全 文 ：七筋菇自然居群的遗传结构分析?
王?玲1 , 2 , 赵桂仿1
??
(1 西北大学生命科学学院 , 西部资源生物与现代生物技术教育部重点实验室 , 陕西 西安 710069 ;
2 山西师范大学 , 生命科学学院 , 山西 临汾 041004 )
摘要 : 采用 ISSR 分子标记 , 对七筋菇 ( Clintonia udensis) 17 个居群的遗传多样性与遗传结构进行了研究。
结果表明 : 七筋菇不同居群的多态位点百分率 PPB 为 11 .90% ～59 .52% , 总的多态位点百分率 PPB 为
98 .8% , 具有高的遗传多样性。Shannon多样性指数 (0. 6903) 和基因分化系数 ( GST = 0 .6944) 均揭示出七
筋菇居群间存在明显的遗传差异 , AMOVA 分析结果也显示遗传变异主要发生在居群之间 ( 81.47% ) , 而
居群内部的遗传变异仅为 18 .53 %。七筋菇居群间的遗传距离从 0 .1871～0.6632 , 平均为 0 .3838 , 大于同一
物种居群间的平均遗传距离值 (0 . 05) , 同样表明七筋菇居群间的遗传多样性存在较大差异。七筋菇居群
间的基因流 Nm = 0 .2200 , 远远低于一般广布种植物的基因流 ( Nm = 1 .881)。Mantel 检测显示居群间的遗传
距离与地理距离之间没有显著相关性 ( r = 0 .029 , P = 0.3196)。七筋菇分布范围广以及其进化历史是其具
有高遗传多样性的原因 ; 居群间存在较高遗传变异可能是由于七筋菇本身的生物学特性、有限的基因流以
及遗传漂变等原因造成的。
关键词 : 七筋菇 ; 居群 ; ISSR; 遗传结构
中图分类号 : Q 943 文献标识码 : A 文章编号 : 0253 - 2700 (2007) 03 - 293 - 07
Population Structure of Clintonia udensis (Liliaceae) in China
Wang Yi-Ling1 ,2 , Zhao Gui-Fang1 **
( 1 Collegeof LifeScience, Northwest University, Key Laboratory of Resource Biology and Biotechnology
in Western China , Ministry of Education, Xi’an710069 , China;
2 College of LifeScience, Shanxi Normal University, Lifen 041004 , China)
Abstract: In this study, 15 ISSR primers were used to reveal the genetic diversity and genetic structure of 17 Clintonia
udensis populations . The results showed that a relatively high genetic diversity existed in C. udensis, with the percentageof
polymorphic bands ( PPB) from11 .90% to 59 .52% at population level ranged, and98 .8% at species level . Moreover,
a high level of genetic differentiation among populations was detected based on Shannon′s information index ( 0 . 6903 ) ,
gene differentiation index GST (0 . 6944 ) , and AMOVA analysis ( 81 .47% ) ( P < 0 .003 ) . The variation of genetic dis-
tances among populations ranged from0 .1871 to 0 .6632 (with an average of 0 .3838) , which was higher than that among
intraspecies populations (0 . 05) . The gene flow among populations ( Nm = 0 .2200) was much lower than that of the wide-
spread species ( Nm = 1 .881) . In addition, there was no significant correlation between genetic distance and geographical
distanceamong the population studied ( r = 0 .029 , P = 0 .3196) . The biological characteristics of this species, limited
geneflow and genetic drift might account for the existence of relatively high inter-populational genetic variation . The high
level of genetic diversitywas probably related with its wide geographical distribution and its evolutionary history .
Key words: Clintonia udensis; Population; ISSR; Genetic structure
云 南 植 物 研 究 2007 , 29 (3) : 293～299
Acta Botanica Yunnanica

?
?? ?通讯作者 : Author for correspondence
收稿日期 : 2006 - 08 - 31 , 2006 - 12 - 21 接受发表
作者简介 : 王?玲 (1970 - ) 女 , 博士 , 研究方向 : 植物系统演化与分子生物学。E-mail : ylwangbj@yahoo. com. cn ?
基金项目 : 国家教育部博士点基金 (20040697010 ) , 国家自然科学基金 (30670129)
七筋菇属 ( Clintonia Raf .) 是百合科黄精族
一个较小的属 , 该属有 5 个种 , 呈典型的东亚 -
北美间断分布。其中北美 4 个种 , 东亚 1 个种。
七筋菇生长在 1 600～4 000 m的高山疏林下或阴
坡树林下 (汪发缵等 , 1978) 。细胞学资料表明 ,
核型上比较原始的二倍体仅存在于东亚 , 比较进
化的四倍体在东亚和北美两大陆均有分布 ( 李思
锋和常朝阳 , 1996; Li 等 , 1996 ) 。而且在花粉
外壁纹饰和种皮形态特征上东亚的七筋菇与北美
种密切相关 , 具有与北美种接近的过渡类型 ( 李
思锋和常朝阳 , 1996; Li 等 , 1996) 。东亚的七
筋菇 ( Clintonia udensisTrautv . et Mey .) 是该属中
比较原始的种类 , 有 2n= 14 和 2n= 28 两种细胞
型 , 二倍体的分布从中国西南的云南一直延伸到
俄罗斯的远东地区 , 四倍体除分布在中国云南及
其以西的喜马拉雅地区 , 日本和萨哈林岛以外 ,
在陕西南部化龙山北坡中山一带较窄的范围内也
有发现 ( 汪发缵等 , 1978; 李思锋和常朝阳 ,
1996; Li 等 , 1996)。
东亚的七筋菇以两种不同的细胞型共存 , 在
我国川西南 - 滇西北以及陕西化龙山地区 , 两种
细胞型的分布区相邻或重叠 , 为我们探讨七筋菇
居群的遗传结构和遗传分化 , 多倍体的起源、扩
散和演化 , 及其迁移路线提供了理想的天然研究
场所。因此 , 研究其自然居群的遗传变异及其分
布式样对探讨该植物多倍体起源具有重要意义。
ISSR ( Inter-Simple Sequence Repeat) 分子标记是
类似于 RAPD的一种 PCR 技术 , 其产物多态性远
比 RFLP、SSR、RAPD 更加丰富 , 可以提供更多
的关于基因组的信息 , 而且比 RAPD 技术更加稳
定可靠 , 实验重复性更好 ( Blair 等 , 1999; Dirle-
wanger 等 , 1998; Esselman 等 , 1999; Gilbert 等 ,
1999)。本文采用 ISSR 分子遗传标记 , 调查研究
七筋菇自然居群的遗传结构和种内遗传多样性 ,
分析居群遗传结构与现今地理分布格局的关系 ,
研究结果将有助于对七筋姑属植物进化历史的认
识 , 为进一步探讨该属植物的起源和分化提供理
论依据。
1 材料与方法
1 .1 实验材料
实验材料于 2004 年 5～ 8 月分别采自陕西、甘肃、
四川、河南、湖北、云南、吉林、辽宁、黑龙江和内蒙
等 10 个省区共 17 个居群 , 基本覆盖了七筋菇的分布区。
野外采集新鲜、完整的植物幼嫩叶片 , 用变色硅胶迅速
干燥 , 带回实验室整理后 , 置于 - 80℃冰箱保存备用。
每个居群随机采集 10～20 个不同个体 (表 1)。
1 .2 实验方法
1 .2 .1 总 DNA 提取与 ISSR 引物的筛选 采用 1×CTAB
(王关林和方宏筠 , 1998) 法 , 并作适当的改进 : 提取液
中β-巯基乙醇浓度提高至 5 % (w?v) 且加入 PVP ( 6%
(w?v) ) ; 第一次抽提后 , 重新加入提取液及抗坏血酸
(20 % (w?v) ) 并 65℃水浴 30 min。用 0 .8 %琼脂糖电泳
表 1 材料来源和采样数
Table 1 Localities and number of samples of C. udensis Trautv . et Mey .
居群 Populations 产地 Locality 采样数 Samples 经度 Longitude 纬度 Latitude 海拔 Altitude ( m)
大锅盔 Daguokui ( DGK ) 黑龙江亚布力 20 ?128 L°26′ 44°44′ 921
火山口 Hoshankou ( HSK ) 黑龙江牡丹江 14 ?128 L°31′ 44°11′ 937
龙湾 Longwan (LW) 吉林通化 12 ?126 L°23′ 42°20′ 660
马鹿沟 Malugou (MLG) 吉林敦化 18 ?128 L°12′ 43°56′ 1100
长白山 Changbaishan (CBS) 吉林抚松 18 ?128 L°03′ 42°03′ 1729
老秃顶子 Laotudingzi (LTDZ) 辽宁桓仁 20 ?124 L°52′ 42°20′ 866
黑里河 Heilihe ( HLH ) 内蒙古赤峰 20 ?118 L°16′ 41°27′ 1553
花坪 Huaping ( HP) 陕西镇坪 14 ?109 L°24′ 32°03′ 1780
太白山 Taibaishan (TBS) 陕西眉县 20 ?107 L°42′ 34°02′ 2840
佛坪 Foping ( FP ) 陕西佛坪 19 ?107 L°49′ 33°41′ 1250
寨科桥 Zaikeqiao (ZKQ) 甘肃文县 18 ?104 L°23′ 32°51′ 2200
雾灵山 Wulingshan ( WLS) 河北兴隆 20 ?117 L°27′ 40°35′ 1436
峨眉山 Emeishan (EMS) 四川乐山 10 ?103 L°19′ 29°31′ 2810
剑滟湖 J ianyanhu ( J YH) 四川九寨沟 18 ?103 L°49′ 32°44′ 3260
金猴岭 J inhouling ( JHL) 湖北神农架 20 ?110 L°16′ 31°26′ 2846
木林子 Mulinzi (MLZ) 湖北木林子 20 ?110 L°12′ 30°02′ 2085
玉龙雪山 Yulongxueshan ( YLXS) 云南丽江 18 ?100 ^°6′ 27°00′ 3108
492 云 南 植 物 研 究 29 卷
检测样品 DNA 的质量 , 用 Eppendorf Biophtometer 蛋白核
酸分析仪测定 DNA 的浓度 , 并将 DNA 的浓度稀释为 50
ng?μL。
从七筋菇 17 个居群中 , 每个居群任意选取一个个
体 , 利用其总 DNA 对 135 条引物进行筛选 , 从中筛选出
扩增条带清晰、重复性好的 15 条引物 , 用这些引物对
17 个居群的所有个体进行 PCR 扩增 (表 2)。
表 2 研究中所用 ISSR 引物序号与序列
Table 2 Primers of ISSR analysis used in this study
引物
Primer
序列
Sequence
( 5 o′-3′)
引物
Primer
序列
Sequence ( 5 \′-3′)
UBC826 ?( AC)8 C UBC867 ( GGC) 6
UBC836 ?( AG) 8 YA UBC873 ( GACA ) 4 ?
UBC855 ?( AC)8 YT UBC895 AGA GTT GGT AGC TCT TGA TC
UBC857 ?( AC)8 YG UBC897 CCG ACT CGA GNN NNN NAT GTG G
UBC861 ?(ACC) 6 ?ASSR07 (TG)7 ACC
UBC862 ?( AGC)6 ?ASSR42 ( GACA ) 4 C
UBC864 ?( ATG) 6 ?ASSR56 (TG)7 ACG
UBC865 ?(CCG) 6 ?
1 .2 .2 PCR 扩增及检测 扩增反应在 PTC DNA Engine
Systems PCR 仪上进行 , 反应体积 10μL , 其中 2 .5 mmol?L
Mg2 + , 0 . 15 mmol?L d NTP , 10× PCR buffer, 0 . 20 μmol?L
Primer, 0 . 5 U Taq DNA 聚合酶 , 50 ng DNA 模板。扩增程
序为 : 94℃充分变性 4 min, 94℃变性 1 min, 48～62℃退
火 3 min, 72℃延伸 2 min, 30 个循环 , 最后 72℃延伸 5
min。扩增产物用 2% 的琼脂糖凝胶电泳检测 (TBE 系
统 ) , EB 染色 , 60 V 电泳 3 h, 以 250 bp ladder marker (宝
生物公司 ) 作为相对分子量 ( marker) , 在 Kodak Digital
Science凝胶成像仪下观察并成像。
1 .3 数据处理与分析
ISSR 是显性标记 , 同一引物扩增产物中电泳迁移率
一致的条带被认为具有同源性 , 属于同一位点的产物按
扩增阳性 (1) 和扩增阴性 (0) 记录电泳条带 , 形成 IS-
SR 表型数据矩阵用于进一步分析。利用 POPGENE ( ver-
sion 1 .31) (Yeh等 , 1997) 软件统计分析表征遗传多样性
和居群遗传结构的参数 : 平均每个位点的等位基因数
( na, Observed number of alleles) , 平均每个位点的等位基
因有效数目 ( ne, Effective number of alleles) , 多态位点百
分率 ( PPB , Percentage of polymorphic bands) , Shannon 多
样性指数 ( I ) , Nei 基因多样性指数 ( h) , Nei 遗传分化
指数 ( GST ) 和居群每代迁移数 ( Nm )。用 WINAMOVA
(version 1 .55) ( Excoffier 等 , 1992 ) 软件 , 基于样品间的
欧氏平方距离估计遗传变异在居群间和居群内的分布及
显著水平、居群间的遗传分化和居群间的遗传距离。并
用 NTSYS软件 ( Rohlf , 1997) 中的 SHAN 程序进行 UPG-
MA 聚类分析居群间的遗传关系。最后 , 用 TFPGA 软件
(Miller, 1997) 中的 Mantel Test检测居群间的遗传距离要
与地理距离之间的关系。
2 实验结果
2 .1 七筋菇居群的 ISSR 遗传多样性
15 条引物分别产生 2～10 条带不等 , 长度
在 300～3 000 bp之间。不同居群的多态位点百
分率 PPB 为 11 .90% ～59 .52% , 总多态位点百
分率为 98 .8%。17 个居群中 , 平均每个位点的
有效等位基因数 ne、Shannon 多样性指数 I 和
Nei 基因多样性指数 h 分别为 1 .6752、0.5638、
0 .3833 (表 3) 。在研究的所有居群中 , 居群 YLXS
和 JHL 的 遗 传 多 样 性 最 高 ( PPB: 59 .52%、
41.81% ; ne: 1. 5265, 1.3861; h: 0.2777, 0.2130;
I : 0.3921 , 0.3060 ) ; 居 群 EMS 和 ZKQ 的 最 低
( PPB: 11.90% , 11.90% ; ne: 1.1069, 1.0964; h:
0.0561, 0.0526; I : 0 .0790, 0.0753)。
2 .2 七筋菇居群的遗传结构
由 Shannon指数估算七筋菇居群间遗传多样
性所占比率为 0 .6903 , 根据 Nei 基因多样性指
数 , 居群间的遗传分化系数 ( GST ) 为 0.6944 ,
与 Shannon指数的分析结果相一致。按照 Nm =
0 .5 (1- GST )?GST , 估计居群间的基因流 , 结果为
0 .2200 (表 3) 。
遗传一致度和遗传距离分析显示 , 各居群间
的遗 传 一 致 度 从 0.5313 ～ 0 .8293 , 平 均 为
0 .6792; 遗传距离从 0.1871 ～ 0 .6632 , 平均为
0 .3838 (表 4)。居群 LTDZ 和 CBS 之间的遗传距
离最小 , YLXS 和 HLH 之间的最大。
根据居群间的遗传距离进行 UPGMA 聚类分
析 ( 图 1 ) 可 以 看出 , 17 个 居 群 形 成 2 支 :
WLS、TBS和 HLH 聚为一支 , 其余的居群聚为一
支。第 2 支又可以分为 3 个亚支 , EMS、 JYH、
FP、ZKQ、YLXS 聚为一支 ; MLZ、 JHL、 HP 聚
为一支 ; MLG、DGK、HSK、LTDZ、CBS、LW 聚
为一支。
同时 , 利用 AMOVE 软件进一步估测遗传变
异在居群间和居群内的分布 , 结果显示 ( 表 5 ) :
七筋菇居群间的遗传变异为 14 .173 , 居群内的遗
传变异为 3 .224; 居群间的遗传变异占总遗传变
异的 81 .47% , 而居群内的遗传变异占总遗传变
异的 18 .53%。与 Nei 基因多样性指数、Shannon
多样性指数分析结果基本一致。
5923 期 王?玲等 : 七筋菇自然居群的遗传结构分析
对居群间的遗传距离和地理距离之间进行
Mantel 检测 , 结果显示两者之间相关性不显著
( r = 0 .029 , P = 0 .3196 ) , 表明七筋菇居群遗传
变异的分布没有明显的地理趋势。
表 3 七筋菇居群的遗传多样性指数
Table 3 Genetic diversity of Clintonia udensis detected by ISSR analysis
Population na ne h I PPB ( % ) HS HT GST Nm
DGK 1 ?. 2262 (0 ?. 4209 ) 1 . 1762 ( 0 .3314 ) 0 .0967 ( 0 >. 1820 ) 0 .1396 ( 0 .2615 ) 22 .62
HSK 1 ?. 1667 (0 ?. 3749 ) 1 . 1347 ( 0 .3114 ) 0 .0736 ( 0 >. 1671 ) 0 .1054 ( 0 .2383 ) 16 .67
LW 1 ?. 2143 (0 ?. 4128 ) 1 . 1895 ( 0 .3686 ) 0 .1002 ( 0 >. 1936 ) 0 .1414 ( 0 .2728 ) 21 .43
MLG 1 ?. 2500 (0 ?. 4356 ) 1 . 2068 ( 0 .3757 ) 0 .1110 ( 0 >. 1971 ) 0 .1584 ( 0 .2791 ) 25 .00
CBS 1 ?. 3810 (0 ?. 4885 ) 1 . 3170 ( 0 .4364 ) 0 .1672 ( 0 >. 2253 ) 0 .2375 ( 0 .3160 ) 38 .10
LTDZ 1 ?. 3333 (0 ?. 4742 ) 1 . 2536 ( 0 .3790 ) 0 .1415 ( 0 >. 2050 ) 0 .2046 ( 0 .2940 ) 33 .33
HLH 1 ?. 3929 (0 ?. 4842 ) 1 . 3294 ( 0 .3827 ) 0 .1751 ( 0 >. 2067 ) 0 .2488 ( 0 .2925 ) 39 .29
HP 1 ?. 2143 (0 ?. 2953 ) 1 . 1760 ( 0 .2514 ) 0 .0958 ( 0 >. 1341 ) 0 .1368 ( 0 .1905 ) 21 .43
TBS 1 ?. 4600 (0 ?. 5035 ) 1 . 3042 ( 0 .3529 ) 0 .1803 ( 0 >. 2014 ) 0 .2666 ( 0 .2948 ) 27 .38
FP 1 ?. 1429 (0 ?. 2953 ) 1 . 1122 ( 0 .2202 ) 0 .0622 ( 0 >. 1232 ) 0 .0895 ( 0 .1787 ) 14 .29
ZKQ 1 ?. 1190 (0 ?. 2953 ) 1 . 0964 ( 0 .2491 ) 0 .0526 ( 0 >. 1331 ) 0 .0753 ( 0 .1892 ) 11 .90
WLS 1 ?. 2400 (0 ?. 4314 ) 1 . 2042 ( 0 .3736 ) 0 .1095 ( 0 >. 1981 ) 0 .1555 ( 0 .2805 ) 14 .29
EMS 1 ?. 1190 (0 ?. 3258 ) 1 . 1069 ( 0 .2949 ) 0 .0561 ( 0 >. 1539 ) 0 .0790 ( 0 .2166 ) 11 .90
JYH 1 ?. 1905 (0 ?. 3950 ) 1 . 1583 ( 0 .3345 ) 0 .0857 ( 0 >. 1790 ) 0 .1222 ( 0 .2543 ) 19 .05
JHL 1 ?. 4881 (0 ?. 5029 ) 1 . 3861 ( 0 .4149 ) 0 .2130 ( 0 >. 2229 ) 0 .3060 ( 0 .3180 ) 41 .81
MLZ 1 ?. 1786 (0 ?. 3853 ) 1 . 1336 ( 0 .2987 ) 0 .0753 ( 0 >. 1646 ) 0 .1091 ( 0 .2371 ) 17 .86
YLXS 1 ?. 5952 (0 ?. 4938 ) 1 . 5265 ( 0 .4483 ) 0 .2777 ( 0 >. 2325 ) 0 .3921 ( 0 .3269 ) 59 .52
Average 1 ?. 2772 (0 ?. 4126 ) 1 . 2242 ( 0 .3426 ) 0 .1220 ( 0 >. 1835 ) 0 .1746 ( 0 .2612 ) 25 .64
Species level 1 ?. 9989 (0 ?. 0245 ) 1 . 6752 ( 0 .2834 ) 0 .3833 ( 0 >. 1192 ) 0 .5638 ( 0 .1390 ) 98 .80 0 .1191 0 .3821 0 .6944 0 . 2200
na: 观察等位基因数 ; ne: 有效等位基因数 ; h: Nei 基因多样性指数 ; I : Shannon 多样性指数 ; PPB: 多态位点百分率 ; HS : 居群
内的基因多样性 ; HT : 居群总的基因多样性 ; GST : 基因分化系数 ; Nm: 基因流 .
na = Observed number of alleles; ne= Effective number of alleles; h = Nei gene diversity; I = Shannon′s information index; PPB = The percentage of
polymorphic loci .; HS : Genediversity within populations; HT : Total gene diversity; GST : Coefficient of gene differentiation; Nm: gene flow .
表 4 七筋菇种群基于 Nei 指数的遗传距离 (对角线下方 ) 和遗传一致度 (对角线上方 )
Table 4 The Nei′s genetic distance (above diagonal) and genetic identity (below diagonal) among Clintonia udensis populations
Pop . WLS TBS EMS MLZ MLG LTDZ HP YLSX FP JYH DGK HSK LW HLH KZQ CBS JHL
WLS * * * 0 ?. 7941 0 .5313 0 .5834 0 .6710 0 .6594 0 ?. 5854 0 .5363 0 .6356 0 .5470 0.6364 0 . 5974 0 &. 7005 0 ,.7829 0 2. 6693 0 8. 7063 0 >. 6297
TBS 0 ?.2305 * * * 0 .6424 0 .5899 0 .6129 0 .6445 0 ?. 6082 0 .6485 0 .6796 0 .5824 0.6723 0 . 6728 0 &. 6296 0 ,.7784 0 2. 7725 0 8. 7451 0 >. 6906
EMS 0 ?.6324 0 .4425 * * * 0 .6330 0 .6832 0 .6019 0 ?. 6832 0 .6878 0 .7227 0 .7936 0.7053 0 . 7446 0 &. 6371 0 ,.6068 0 2. 7099 0 8. 6586 0 >. 6992
MLZ 0 ?.5389 0 .5277 0 .4573 * * * 0 .7060 0 .7088 0 ?. 7602 0 .6765 0 .7321 0 .6652 0.7369 0 . 7688 0 &. 6970 0 ,.6404 0 2. 7125 0 8. 7833 0 >. 8286
MLG 0 ?.3990 0 .4896 0 .3810 0 .3481 * * * 0 .7827 0 ?. 6666 0 .6313 0 .6557 0 .6016 0.7879 0 . 7753 0 &. 7611 0 ,.6331 0 2. 6040 0 8. 6998 0 >. 7069
LTDZ 0 ?.4164 0 .4392 0 .5077 0 .3442 0 .2450 * * * 0 ?. 6343 0 .6832 0 .6132 0 .6099 0.7287 0 . 6924 0 &. 7298 0 ,.6931 0 2. 6338 0 8. 8293 0 >. 6882
HP 0 ?.5370 0 .4973 0 .3810 0 .2742 0 .4055 0 .4552 * * * 0 ?. 6397 0 .6498 0 .6958 0.6175 0 . 6818 0 &. 6335 0 ,.5710 0 2. 6343 0 8. 7024 0 >. 7812
YLSX 0 ?.6231 0 .4331 0 .3743 0 .3908 0 .4600 0 .3810 0 ?. 4467 * * * 0 .6869 0 .7158 0.6822 0 . 6066 0 &. 6231 0 ,.5152 0 2. 6445 0 8. 7091 0 >. 7452
FP 0 ?.4532 0 .3862 0 .3248 0 .3118 0 .4221 0 .4891 0 ?. 4311 0 .3755 * * * 0 .7218 0.7159 0 . 7190 0 &. 6389 0 ,.6265 0 2. 7826 0 8. 7058 0 >. 7658
JYH 0 ?.6033 0 .5406 0 .2312 0 .4077 0 .5082 0 .4945 0 ?. 3627 0 .3344 0 .3260 * * * 0.6469 0 . 6326 0 &. 6343 0 ,.6199 0 2. 7269 0 8. 7088 0 >. 7450
DGK 0 ?.4520 0 .3971 0 .3491 0 .3052 0 .2384 0 .3165 0 ?. 4821 0 .3824 0 .3342 0 .4356 * * * 0 . 8063 0 &. 7140 0 ,.6703 0 2. 6670 0 8. 6928 0 >. 6708
HSK 0 ?.5152 0 .2963 0 .2949 0 .2629 0 .2545 0 .3676 0 ?. 3831 0 .4998 0 .3299 0 .4579 0.2153 * * * 0 &. 6755 0 ,.6620 0 2. 6950 0 8. 7442 0 >. 7285
LW 0 ?.3560 0 .4627 0 .4508 0 .3609 0 .2730 0 .3150 0 ?. 4565 0 .4731 0 .4479 0 .4553 0.3368 0 . 3923 * * * 0 ,.6879 0 2. 6600 0 8. 7355 0 >. 7698
HLH 0 ?.2448 0 .2506 0 .4995 0 .4457 0 .4572 0 .3665 0 ?. 5604 0 .6632 0 .4676 0 .4782 0.4001 0 . 4125 0 &. 3741 * * * 0 2. 7652 0 8. 7213 0 >. 6442
KZQ 0 ?.4016 0 .2581 0 .3427 0 .3390 0 .5041 0 .4561 0 ?. 4410 0 .4393 0 .2451 0 .3190 0.4050 0 . 3639 0 &. 4156 0 ,.2676 * * * 0 8. 7718 0 >. 8106
CBS 0 ?.3478 0 .2943 0 .4177 0 .2443 0 .3569 0 .1871 0 ?. 3533 0 .3438 0 .3484 0 .3442 0.3670 0 . 2954 0 &. 3072 0 ,.3267 0 2. 2591 * * * 0 >. 8017
JHL 0 ?.4625 0 .3702 0 .3579 0 .1881 0 .3468 0 .3736 0 ?. 2469 0 .2941 0 .2669 0 .2943 0.3993 0 . 3167 0 &. 2616 0 ,.4398 0 2. 2100 0 8. 2211 * * *
表 5 遗传变异在七筋菇居群内的分布
Table 5 Analysis of molecular variance ( AMOVA ) within?among Clintonia udensis populations
变异分布
Sourceof variance
d . f SSD MSD
变异分量
Variance component
变异所占比例 ( % )
Ratio of variance
P
居群间 Among populations 16 ?3409 .19 243 .51 14 ?. 173 81 .47 < 0 .003
居群内 Within populations 260 ?773 .78 3 . 22 3 ?. 224 18 .53 < 0 .003
692 云 南 植 物 研 究 29 卷
图 1 七筋菇居群的遗传距离聚类图
Fig . 1 Dendrogram of Clintonia udensis populations, generated
using UPGMA cluster analysis based on genetic distance
3 讨论
3 .1 七筋菇居群的遗传多样性
研究结果表明 , 17 个七筋菇自然居群均存
在着高的遗传多样性 , 其多态位点百 分率为
98 .8%。与其它百合科植物相比 , 具有相近的遗
传多样性。唐荣华等 ( 2003) 研究重楼植物发现
其多态位点百分率为 95 .3% ; 徐柯等 (2002 ) 以
RAPD 为分子标记对四川麦冬居群进行研究 , 结
果表 明 麦冬 及 沿 阶 草的 多 态 位点 百 分 率 为
92 .23% ; 在刘塔斯等 ( 2002) 的研究中玉竹的
多态位点百分率为 96 .3% ; 用 ISSR 对紫斑百合
进行居群生物学研究 , 其多态位点百 分率为
88 .04% (何显静等 , 2003) 。
物种的地理分布范围往往是决定植物物种遗
传多样性的主要因素之一 , 自然分布范围广的物
种通常趋向于具有更高的遗传多样性 ( Hamrick
and Godt, 1990; Kanon, 1987) 。七筋菇的分布范
围较广 , 从中国东北的黑龙江一直延伸到西南部
的云南都有分布 , 因而预测它具有较高水平的遗
传多样性。这与我们通过对 17 个居群的 ISSR 分
析得到的结果相吻合。
七筋菇保持较高的遗传多样性水平可能与其
进化历史有关。Aradhya 等 ( 1991 ) 学者认为新
分化的年轻种具有较高的遗传多样性。根据花粉
化石资料 , 百合科花粉化石出现在始新世或更新
世 ( 张宏达等 , 2004 ) , 起源较晚。而七筋菇属
植物 起源 于第 三纪 中期 ( 李 思锋 和常 朝阳 ,
1996) , 由此认为七筋菇是一个相对新分化形成
的物种 , 其继承祖先的遗传多样性就较高。在第
三纪中期 , 喜马拉雅山脉、横断山和秦岭等山脉
的抬升 , 青藏高原的隆起 , 以及内陆的旱化 , 导
致植物沿适应高寒旱化的方向发生分化 ( Editori-
al Committeeof Chinese Physical Geographyof theChi-
nese Academy of Sciences, 1983 )。新分化形成的
七筋菇在进化过程中 , 由于经历了不同的环境气
候变化 , 为了自身物种的生存 , 在不同的环境条
件下进化积累了较多的遗传多样性 , 以适应各种
可能的环境压力。
另一方面 , 七筋菇居群内的多态位点百分率
却相 对 较 低 , 从 11 .90% ～ 59 .52% , 平 均 为
25 .64% , 暗示生活在不同生境的居群进化过程中
可能固定了不同的等位基因 , 从而导致较大比例的
遗传变异存在于居群间。Gottlieb (1977) 提出同种
种内居群间遗传距离通常小于 0.05。七筋菇居群
的遗传距离从 0 .1871～0 .6632, 平均为 0.3838 ,
大于同一物种种内居群间的平均遗传距离值 , 表
明七筋菇居群间的遗传多样性存在较大差异。
3 .2 七筋菇自然居群的遗传结构
本文的 Shannon多样性指数、居群的遗传分
化系数 ( GST ) 以及 AMOVA 分析结果都显示出
七筋菇居群具有相似的遗传结构。AMOVA 分析
表明居群总遗传变异的 81 .47% 来源于居群之
间 , 也就是说七筋菇的遗传变异主要存在于居群
之间 , 而居群内的遗传变异较少 , 不同居群间存
在着明显的遗传分化。
Hilde and Lgor (2000) 认为 , 寿命长、异交、
演替阶段晚期的类群在居群内保持有高的遗传变
异 , 而一年生或短命多年生、自交和演替阶段早
期的类群在居群间保持有高的遗传变异。七筋菇
是一种短命的多年生草本植物 , 居群间存在着较
大的遗传变异 , 与其七筋菇物种本身的生物学特
性有关。
居群的遗传结构常常受到许多因素的影响 ,
如繁育系统、基因流、种子的扩布方式等等。其
中 , 植物的繁育系统对居群的遗传结构具有很大
影响 ( Ellstrand and Elam, 1993 )。从某种意义上
讲 , 在其它条件基本一致的情况下 , 植物居群具
有什麽样的遗传结构取决于居群自交或近交所占
的比重 (Loveless and Hamrick, 1984 )。七筋菇居
7923 期 王?玲等 : 七筋菇自然居群的遗传结构分析
群的遗传分化系数 ( GST = 0 .6944 ) 高于自交类
群的平均基因分化系数 ( GST = 0 .59 ) 以及异交
类群的遗传分化系数 ( GST = 0 .23 ) ( Hilde and
Lgor, 2000) 。七筋菇居群间存在较高的 GST 值 ,
暗示七筋菇居群的交配系统以自交为主。目前对
七筋菇植物的繁育系统还不甚了解 , 而在七筋菇
属中 , 大 孢 子 的 发 生 属 于 独 特 七 筋 菇 类 型
(Clintonia-type) , 这种孢子发生类型相当于自花受
精 (Walker, 1944)。自花受精的存在可能是导致
七筋菇居群间存在明显遗传分化的原因之一。
影响居群遗传结构的因素除繁育系统外 , 基
因流也是一个重要因素。高水平、稳定的基因流
可以防止居群间的遗传分化 ( 张娟等 , 2003 )。
七筋菇为生长在高山疏林下的草本 , 所处生境复
杂 , 花粉和种子的有效传播距离小于居群间的地
理距离 ( 35～2 777 km) , 使得居群内基因交流频
繁 , 居群间难以进行基因交流 , 基因流较低。本
研究中七筋菇居群的基因流 Nm = 0 .2200 , 这个
数值远远低于一般广布种植物的基因流 ( Nm =
1 .881 ) ( Hamrick, 1987 ) , 揭示出七筋菇居群间
存在着有限的基因流。
另外 , 遗传漂变以及遗传隔离都可能导致居
群间产生较大的遗传变异 ( Hogbin 等 , 1999 )。
任何个体数量有限的居群都经历着遗传漂变 , 一
般认为 , 居群越小遗传漂变的影响就越显著。在
我们的野外调查中发现 , 大多数七筋菇居群是由
一些小的地区性繁殖居群所构成 , 有的居群甚至
只有 3 个个体。而且七筋菇在种内居群水平上其
遗传多样性较低 ( PPB = 25 .64% ) , 居群间的基
因流有限 , 使小群体的遗传多样性降低 ( 如 EMS
居群有 10 个个体 , PPB = 11.90% ) , 导致居群
内遗传基础趋于一致 , 随之发生的随机遗传漂变
将加大居群间的分化。
Fischer等 (2000) 认为遗传距离与地理距离
之间缺乏显著相关性意味着遗传漂变在居群间的
分化中起着不可忽视的作用。当一个居群与其他
居群相互隔离时 , 遗传漂变成为影响居群遗传结
构和增加居群间遗传变异的重要因素 ( Ellstrand
and Elam, 1993; Barrett and Kohn, 1991 )。在本
研究中 , 七筋菇居群间的遗传距离与地理距离之
间没有显著的相关性 ( r = 0 .029) , 聚类分析结
果也显示七筋菇自然居群没有表现出明显的地理
区域倾向。本文所研究的 17 个七筋菇居群之间
的地理距离较远 ( 35～2 777 km) , 虽然七筋菇的
种子靠风传播 , 有一定的传播范围 , 但居群间较
明显的地理距离仍然会阻碍着居群间的基因交
流 , 揭示出遗传漂变可能是导致七筋菇居群间变
异较大的又一个重要原因。
综上所述 , 七筋菇自然居群虽然存在较高的
遗传多样性 , 但大多数的遗传变异存在于居群之
间。七筋菇本身的生物学特性、居群间有限的基
因流、遗传漂变等因素都导致了七筋菇居群间产
生较大的遗传变异和分化。
致谢 在本项研究的野外考察与样品取样阶段 , 承蒙山
西师范大学毕润成教授、通化师范学院周繇、于俊林老
师的鼎力支持。
〔参 考 文 献〕
Arad ?hya KM , Mueller-Dombois D, Ranker TA , 1991 . Genetic evidence
for recent and incipient speciation in the evolution of Hawaiian
metrosideros ( Myrtaceae) [ J ] . Heredity, 67 : 129—138
Barr ?ett SCH , Kohn J R , 1991 . Geneticsand evolutionary consequences of
small population size in plants: implications for conservation [ A ] .
In: Falk DA , Holsinger KE ( Eds .) , Genetics and Conservation of
Rare Plants [M ] . New York: Oxford University Press . USA , 3—30
Blai ?r MW, Panaud O, Mccouch SR , 1999 . Inter-simple sequence repeat
( ISSR ) amplification for analysis of microsatellite motif frequency and
fingerprinting in rice ( Oryza sativa L .) [ J ] . Theor Appl Genet, 98 :
780—792
Dirl ?ewanger E, Pronier V , Parvery C et al . 1998 . Genetic linkage map
of peach ( Prunus persica L .) using morphological and molecular
markers [ J ] . Theor Appl Genet, 97 : 888—895
Edit ?orial Committeeof Chinese Physical Geography of the Chinese Acade-
my of Sciences, 1983 . Chinese Physical Geography, Phytogeography
[ M] . Beijing: Science Press, 1—6
Ells ?trand NC , ElamDR , 1993 . Population gentics consequencesof small
population size: implications for plant conservation [ J ] . Ann Rev Ecol
Syst, 24 : 217—243
Esse ?lman EJ , Li JQ, Crawford DJ et al . 1999 . Clonal diversity in the
rare Calamagrostis porteri ssp. Insperata ( Poaceae) : compareative
results for allozymes and RAPD and ISSR markers [ J ] . Mol Ecol , 8 :
443—451
Exco ?ffier L , Smouse PE, Quattro JM , 1992 . Analysis of molecular vari-
ance inferred frommetric distance among DNA haplotype applications
to human mitochondrial DNA restriction data [ J ] . Genetics, 131:
479—491
892 云 南 植 物 研 究 29 卷
Fisc ?her M, Husi R , Prati D et al . 2000 . RAPD variation among and
within small and large populations of therare clonal plant Rammculus
reptans ( Ranunculaceae) [ J ] . Amer J Bot, 87 ( 8) : 1128—1137
Gilb ?ert J E, Lewis RV , Wilkinson MJ et al . 1999 . Developing an appro-
priate strategy to assess genetic variability in plant germplasm collec-
tions [ J ] . Theor Appl Genet, 98 : 1125—1131
Gott ?lieb LD, 1977 . E lectorphoretic evidence and plant populations [ J ] .
Ann Mo Bot Gard, 64 : 162—180
Hamr 6ick JL , 1987 . Gene flow and distribution of genetic variation in
plant populations [M ] . New York: Academes Press, 53—67
Hamr 6ick JL , Godt MJW, 1990 . Allozymediversity in plant species [A ] .
In: Plant PopulationGenetics, Breeding andGenetic Resources ( eds
BrownAHD, Clegg MT , Kahler AL , Wier BS) [ M ] . Sinauer,
Sunderland, 43—63
He X IJ (何显静 ) , Li B (李标 ) , Yu H (虞泓 ) , 2003 . The population
study of Liliumneaplense [ J ] . J ournal of Yunnan University ( Natu-
ral Science Edition) ( 云 南大 学 学报 ( 自 然科 学 版 ) ) , 25
(supplement) : 78—83
Hild ?e N , Lgor VB , 2000 . Effective of life history traits and sampling
strategies on genetic diversity estimates obtained with RAPD markers
in plants [ J ] . Perspectivs in Plant Ecology, Evolution and Systemat-
ic, 3 ( 2) : 93—114
Hogb .in PM, Peakall R , 1999 . Evaluation of the conservation of genetic
research to the management of endangered plant Zieria prostrate [ J ] .
Conserv Biol , 13 : 514—522
Karr ?on JD, 1987 . A compareison of levels of genetic polymorphism and
self-compatibility in geographically restricted and widespred plant
congeners [ J ] . Evolutionary Ecology, 1 : 47—58
Li S ?F (李思锋 ) , Chang ZY (常朝阳 ) , 1996 . A cytogeographical study
on Clintonia udensis (Liliaceae) [ J ] . Acta Phytotax Sin ( 植物分
类学报 ) , 34 (1 ) : 29—38
Li S ?F , Chang ZY , Yuan YM, 1996 . Theorigin and dispersal of the ge-
nus Clintonia Raf . (Liliaceae) : evidence from its cytogeography and
morphology [ J ] . Caryologia, 49 : 125—13
Liu ?TS ( 刘塔斯 ) , Li Z ( 李钟 ) , Liu CL ( 刘春林 ) , 2002 . Analysis of
Polygonatumodoratum and its substitutes by RAPD [ J ] . Chinese
Pharmaceutical Journal (中药及天然药物 ) , 37 ( 10) : 734—746
Love ?less MP, Hamrick JL , 1984 . Ecological determinations of genetic
structure in plant populations [ J ] . Ann Rev Ecol Syst, 15 : 66—95
Mill ?er MP, 1997 . Tools for population genetic analysis (TEPGA ) , ver-
sion 1 .3 [ M ] . Department of Biological Science, Northern Arizona
University, Arizona, USA .
Rohl ?f FJ , 1997 . NTSYS-pc: numerical taxonomy andmultivariate analys-
is system, ver . 2 . 10 [M ] . Exeter Lid, Setauket, NY , USA .
Tang ?RH ( 唐 荣华 ) , Wang L ( 王丽 ) , Tang XF ( 唐 小飞 ) et al .
2003 . Genetic diversity analysis of Paris by RAPD markers [ J ] .
J ournal of SichuanUniversity (Natural Science Edition) (四川大学
学报 (自然科学版 ) ) , 40 ( 4) : 778—782
WangFZ (汪发缵 ) , Tang J (唐进 ) , Chen XQ (陈心启 ) et al . 1978 .
Flora of China [M] . Beijing: Science Press, Vol15 , 24—26
Walk ?er R , 1944 . Chromosome number, megasporogenesia and develop-
mentof embryo-sac in Clintonia [ J ] . Bull Torrey Bot Club, 71 :
529—535
WangGL (王关林 ) , Fang HJ ( 方宏筠 ) , 1998 . Principles and tech-
niques of plant gene engineering [ M ] . Beijing: Science Press,
643—645
Xu K (徐柯 ) , Zheng M (郑鸣 ) , Cao Y ( 曹毅 ) et al . 2002 . RAPD
on natural populations in Ophiopogon japonicaus in Sichuan Prov-
ince [ J ] . Chinese Traditional and Herbal Drugs ( 中草 药 ) , 33
(7 ) : 648—652
Yeh FC , Yang RC , Boyle T, Ye ZH , Mao JX , 1997 . POPGENE , the
user friendly shareware for population genetic analysis [M ] . Molecu-
lar Biology and Biotechnology Center, University of Alberta, Edmon-
ton, Canada .
Zhan ?gHD ( 张宏达 ) , Huang YH (黄云晖 ) , Miao RH ( 缪汝槐 ) et
al . 2004 . Systematics of spermatophyte [ M ] . Beijing: Science
Press, 598—601
Zhan ?gJ ( 张娟 ) , Yin LK ( 尹林可 ) , Zhang DY ( 张 道远 ) , 2003 .
RAPD analysis of genetic diversity in natural populations of Tamarix
hispida [ J ] . Acta Bot Yunnan (云南植物研究 ) , 25 : 557—562
9923 期 王?玲等 : 七筋菇自然居群的遗传结构分析