500 凝胶成像系统中成像 , 拍摄并保存实验结果。
1 .4 .3 数据记录和统计 尖叶拟船叶藓的植株是配子
体 , 为单倍体 , 所以 RAPD扩增条带代表一个显性基因。
9612 期 李朝阳等 : 梵净山尖叶拟船叶藓的遗传多样性分析
本研究将电泳得到的扩增图谱的每一条带都代表引物的
结合位点。有扩增条带记为 1 , 无带记为 0 , 强带和弱带
的赋值都为 1。对于多态位点 , 将在重复实验中能稳定
出现的差异带用于数据分析。利用 GenePOP软件对 RAPD
分析所得到的表型矩阵进行遗传参数分析。在居群水平 ,
计算每个位点的有效等位基因数 ( AE ) , 多态性位点百分
数 ( PPB) , Nei′s 基因多样度 ( HE ) , Nei′s 遗传距离
( D)。在物种水平 , 统计总基因多样度 ( HT ) 和各居群间
的遗传分化指数 ( Gst ) , 利用 Nei′s遗传分化指数估计居
群间的基因流水平 ( Nm )。并且根据 Nei′s遗传距离 , 利
用 GenePOP软件的 UPGMA 法分析居群间的遗传关系。
2 结果与分析
2 .1 ?梵净山 14 个居群所处的海拔高度与各居群
个体平均 RAPD 位点数的关系
用 10 条引物对所有 153 个尖叶拟船叶藓的个
体进行扩增 , 共得到 196 条可辨识的 RAPD 条带。
将所有条带按 0?1 排列统计 , 结果见表 3。14 个居
群中 , 5 号与 6 号所得条带最多 , 为 151 , 8 号最
少 , 仅 121。从表 3 来看 , RAPD 条带数与海拔高
度无明显相关性 , 但南坡的条带总数略高于北坡 ,
表明南坡的尖叶拟船叶藓变异程度高于北坡 , 与
其南坡多于北坡的分布趋势 (刘冰等 , 2006b) 一
致 , 这 可能和其 小生境条件 有关。李 佑稷等
(2004) 在做不同含水量下尖叶拟船叶藓光合速率
对光温的响应研究时发现 , 250μmol·s- 1·m- 2 和
25℃分别是尖叶拟船叶藓的临界光照强度和温度。
在 200~250μmol·s- 1·m- 2 之间光合速率随光照强
度的增加而上升 , 在 17~25℃之间光合速率也是
递增的。而采样地无论是南坡还是北坡均符合以
上光照和温度条件 , 比较而言 , 南坡的光强和温
度都要稍高于北坡。南坡的居群有相对较强的生
存优势 , 有性繁殖的机会增加 , 从而导致群体间
的遗传变异程度相对较大。反映在 RAPD 结果
中 , 表现为个体 RAPD 条带数目的增加。
2 .2 梵净山尖叶拟船叶藓的遗传变异和分化
153 个个体的 DNA 样品用引物扩增得到的
196 个位点中 173 个为多态位点 , 多态位点百分
率 ( PPB) 为 87 .76% , 居群内的多态位点百分
率 ( PPB) 仅为 20 .52% ; 14 个居群每个位点的
表 3 生境、海拔高度与各居群 RAPD 总条带数的关系
Table 3 The relationship among habitat, altitude and total sum of
amplicated bands in D. diversiformis populations
居群编号
Population
code
生境
Habitat
海拔高度
Altitude
( m)
扩增的总条带数
Total amplication
bands
6 ?南坡 South slop 2080 151
7 ?南坡 South slop 2080 146
5 ?南坡 South slop 2040 151
9 ?南坡 South slop 1997 145
4 ?南坡 South slop 1906 140
10 南坡 South slop 1980 ?130
11 南坡 South slop 1820 ?132
14 北坡 North slop 2027 ?134
8 ?北坡 North slop 1980 121
1 ?北坡 North slop 1800 146
3 ?北坡 North slop 1790 135
2 ?北坡 North slop 1760 127
12 北坡 North slop 1710 ?138
13 北坡 North slop 1680 ?139
表 4 基于 Nei′s 的尖叶拟船叶藓的遗传距离
Table 4 Nei′s unbiased genetic identity and genetic distance among thepopulations of D. diversiformis (Mitt. ) Nog .
居群编号
Population
code
1 ?2 ?3 4 r5 6 7 8 >9 q10 11 12 13 O14
1 r* * * * 0 ?. 8940 0 .8870 0 ?. 8845 0 H. 8111 0 {. 8567 0 .8387 0 .8248 0 .8043 0 G. 8492 0 z. 8081 0 .8334 0 .8037 0 .8400
2 r* * * * 0 ?. 9170 0 ?. 8711 0 H. 8067 0 {. 8389 0 .8238 0 .8206 0 .7911 0 G. 8365 0 z. 8129 0 .8227 0 .7794 0 .8473
3 r* * * * 0 ?. 8717 0 H. 7928 0 {. 8356 0 .8325 0 .8313 0 .8176 0 G. 8412 0 z. 8082 0 .8273 0 .8031 0 .8245
4 r* * * * 0 H. 8588 0 {. 8829 0 ?. 8930 0 .8290 0 ?. 8143 0 G. 8638 0 z. 8296 0 .8502 0 .8274 0 .8560
5 r* * * * 0 {. 8738 0 ?. 8603 0 .7745 0 ?. 8159 0 G. 8233 0 z. 7911 0 .8319 0 .8006 0 .8189
6 r* * * * 0 ?. 9144 0 .8237 0 ?. 8427 0 G. 8995 0 z. 8342 0 .8576 0 .8075 0 .8289
7 r* * * * 0 ?. 8281 0 ?. 8709 0 G. 8910 0 z. 8374 0 .8482 0 .8094 0 .8162
8 r* * * * 0 ?. 8401 0 G. 8706 0 z. 8031 0 .8127 0 .8327 0 .8198
9 r* * * * 0 G. 8862 0 z. 8376 0 ?. 8204 0 .8125 0 ?. 8127
10 ?* * * * 0 z. 8494 0 .8495 0 .8451 0 ?. 8439
11 ?* * * * 0 .8076 0 .7896 0 ?. 8264
12 ?* * * * 0 .8530 0 ?. 8361
13 ?* * * * 0 ?. 8213
14 ?* * * *
注 : 居群编号同表 1 Notes: Thepopulations code refer to the population in Table 1
071 云 南 植 物 研 究 30 卷
图 1 尖叶拟船叶藓各居群基于 Nei′s遗传距离的 UPGMA 聚类分析
Fig . 1 Dendrogram of fourteen populations of D. diversiformis (Mitt .) Nog . Constructed using UPGMA based on Nei′s genetic distance
平均有效等位基因数 ( AE ) 为 1 .1456; 居群水
平的基因多样度 ( HEpop ) 为 0 .0813 , 物种水平的
基因多样度 ( HEsp ) 为 0 .2223 , 表明梵净山尖叶
拟船叶藓在物种水平具有较高的遗传多样性 , 但
其居群内的遗传多样性水平则相对较低 , 各居群
间有明显的遗传分化。其中 1 号居群表现出最高
的遗传变异 ( PPB: 28 .57% ; AE : 1 . 2528; HE :
0 . 1397; HO : 0 . 2029)。2 号和 12 号居群表现出较
低 的 遗 传 变 异 ( PPB: 11.22 , 13.27% ; AE :
1. 0869 , 1.0881; HE : 0 .0478 , 0 .0489; HO : 0 . 0688 ,
0.0716)。Nei′s总基因多样度 ( HT ) 和亚居群基
因多样度 ( Hs ) 估测的居群间的遗传分化系数
( Gst ) 为 0 .6329 , 表明在总的变异中有 63 .29%
发生在居群间 , 只有 36 .71%发生在居群内。
2 .3 居群间的遗传关系聚类分析
梵净山尖叶拟船叶藓 14 个居群间的 Nei′s遗
传距离见表 4。为了进一步表明各居群间的遗传
关系 , 根据 Nei′s遗传距离利用 UPGMA 法构建了
各居群遗传关系聚类图 ( 图 1) 。从聚类图可见 ,
南坡各居群中 , 除 11 号居群外 , 其余各居群都
聚在一起 ; 北坡的 1、2、3 和 14 号聚为一类 , 8
号独自成群 , 而 12 和 13 单独聚为一类 , 表明所
有居群中 , 2 号和 3 号、6 号和 7 号、12 号和 13
号有较近的亲缘关系 , 而 11 号与所有居群的亲
缘关系都较远。居群间基因流 ( Nm ) 的估测值
为每代群体间平均为 0 .29 个个体。
3 讨论
植物的遗传多样性水平不一定与其地理分布
的范围具有必然联系 , 它还与类群的起源、进化
历史、生殖特点、生物特性、环境条件等很多因
素有关 ( 葛颂 , 1994 )。生境的破坏和历史的变
迁对一个物种的遗传变异水平也有相当大的影响
(Kazan等 , 1991 )。刘丽等 (2006) 在分析鼠尾藓
的遗传多样性时发现不同居群间的遗传距离和它
们的空间距离在一定范围内存在一定的相关性 ,
但天目山和老黑山的空间位置相距较远 , 其
RAPD 结果却显示二者聚成一支 , 分析认为二者
的鼠尾藓生存小环境相似 , 从而导致分子水平上
两者具有较高的相似性。Gregory等 ( 1999 ) 在用
等位酶分析 Polytrichumcommune的遗传多样性时
发现其居群内的遗传多样性较低 , 亚居群基因多
样度为 0 .061 , 但居群间具有较高的遗传多样性
( Ht = 0 .180) , 遗传分化明显 ( Gst = 0 .51 ) , 认为
是孢子的散发受到了限制的缘故。尖叶拟船叶藓
在梵净山的垂直分布幅度只有 400 m左右 , 而且
梵净山地面未腐烂的有机质层厚 , 存在时间长 ,
尖叶拟船叶藓很难在其上着生 , 所以该藓类在地
面很少发现 , 只是在裸露的岩石表面有零星分
布 , 其居群绝大部分附生在树干上。此外 , 梵净
山山高林密 , 孢子在不同树干之间难以扩散 , 从
而影响了尖叶拟船叶藓居群间的基因交流。基因
流是影响植物遗传结构的重要因素 , 它的存在可
1712 期 李朝阳等 : 梵净山尖叶拟船叶藓的遗传多样性分析
以防止种群间的遗传分化 (Slatkin等 , 1987) 。对
于尖叶拟船叶藓来说 , 孢子的扩散是居群间基因
流动的主要方式之一 , 孢子扩散受阻 , 就会导致
居群间的基因交流受阻 , 甚至居群间根本就不发
生基因交流 , 导致居群间分化程度明显 , 从而使
得居群内的遗传多样性水平相对较低。梵净山的
尖叶拟船叶藓在物种水平的遗传多样性高而在居
群水平的遗传多样性较低的结果 , 说明梵净山可
能是尖叶拟船叶藓物种分化的中心。
种群间的遗传分化与环境因子的选择和基因
流的阻隔有关 , 而生态小环境的变异也可能导致
不同种群间在遗传结构上的差异 (Turkington and
Harper, 1979)。Shrestha等 ( 2004 ) 认为每代的迁
移率小于 1 便能够引起遗传漂变 , 本研究估算的
尖叶拟船叶藓居群间基因流 ( Nm ) 为 0.2900, 显
然尖叶拟船叶藓居群可能正经历遗传漂变过程。
此外 , 基因与环境的相互作用可能也是居群间强
烈分化的原因之一。而微生态环境因子如环境温
度、水分、湿度、光照及其附生树种等对尖叶拟
船叶藓居群间的遗传分化也有一定的影响。尖叶
拟船叶藓同工酶分析 (李朝阳等 , 2005) 表明尖叶
拟船叶藓的遗传多样性受小生境的影响较大 , 本
研究的结果也佐证了这一观点。如采自北坡的 7
个居群中 , 12 号和 13 号居群的附生树种是多脉青
冈 , 而它们的遗传距离也相对较近 , 在聚类图上
反映出的也是它们先聚在一起 ; 而采自南坡的 7
个居群中 , 11 号居群的附生树种是巴东栎 , 它与
其他居群间的遗传距离都比较远。11 号居群的植
株为了适应独特的小生境而产生了适应性变异 ,
导致该居群与其他居群间的分化更为强烈 , 从而
说明遗传漂变和环境与基因互作导致的适应性变
异可能是影响居群分化的主要原因之一。
〔参 考 文 献〕
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