全 文 ：几种常用分子标记遗传多样性参数的统计分析 ?
张德全1 ,2 , 杨永平1
??
( 1 中国科学院昆明植物研究所 , 云南 昆明 650204; 2 中国科学院研究生院 , 北京 100049 )
摘要 : 对 235 篇文献中 314 种野生种子植物的遗传多样性参数进行了统计分析。结果表明 , 目前常用的五
种分子标记中 , ISSR、等位酶和 SSR 的参数值间差异显著 , 彼此不宜直接比较 , 且与 RAPD 和 AFLP 的参
数也不宜直接比较 ; 显性标记 RAPD和 AFLP的参数之间可以直接比较。基于 Hardy-Weinberg平衡的遗传分
化指数 Gst值明显低于基于 AMOVA 分析的 Φst值 , 两者亦不宜直接比较。对基于 RAPD 和 AFLP 标记的 179
种植物的遗传多样性参数进行联合分析 , 结果表明 : 在种群水平上 , 裸子植物的遗传多样性比双子叶植物
和单子叶植物都要高 , 而其遗传分化值较低 ; 乔木的遗传多样性比草本和灌木高 , 而分化值更低 ; 克隆植
物具有比有性生殖更高的遗传多样性 , 在有性生殖植物中 , 异交植物最高 , 而自交植物最低 ; 广布种的遗
传多样性明显高于濒危和狭域分布种。
关键词 : 遗传多样性 ; 生活史特性 ; 显形标记 ; 等位酶 ; SSR
中图分类号 : Q 16 文献标识码 : A 文章编号 : 0253 - 2700 (2008) 02 - 159 - 09
A Statistical and Comparative Analysis of Genetic Diversity
Detected by Different Molecular Markers*
ZHANG De-Quan1 , 2 , YANG Yong-Ping1 **
(1 Kunming Instituteof Botany, ChineseAcademy of Sciences, Kunming 650204 , China;
2 GraduateUniversity of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049 , China)
Abstract: This paper presented a statistical and comparative analysis of common parameters of plant genetic diversity by
using relevant dataof 314 wild plantspeciesfrom235 publishedarticles . Theresults indicated that the parameters of genet-
ic diversity revealed by RAPD and AFLP are comparable, but all parameters of genetic variation detected by ISSR , alloz-
yme and SSR are incomparable, which are not comparativewith those by RAPD and AFLP . Thegenetic differentiation val-
ue Gst based on Hardy-Weinberg equilibrium is obviously lower than the value Φst based on AMOVA analysis, which
showed that these two parameters are incomparable as well . Furthermore, the statistical and comparative results of genetic
diversity of 179 plant species byRAPD and AFLP indicatedthat at population level: 1) thegenetic diversityof gymnosperm
is higher than those of both dicotyledon and monocotyledonof angiosperm, but lower genetic differentiation; 2) thegenetic
diversity of tree is higher than thoseof shruband herb, but lower genetic differentiation; 3) theclonal plant has higher ge-
netic diversity thanthose reproduce sexnally, and4) thecross-breeding plant has higher genetic diversity than self-breeding
plant; 5 ) the widespread plant species has higher genetic diversity than the rare, endangered or endemic species .
Key words: Genetic diversity; Life history; Dominant molecular markers; Allozyme; SSR
遗传多样性是生物多样性的重要组成部分 ,
是地球上所有生物携带的遗传信息的总和 ( 施立
明 , 1993)。遗传多样性主要是指种内不同群体
之间或同一群体内不同个体间遗传变异的总和。
云 南 植 物 研 究 2008 , 30 (2) : 159～167
Acta Botanica Yunnanica

?
?? ?通讯作者 : Author for correspondence; E-mail : yangyp@ mail . kib. ac. cn
收稿日期 : 2007 - 06 - 12 , 2007 - 09 - 11 接受发表
作者简介 : 张德全 (1980 - ) 男 , 在读博士研究生 , 主要从事保护生物学和谱系地理学研究。 ?
基金项目 : 国家自然科学基金项目 (30370118)
这种变异可以体现在不同水平上 , 主要包括种群
水平、个体水平、组织和细胞水平以及分子水平
(Moritz and Hillis, 1990) 。
遗传多样性研究具有重要的理论和实际意
义。通过物种遗传多样性和遗传结构的研究可以
揭示其进化历史和进化潜力 ( Soltis, 1991; Ge
等 , 1997)。濒危物种的种群遗传学研究可作为
物种的保护和种群恢复的理论基础 (Hamrick and
Godt, 1996 )。经济植物的遗传多样性研究对其野
生资源的可持续利用和保护至关重要 ( Han等 ,
2007) 。对外来入侵植物遗传多样性和遗传结构
的研究 , 可了解其种群动态和入侵机制 , 并为外
来入侵植物的控制和管理提供科学依据 ( Sakai
等 , 2001; Lee, 2002; Ren等 , 2005) 。
遗传多样性的检测方法主要有 4 类 : 形态标
记、细胞学标记、生化标记和分子标记 ( 邱芳
等 , 1998)。广义的分子标记是指可遗传且可检
测的特异 DNA、RNA 序列或蛋白质序列 , 而狭
义的分子标记专指 DNA 标记。与形态标记、细
胞学标记和生化标记相比 , 分子标记具有以下优
越性 : (1) 直接以核酸作为研究对象 , 在植物体
内的各个组织、各个发育时期均可检测 , 不受季
节、环境限制 , 与发育时期无关 ; (2) 标记数量
极多 , 遍及整个基因组 ; (3) 多态性高 , 由于自
然界存在许多等位变异 , 无需专门创造特殊的遗
传材料 ; (4) 有许多分子标记表现为共显性 , 能
鉴别纯合和杂合基因型 , 可提供完整的遗传信息
(郑成木 , 2002)。
分子标记是随着分子生物学技术的发展而不
断发展的。1980 年 , 美国的 Botstein提出 DNA 限
制性酶切片断长度多态性 ( RFLP) 可以作为遗
传标记 ( Botstein, 1980) , 开创了直接应用 DNA
多态性发展遗传标记的新阶段。而随着 DNA 多
聚酶链式反应 (PCR ) 技术的出现 , 许多新型的
分子标记运用而生。根据多态性检测手段的不同
可将其分为三类 : 基于 Southern杂交技术的分子
标记 ; 基于 PCR 反应的分子标记 ; PCR-RFLP 结
合产生的 AFLP 标记等。当前应用比较广泛的分
子标记主要有显性标记 RAPD、 ISSR、AFLP 和共
显性标记 SSR 等 ( 郑成木 , 2002)。
严格地说 , 等位酶是一种生化标记 , 具共显
性特性。自上世纪 60 年代以来 , 就作为检测遗
传多样性基本方法 , 在动植物中得到广泛应用 ,
积累了大量资料 , 并在采样原则、实验方法、数
据处理和结果分析等方面都形成了一套统一的标
准 (Soltis and Soltis, 1989; Crawford, 1990 )。Ayala
and Kiger ( 1984 ) 和 Hamrick andGodt (1989) 等先
后对主要动植物的遗传多样性研究进行了总结 ,
认为多态位点百分率 ( P ) 和平均期望杂合度
( He ) 是衡量遗传多样性水平的重要参数 , 而
Qian 等 ( 2001 ) 则认 为期 望杂 合度 ( He ) 和
Shannon指数 ( I ) 在遗传多样性的评估上比多态
位点百分率更加有效。近年来 , 许多遗传多样性
研究都借助于分子标记的手段 , 但其多样性的分
析和评估主要以 Hamrick and Godt ( 1989) 的统计
结果为参照。由于等位酶是生化水平 , 主要是对
功能基因的表达产物进行检测 , 只能反应一部分
功能基因的情况 , 而对大部分功能基因和大量非
功能 DNA 区域无法检测 , 且其所能检测的多态
性较低 , 逐步为分子标记所取代。直接将基于分
子标记 ( 如 RAPD) 的数据和等位酶进行比较 ,
这种做法仍待商榷。而不同显性标记之间以及显
性标记和共显性标记之间是否具有可比性也颇具
争议。Nybomand Bartish ( 2000 ) 对基于 RAPD 标
记的遗传参数进行了统计分析 , 并讨论了遗传参
数与生活史、地理分布、繁育系统及演替阶段等
因素的关系。Nybom ( 2004 ) 又对几种分子标记
的参数的可比性和不同类型植物的遗传多样性和
遗传分化参数进行了统计分析 , 但其统计的参数
仅限于期望杂合度 ( He ) 和遗传分化值 ( Gst 和
Φst ) , 而且对基于 ISSR 和 AFLP 的研究的物种的
统计较少。本文对 235 篇中英文期刊 ( 其中英文
文献 207 篇 ) 所报道的约 314 种野生种子植物的
遗传多样性参数进行了统计分析 , 对几种常用分
子标记 ( RAPD、 ISSR、AFLP、SSR) 及等位酶之
间数据的可比性进行了分析 , 以期为种子植物遗
传多样性的评估提供参考。
1 研究方法
本研究主要是通过查阅文献 , 记录各项遗传多样性
参数 , 再分别计算各项参数的平均值和标准差 , 并利用
SPSS软件对不同标记、不同类型间参数的可比性进行差
异显著性检验。在统计过程中 , 坚持三点原则 : 一是限
于种子植物 , 即裸子植物、双子叶植物和单子叶植物 ,
061 云 南 植 物 研 究 30 卷
动物、蕨类及真菌等不在统计范围内 ; 二是限于野生植
物或野生居群 , 而对栽培品种和居群不予统计 ; 三是所
统计的物种是随机的 , 统计了所有查到的基于 RAPD、
ISSR、AFLP、SSR 研究的种子植物 , 而等位酶的数据引
自 Hamrick and Godt ( 1989 ) 的统计结果。在遗传多样性
参数的选择和使用上 , Hamrick and Godt (1989) 认为多态
位点百分率 ( P) 和期望杂合度 ( He ) 比较重要 , 而且
他较注重物种水平的多样性 ; 而 Nybomand Bartish ( 2000)
及 Nybom (2004 ) 则认为期望杂合度 ( He ) 和 Shannon指
数 ( I ) 更为重要 , 并注重物种在种群水平的遗传多样
性。考虑到多数物种在遗传多样性研究中 , 取样常局限
于部分区域 , 物种水平的多样性可能会被参数值低估 ,
故本文中统计的遗传多样性参数也以种群水平为主 , 使
用了 5 个重要的遗传多样性和遗传分化参数 : Ppop (种
群水平的平均多态位点百分率)、 Hpop (种群水平的平均
期望杂合度 )、 Ipop (种群水平的平均 Shannon指数 )、 Gst
(Nei′s遗传分化值 ) 和 Φst (基于 AMOVA 分析的遗传分
化值)。
本文中 , 将生活史特性分为 4 个方面 : 分类地位、
生活型、繁育系统和分布范围。分类地位包括裸子植
物、双子叶植物和单子叶植物 ; 生活型包括草本、灌木
和乔木 ; 繁育系统包括克隆繁殖、自交、兼性繁殖、异
交 (又分虫媒和风媒 ) ; 分布范围包括濒危 (及狭域 )
种和广布种。
2 结果和讨论
本文共收集了 235 篇关于种子植物遗传多样
性的文献 ( 凡参数统计文献列于附件中 , 而未在
正文文献中罗列 ) , 统计了 314 种的遗传多样性
参数值 , 其中裸子植物 54 种 , 双子叶植物 215
个 , 单子叶植物 45 种 ; 基于 RAPD 的 133 种 ,
AFLP 的 69 种 , ISSR 的 66 种 , SSR 的 46 种 ; 科
属分布上 , 松科最多 ( 25 种 ) , 豆科次之 ( 24
种) , 禾本科、菊科和壳斗科等也较多。在 235
篇文献中 , 有 54 篇是发表在 Molecular Ecology
上 , 其他文献来源主要有 American Journal of Bot-
any、Annals of Botany及 Heredity等刊物。
2.1 不同分子标记间遗传多样性参数的比较分析
自上世纪 70 年代以来 , 等位酶一直作为检
测植物遗传多样性的基本手段 , 积累大量的研究
数据和资料。Hamrick and Godt (1989 ) 对不同生
活史特性的植物遗传多样性参数进行了系统的统
计分析 , 其结果至今仍是遗传多样性研究和评估
的重 要 参考 依 据。由于 RAPD、 ISSR、AFLP、
SSR 等标记主要是上世纪 90 年代以后才发展起
来 , 基于分子标记的遗传多样研究相对较少 , 缺
乏系统的统计分析。所以目前许多基于分子标记
的研究分析中 , 其遗传多样性的评估仍然是以
Hamrick and Godt (1989) 的统计结果作为主要的
判断标准。将基于分子标记的参数值直接与等位
酶的统计结果相比较 , 其合理性争议较大。本文
对三种显性标记 RAPD、ISSR、AFLP 及共显性标
记 SSR 的遗传多样性参数进行了统计分析 , 并
与 Hamrick 的统计结果进行了对比分析 , 结果见
表 1 及 2。
从表 1 及 2 可见 , RAPD 和 AFLP 的 4 个遗传
多样性参数 ( Ppop、 Hpop、 Gst和 Φst ) 之间没有显
著性差异 (差异显著性概率 P > 0.05) , 可以直接
比较 ; 而 ISSR 虽然同为显性标记 , 但与前两种
标记间差异极显著 ( P < 0 .01 ) , 不宜直接比较。
表 1 五种标记间遗传多样性参数的比较
Table 1 Comparison of 5 parameters of genetic diversity detected by different molecular markers
参数
Parameter
等位酶
Allozyme
RAPD±SD ( N) ISSR±SD ( N) AFLP±SD ( N) SSR±SD ( N)
Ppop 0 ?. 346 0 .517±0 .212 ( 54) 0 q. 403±0 |. 182 (41) 0 I. 519±0 T. 199 (40 ) —
Hpop 0 ?. 113 0 .170±0 .085 ( 48) 0 q. 123±0 |. 076 (47) 0 I. 174±0 T. 073 (50 ) 0 !. 541±0 ,. 197 ( 29)
Ipop — 0 ?. 293±0 .195 ( 30) 0 q. 186±0 |. 146 (42) 0 I. 262±0 T. 062 (7) —
Gst 0 ?. 228 0 .256±0 .181 ( 29) 0 q. 408±0 |. 206 (37) 0 I. 254±0 T. 187 (25 ) 0 !. 311±0 ,. 258 ( 18)
Φst — 0 ?. 342±0 .208 ( 45) 0 q. 482±0 |. 257 (41) 0 I. 297±0 T. 178 (26 ) 0 !. 499±0 ,. 350 ( 8)
注 : Ppop : 居群水平的平均多态位点百分率 ; Hpop : 居群水平的平均期望杂合度 ; Ipop : 居群水平的平均 Shannon 指数 ; Gst : 遗传分化
值 ( 假设 Hardy-Weinberg平衡 ) ; Φst : 遗传分化值 ( 基于 AMOVA 分析 ) ; N: 样本统计量。等位酶数据引自 Hamrick and Godt ( 1989) ,
其它数据缘自本统计
Note: Ppop : Averagepercentageof polymorphic site in population level ; Hpop : Average percentage of expected heterozygosity in population level ; Ipop :
Average percentageof Shannon′s parameter in population level ; Gst : Genetic differentiation ( assuming Hardy-Weinberg Equilibrium) ; Φst : Genetic dif-
ferentiation ( based on AMOVA analysis) ; N: Statistic . The dataof allozyme is from Hamrick and Godt ( 1989 ) , others from this study
1612 期 张德全和杨永平 : 几种常用分子标记遗传多样性参数的统计分析
表 2 不同标记间参数的差异显著性分析 - 独立样本的 t检验 ( RAPD、 ISSR、AFLP 及 SSR)
Table 2 Analysis of significant difference of the parameters among different markers- independent
samples t test ( RAPD、 ISSR、AFLP and SSR)
遗传多样性参数
Parameters of
genetic diversity
统计参数
Statistical
parameters
Ppop
df t p
Hpop
df t p
Ipop
df t p
Gst
df t p
Φst
df t p
RAPD vs ISSR 101 ?(a) 3 . 933 0 z. 000 93(a) 2 .810 0 .006 51 ?(b) 2 .537 0 .014 66 J(a) -3 .. 047 0 .003 85 ~(a) -2 b. 655 0.009
RAPD vs AFLP 92 ?( a) -0 . 029 0 z. 977 96(a) -0 .278 0 .781 — — — 53 J(a) -0 .. 115 0 ?.909 73 ~(a) 0 T. 975 0.333
ISSR vs AFLP 87 ?( a) -3 . 784 0 z. 000 95(a) -3 .381 0 .001 — — — 61 J(a) 2 . 740 0 ?.008 70 ~(a) 3 T. 267 0.002
RAPD vs SSR — — — 34 ?(b) -9 .594 0 .000 — — — 46 J(a) -0 .. 986 0 ?.329 — — —
ISSR vs SSR — — — 33 ?(b) -10 .906 0 .000 — — — 54 J(a) 1 . 321 0 ?.192 — — —
AFLP vs SSR — — — 32 ?(b) -9 .627 0 .000 — — — 41 J(a) -0 .. 842 0 ?.405 — — —
注 : 本分析只包括 RAPD、 ISSR、AFLP 及 SSR 4 种标记 , 而等位酶的结果直接引自 Hamrick 等 (1989) , 故不包括 ; 所有分析的样本数 N≥
10 ( df≥9) ; 所有参数的差异显著性分析为双尾检验 , 并经过方差齐性检验 , a: 齐 ; b: 不齐 ; df: 自由度 ; t: t 值 ; p: 显著性概率
Note: This analysis includes 4 markers, namely RAPD, ISSR , AFLP andSSR, the result of allozyme is cited fromHamrick ( 1989 ) . All sample size ( N)
are more than 10 , namely df≥9 . The significant difference tests of all parameters are two-tailed test, and are tested by homogeneity of variance;
a: homogeneity, b: heterogeneity; df: degreeof freedom; t: t value; p: probability of significance
Kumer ( 2001 ) 利用 RAPD 和 ISSR 对 Scirpophaga
incertulas的遗传多样性进行研究 , 发现 RAPD 在
对遗传变异的检测上并不逊于 ISSR , 而且利用两
种标记进行联合聚类分析 , 其结果与单独聚类的
结果一致 , 并认为这两种标记之间具有较好的可
比性。我们认为 , Kumer等 (2001) 的结论可能只
是个例 , 不具有普遍意义。另外 , Nybom ( 2004 )
也认为 3 种显性标记 RAPD、ISSR、AFLP 之间是
表 3 三种显性标记间遗传多样性参数的比较 ( Nybom, 2004 )
Table 3 Comparison of genetic diversity among 3
dominant markers ( Nybom, 2004)
参数
Parameters
RAPD±SD ( N) AFLP±SD ( N) ISSR±SD ( N)
Hpop 0 ?. 22±0 e. 12 (60 ) 0 .23±0 .08(13) 0 K. 22±0 1. 08( 4)
Gst 0 ?. 27±0 e. 21 (46 ) 0 .21±0 .14(12) 0 K. 34±0 1. 29( 6)
Φst 0 x. 34±0 T.24( 116) 0 ?. 35±0 .18(21) 0 K. 35±0 1. 25( 9)
可以直接比较的 (表 3)。但是 , 他的统计中 , ISSR
标记的统计量较小 , 可能存在较大的统计误差。
为了进一步分析 RAPD 和 AFLP 间参数的可
比性 , 本文对 4 个物种的遗传多样性研究结果进
行了比较 ( 表 4) , 每个物种均采用这两种方法
进行了检测。经成对样本的 t 检验 , RAPD 和
AFLP 参数之间差异并不显著 ( t = - 1 .424 , p=
0 .185 ) , 这也进一步说明 RAPD 和 AFLP 参数间
较好的可比性。
Corre等 ( 1997 ) 在比较了 RAPD和等位酶在
Quercus petraea 中的遗传多样性数据后认为 , 两
者是可以比较的。但这种比较也为其他一些学者
所质疑 ( Nybom, 2004; Díaz 等 , 2001 )。本文把
所统计的数据与 Hamrick and Godt ( 1989) 的统计
结果进行比较发现 , 等位酶的 Ppop和 Hpop的统计
平均值都明显比其它 4 种标记更低 , 但遗传分化
表 4 RAPD 和 AFLP 在同一物种的遗传多样性检测上的参数比较
Table 4 Comparison of genetic diversity detected by RAPD and AFLP within same species
物种 Species 标记 Markers Hs Hpop Gst 文献 Reference
Guizotia villosa
AFLP
RAPD
0 ?. 320
0 ?. 230
0 .240
0 .190
0 .190
0 .150 Geleta 等 (2007 [)
Guizotia zavattarii
AFLP
RAPD
0 ?. 370
0 ?. 280
0 .170
0 .140
0 .410
0 .400
Geleta 等 (2007 [)
Camellia nitidissima
AFLP
RAPD
0 ?. 244
0 ?. 270
0 .129
0 .107
—
— Tang 等 ( 2006 ,)
Prinus oocarpa
AFLP
RAPD
0 ?. 369
0 ?. 403
0 .342
0 .358
0 .073
0 .112
Díaz等 (2001 )
261 云 南 植 物 研 究 30 卷
值差异不很明显 ( 表 1) 。由于缺乏等位酶各统
计参数的样本资料 , 故未能对等位酶和其它标记
间参数的可比性进行差异显著性检验。从表 1 中
可见 , 等位酶的参数平均值远低于 ISSR 标记的
参数值 , 而 ISSR 的参数值明显低于另外几种标
记。以此推论 , 等位酶与各分子标记间的参数值
是不宜比较的。
关于显性标记与 SSR 间的可比性 , 从表 1 和
2 中可见 , SSR 与 3 种显性标记间的遗传多样性
值 ( Hpop ) 差异极为显著 ( P < 0 .01 ) , 而遗传分
化值 ( Gst ) 差异不明显 ( P > 0 .05 ) , 说明它们
之间也不宜比较 (特别是遗传多样性值 ) 。SSR
作为一种共显性标记 , 其参数值并不能与这 3 种
显性标记间进行比较 , 与同为共显性标记的等位
酶之 间 也 是 不 能 直 接 比 较 的 , 这 与 Nybom
(2004) 的分析结果相一致。
综上所述 , 在遗传多样性的评估上 , 只有
RAPD 和 AFLP 之间具有较好的相关性和可比性 ,
其它标记间不宜直接比较。在遗传多样性和遗传
结构的研究中 , 最好能用两种或以上的共显性和
显性标记进行对比研究 , 参数值的比较最好是同
一标记间比较。今后的研究中 , 应加强同一物种
不同标记类型的比较研究 , 这有利于进一步探讨
各种标记间在参数值上的相互关系和可比性。
2 .2 遗传分化值 Gst和 Φst间的可比性
居群间的遗传分化系数一般用分化指数 Fst
来表示 , 它通过等位基因频率计算得到 , 但它需
要居 群 处 于 Hardy-Weinberg 平 衡 时 才 有 意 义
(Lynch等 , 1994; Palacios等 , 1997)。由于 RAPD、
ISSR 和 AFLP等显性标记不能提供这一信息 , 通
常采用 AMOVA 分析计算的 Fst相似数Φst来代替 ,
而 Gst 是 POPGENE1 .31 软件在假定 Hardy-Wein-
berg平衡情形下估算的居群之间的遗传分化值。
因此 , Gst 与 Φst 都是 Fst 的近似值。由于本统计
中 , 大多数是显性标记 , 故遗传分化值为 Gst 和
Φst。本文对两个参数进行了独立样本的差异显
著性检验 , 结果表明 , Gst值明显低于Φst值 ( t=
- 2 .094 , p= 0 .037 , df = 207) , 故二者间也不宜
直接比较。
2 .3 不同生活史类型植物间的参数比较
基于前文中 , RAPD 和 AFLP 之间具有较好
相关性和可比性的结论 , 本文将这两种标记的参
数值进行联合分析。在本研究所统计 202 个研究
个体中 , RAPD 的占 133 种 , AFLP 的占 69 种
(表 5)。
表 5 不同类型植物的遗传变异和分化值 (基于 RAPD、AFLP 标记 )
Table 5 The genetic diversity and differentiation of different species ( based on RAPD and AFLP )
参数 Parameters Ppop±SD ( N) Hpop±SD (N ) Ipop±SD ( N) Gst±SD ( N) Φst±SD (N )
植物类型
裸子植物 0 ?. 546±0 .171 ( 24) 0 . 198±0 . 080 (24) 0 ?. 416±0 .190 (9 ) 0 .198±0 J. 126 (13 ) 0 s. 176±0 ~. 128 (13)
双子叶植物 0 ?. 505±0 .213 ( 66) 0 . 164±0 . 076 (75) 0 ?. 251±0 .147 (36 ) 0 .249±0 J. 176 (43 ) 0 s. 332±0 ~. 207 (75)
单子叶植物 0 ?. 492±0 .227 ( 19) 0 . 164±0 . 078 (19) 0 ?. 257±0 .117 (8 ) 0 .311±0 J. 199 (11 ) 0 s. 339±0 ~. 214 (17)
生活型
草本 0 ?. 513±0 .223 ( 44) 0 . 162±0 . 084 (48) 0 ?. 238±0 .104 (16 ) 0 .298±0 J. 174 (26 ) 0 s. 378±0 ~. 203 (49)
灌木 0 ?. 460±0 .209 ( 15) 0 . 165±0 . 065 (14) 0 ?. 203±0 .077 (8 ) 0 .297±0 J. 257 (8 ) 0 s. 315±0 ~. 221 (20)
乔木 0 ?. 518±0 .200 ( 54) 0 . 179±0 . 073 (59) 0 ?. 317±0 .185 (31 ) 0 .219±0 J. 164 (36 ) 0 s. 248±0 ~. 186 (37)
繁育系统
营养 0 ?. 566±0 .217 ( 15) 0 . 167±0 . 096 (16) — 0 ?. 240±0 J. 180 (10 ) 0 s. 244±0 ~. 120 (13)
自交 0 ?. 346±0 .234 ( 10) 0 . 086±0 . 059 (8 ) 0 ?. 131±0 .089 (6 ) — 0 s. 483±0 ~. 183 (11)
兼性 0 ?. 445±0 .242 ( 8) 0 . 142±0 . 088 (10) 0 ?. 137±0 .029 (5 ) 0 .481±0 J. 135 (5 ) 0 s. 364±0 ~. 229 (10)
异交 0 ?. 511±0 .208 ( 85) 0 . 178±0 . 074 (90) 0 ?. 301±0 .164 (46 ) 0 .230±0 J. 174 (53 ) 0 s. 323±0 ~. 218 (72)
虫煤 0 ?. 490±0 .210 ( 50) 0 . 161±0 . 063 (54) 0 ?. 262±0 .133 (34 ) 0 .264±0 J. 174 (30 ) 0 s. 314±0 ~. 207 (55)
风媒 0 ?. 537±0 .206 ( 34) 0 . 201±0 . 082 (35) 0 ?. 410±0 .208 (11 ) 0 .183±0 J. 170 (22 ) 0 s. 331±0 ~. 260 (18)
分布型
狭域及濒危 0 ?. 442±0 .200 ( 50) 0 . 157±0 . 076 (49) 0 ?. 249±0 .165 (30 ) 0 .259±0 J. 170 (32 ) 0 s. 318±0 ~. 191 (45)
广布 0 ?. 566±0 .201 ( 61) 0 . 181±0 . 077 (70) 0 ?. 320±0 .148 (23 ) 0 .237±0 J. 180 (34 ) 0 s. 320±0 ~. 221 (59)
注 : 统计样本数 < 5 时 , 该参数不予列出 ; 所有统计参数为所有统计样本的算术平均数 ( SD: 标准差 , N: 样本数 )
Note: The parameters of statistical samples less than 5 arenot listed, all statistical parameters are arithmetic average of all statistical samples
( SD: standard deviation, N: sample size)
3612 期 张德全和杨永平 : 几种常用分子标记遗传多样性参数的统计分析
2 .3 .1 分类地位 本文将所统计的物种按分类
地位分为裸子植物、双子叶植物和单子叶植物 3
类。在种群水平上 , 裸子植物具有相对较高的遗
传多样性值 ( Ppop、 Hpop和 Ipop ) , 而双子叶植物
和单子叶植物的参数值比较接近 (表 5 )。在 Ny-
bom and Bartish ( 2000 ) 基于 RAPD 标记的统计
中 , 裸子植物在种群水平的期望杂合度 ( Hpop )
约为双子叶和单子叶植物的两倍 , 但其裸子植物
仅统计了 5 种 , 其随机误差可能较大。从本研究
的统计结果看 , 裸子植物在种群水平上具有比被
子植物更高的遗传多样性。另一方面 , 裸子植物
的遗传分化值 ( Gst 和 Φst ) 相对较低 , 这与 Ny-
bomandBartish (2000 ) 和 Hamrick and Godt (1989)
的统计结果是一致的。这可能与裸子植物寿命较
长、异交、风媒传粉等特 性有关 ( Nybom and
Bartish, 2000; Díaz, 2001) 。双子叶植物的遗传多
样性值与单子叶植物相似 , 而遗传分化值略低 ,
这与 Nybomand Bartish (2000) 的结果较一致 , 而
与 Hamrick and Godt ( 1989) 的结果不同。
2 .3 .2 生活型 就生活型的划分 , Hamrick and
Godt ( 1989 )、Nybom and Bartish ( 2000) 及 Nybom
(2004) 都将其分为一年生植物、短命多年生草
本、长命多年生草本和长命多年生木本 , 而在本
文中把所有统计的物种划分为草本、灌木和乔木
3 种类型。
在种群水平上 , 乔木在多 态位点百 分率
( Ppop )、期望 杂 合 度 ( Hpop ) 和 Shannon 指 数
( Ipop ) 3 个参数上都表现出较高的遗传多样性
(表 5 ) , 而 Hamrick and Godt ( 1989 )、Nybom and
Bartish (2000) 及 Nybom (2004) 的统计中 , 长命
多年生木本植物的 P 和 H 参数也都比较高 ( 前
者的参数是种群水平 , 而后者是物种水平 )。而
在遗传分化值上 , 乔木的 Gst 值和Φst 值都较低 ,
这与他们的结果也比较吻合。在本文的统计结果
中 , 灌木的遗传多样性较低 , 而遗传分化值较
大 , 这可能与其在森林群落中密度较低、易于片
断化所致 ( Zhao等 , 2006)。
2 .3 .3 繁育系统 Hamrick and Godt (1989 )、Ny-
bomand Bartish ( 2000) 及 Nybom ( 2004 ) 所统计
植物的繁育系统类型中仅包括自交、混交和异
交 , 本文对部分克隆繁殖植物的遗传多样性也进
行了统计分析。一般认为 , 克隆繁殖植物的遗传
多样性比较低 , 特别是一些以克隆繁殖为主的入
侵植物 , 虽然分布很广 , 但遗传背景相对单一 ,
多样性低 , 如水葫芦 ( Eichhornia crassipes)、空
心莲子草 ( Alternanthera philoxeroides) 等 , 这可
能源于其奠基者效应和缺乏种子补充 ( Ren等 ,
2004; Li 等 , 2006)。而本研究却发现 , 克隆植物
具有相当高的遗传多样性 , 在 P 值和 H 值上都
高于异交植物的遗传多样性 ; 相应地 , 其遗传分
化值则比较低 (表 5 )。克隆繁殖植物维持较高
遗传变异的机制尚无定论 , 一些学者认为许多克
隆植物也具有一定的有性繁殖能力 , 而这有限的
种子和幼苗补充是其能维持较高遗传多样性的主
要原因 ( Zhao 等 , 2006 )。而自交植物 , 其遗传
多样性明显低于其它类型的植物 , 而遗传分化相
对较高 , 这与已有的研究结论是一致的 ( Ham-
rick and Godt, 1989; Nybomand Bartish, 2000; Ny-
bom, 2004; Chen等 , 2005)。在他们和本文的统
计中 , 异交繁殖的植物都保持着较高水平的遗传
多样性和较低的遗传分化值。
异交植物主要包括虫煤和风媒两种情况 , 在
本文所统计的物种中 , 风媒植物的 H 值和 I 值
都明显地高于虫媒植物 , 而 P 值两者差异不大 ;
相反 , 风媒植物的 Gst 值明显地低于虫媒植物 ,
但 Φst值两者比较接近 , 但笔者比较认同 Gst的结
果 , Φst可能是由于样本量较少导致的统计误差
所致。在 Hamrick and Godt ( 1989 ) 的在物种水平
上的统计中 , 风媒植物在 P 上略高于动物传粉
类植物 , 而 H 值则没有明显差异 ; 而动物传粉
类植物的遗传分化值则明显高于风媒的遗传分化
值 ( 0 . 197 vs 0 .099)。
2 .3 .4 分布范围 Hamrick and Godt (1989 )、Ny-
bomand Bartish ( 2000) 及 Nybom ( 2004 ) 将所统
计物种的分布范围划为 4 类 : 濒危、狭域、区
域、广布。但从本文的统计结果上看 , 划为 4 类
后 , 由于不同类型划分过细 , 相互间界限模糊 ,
统计量也较小 , 导致随机误差较大 , 故将其仅划
为两大类型 : 濒危 ( 及狭域 ) 分布种和广布种。
从统计结果上看 , 广布种的遗传多样性明显比濒
危 ( 及狭域 ) 分布类型的要高 , 但是两类的遗传
分化 值 却 差 异 不 明 显。 在 Hamrick and Godt
(1989 ) 的统计结果中 , P 值和 H 值的变化非常
明显 : 广布种 > 区域种 > 狭域种 > 濒危种 ; 而遗
传分化值恰恰相反。由于其统计量较大 , 数据应
比较可信。在 Nybomand Bartish ( 2000 ) 及 Nybom
461 云 南 植 物 研 究 30 卷
(2004) 的统计中 , 狭域种在种群水平的期望杂
合度 Hpop 值为最高 , 而濒危类型的 H 值最低 ,
但其 遗传 分 化 值 也 同 样 最 低。但 是 , Nybom
(2004) 在濒危种和狭域种的统计物种只有 7 种
和 8 种 , 其统计的随机误差可能比较大。
Hamrick and Godt ( 1989 ) 和 Karron ( 1991 )
等的研究结果都表明 , 特有或濒危种的遗传变异
水平要比广布种低 , 特别是在居群水平上。但
是 , 也有学者认为 , 地理分布幅度并不总是决定
物种的遗传多样性水平和遗传结构的因素。而近
年来的许多研究也表明 , 一些特有和濒危物种仍
然维持着高水平的遗传变异 , 如 Ophiopogon xylo-
表 6 广布种与濒危 ( 及狭域 ) 种种间参数的差异
显著性 - 独立样本 t 检验
Table 6 Significant difference of parameters between thewidespread
and endangered ( narrow) species-independent samples t test
独立样本 t 检验参数
Parameters of independent
samples t test
自由度
Freedom
df
T 值
T value
差异显著性
概率 p
Probability of
significant
difference
多态位点百分率 ( Ppop) 99 v3 .279 0 $. 001
期望杂合度 ( Hpop) 108 ?1 v. 646 0 $. 103
Shannon 指数 ( Ipop) 42 v1 .418 0 $. 164
遗传分化值 ( Gst ) 59 v-0 ?. 877 0 $. 384
AMOVA 遗传分化值 ( Φst) 91 v-0 ?. 588 0 $. 558
注 : 所有差异显著性分析经方差齐性分析为齐
Note: _All analysis of significant difference are analyzed by homogeneity
of variance
rrhizus、 Cymbidiumgoeriugii、 Hemerocallis taeanensi
和 Polygala reinii 等 ( Ge 等 , 1997; Nakagawa,
2004; 高丽和杨波 , 2006 )。
为了进一步比较研究濒危种和广布种的遗传
多样性 , 本文总结了 9 例濒危种及其广布近缘种
间的对比研究 (表 7 )。无论是基于等位酶的研
究 , 还是基于其它分子标记 , 广布种一般都表现
出较高的遗传多样性 , 只有 Ellis ( 2006) 对于濒
危种 Helianthus verticillatus 及其广布近缘种 H. -
angustifolius的研究中 , 濒危种的遗传多样性值比
广布种高。因此我们认为 , 广布种在通常情况下
具有较濒危种更高的遗传多样性 , 但这不是绝对
的 ; 然而 , 一些人为因素导致的濒危种 ( 如药用
植物等 ) , 由于其遗传基础较丰富 , 其野生种群
数量和个体数量可能很少 , 但仍然可能维持着较
高的遗传多样性 ( Zhang等 , 2006 )。而一些地理
上和进化上的残遗种则表现出极低的遗传多样
性 , 如五针白皮松 ( Pinus squamata )、夏蜡梅
( Sinocalycanthus chinensis) ( Zhang, 2005; Li and
J in, 2006; Zhang, 2007)。
3 总结和展望
随着分子生物学技术的飞速发展 , 新的分子
标记类型层出不穷 , 遗传多样性和遗传结构的检
测手段也越来越丰富。如何客观、真实地评估一
表 7 濒危种及其广布近缘种间遗传多样性和遗传分化的比较
Table 7 Comparison of genetic diversity and differentiation between endangered species and their widespread relatives
物种
Species
分布类型
Distribution type
标记
Marker
Hs Hpop Gst
文献
Reference
Adeophora lobophylla 狭域 等位酶 0 &. 211 0 . 210 0 .071 Ge 等 ( 1999 ?)
A ?. botaninii 广布 等位酶 0 &. 244 0 . 234 0 .155 Ge 等 ( 1999 ?)
Ophiopogon xylorrhizus 濒危 等位酶 0 &. 116 0 . 091 — He等 (2000 !)
O ?. intermedius 广布 等位酶 0 &. 426 0 . 352 — He等 (2000 !)
Scabiosa canescens 濒危 等位酶 — 0 ?. 04 - 0 .39 0 . 164 Patrik and Stefan ( 1998 r)
S ?. columbaria 广布 等位酶 — 0 .18 - 0 .45 0 . 123 Patrik and Stefan ( 1998 r)
Tetraena mongolica 濒危 等位酶 — 0 . 245 0 .051 张颖娟和杨持 (2000 O)
Zygohpyllon xanthoxylon 常见 等位酶 — 0 . 392 0 .020 张颖娟和杨持 (2000 O)
Gymnadenia odoratissima 濒危 SSR — 0 ?. 3 - 0 .7 0 . 190 Gustafsson andSj?gren-Gulve (2002)
G ?. conopsea 常见 SSR — 0 .6 - 0 .8 0 . 060 Gustafsson andSj?gren-Gulve (2002)
Helianthus verticillatus 濒危 SSR 0 &. 480 — 0 . 118 Ellis等 (2006 T)
H ?. angustifolius 广布 SSR 0 &. 350 — 0 . 207 Ellis等 (2006 T)
Pinus squamata 濒危 RAPD 0 &. 019 — 0 . 011 Zhang 等 (2005 ?)
P ?. contorta 广布 RAPD 0 &. 460 — 0 . 061 Thomas 等 (1999)
Camellia changii 濒危 RAPD 0 &. 144 — — 罗晓莹等 (2005 ?)
C ?. rosthorniana 广布 RAPD 0 &. 217 — — 罗晓莹等 (2005)
Cunninghamia konishii 濒危 AFLP 0 . 184 0 .246 Chung 等 ( 2004 ?)
C ?. lanceolata 广布 AFLP 0 . 286 0 .122 Chung 等 ( 2004)
5612 期 张德全和杨永平 : 几种常用分子标记遗传多样性参数的统计分析
个物种的遗传多样性 , 为濒危和稀有植物的利用
和保护提供有效信息 , 成为保护生物学的重要任
务。然而要评估物种的遗传多样性 , 就必须有一
个可靠的原则和可信的参照物。由于当前进行过
遗传多样性研究的物种还很少 , 数据积累不多 ,
有些植物科属、类型尚没有可用的参考资料 , 我
们需对不同科属、类型的植物进行比较 , 对不同
手段所得出的结果进行比较。本文在 Hamrick
and Godt ( 1989 )、Nybom and Bartish ( 2000 ) 、Ny-
bom (2004) 等的工作的基础上做了进一步探讨 ,
对近些年应用较多的 ISSR 及 AFLP 等标记的研究
进行总结和补充 , 以期为遗传多样性的研究和评
估提供参考。
〔参 考 文 献〕
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