全 文 ：中草药 Chinese Traditional and Herbal Drugs 第 44 卷 第 18 期 2013 年 9 月

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河南产不同种群茜草遗传多样性分析
董美芳 1，袁王俊 2，韩远记 1，尚富德 1*
1. 河南大学生命科学学院，河南 开封 475004
2. 河南大学 中药研究所，河南 开封 475004
摘 要：目的 对河南 7 个野生种群的茜草遗传多样性进行调查，为茜草野生资源的保护提供科学依据。方法 通过 DNA
测序技术分析叶绿体基因片段 psbA-trnH 遗传变异。结果 psbA-trnH 序列共得到 40 个单倍型（H1～H40），单倍型多样性
指数为 0.951 0±0.001 3，核酸多样性指数为 0.014 77，遗传分化指数为 0.081 53，种群间基因流为 2.78。结论 河南地区野
生茜草有很高的遗传多样性，种群间存在较强的基因流，种群间分化较小。
关键词：茜草；遗传多样性；单倍型；DNA 测序；基因流
中图分类号：R282.12 文献标志码：A 文章编号：0253 - 2670(2013)18 - 2600 - 05
DOI: 10.7501/j.issn.0253-2670.2013.18.022
Analysis on genetic diversity of Rubia cordifolia from various geographical
populations in Henan province
DONG Mei-fang1, YUAN Wang-jun2, HAN Yuan-ji1, SHANG Fu-de1
1. College of Life Sciences, Henan University, Kaifeng 475004, China
2. Institute of Chinese Materia Medica, Henan University, Kaifeng 475004, China
Abstract: Objective To investigate the genetic diversity of Rubia cordifolia from seven geographical populations in Henan province,
and to provide evidence for the protection of R. cordifolia wild resources. Methods The autogenous variation of chloroplast gene
fragment psbA-trnH was analyzed by DNA sequencing technique. Results Based on cpDNA data, 40 haplotypes (H1—H40) were
identified, the diversity index of haplotype and nucleotide diversity index were 0.951 ± 0.001 3 and 0.014 77, respectively. Genetic
differentiation index was 0.081 53, and gene flow among populations was 2.78. Conclusion The wild populations of R. cordifolia in
Henan province have higher genetic diversity in geo-authentic product area than other species. There is less genetic differentiation
among populations because of the stronger seed-mediated gene flow.
Key words: Rubia cordifolia L.; genetic diversity; haplotype; DNA sequencing; gene flow

茜草 Rubia cordifolia L. 为茜草科（Rubiaceae）
多年生攀援草本植物，其干燥根及根茎可以入药，
味苦，性寒，具有凉血、祛瘀、止血、通经的功效，
用于治疗吐血、衄血、崩漏、外伤出血、瘀阻经闭、
关节痹痛、跌扑肿痛[1]。现代药理研究表明，茜草
具有抗菌消炎、抗癌、抗氧化、保肝、调节免疫力、
解热镇痛等作用[2-8]，且由于其具有蒽醌单体，而成
为抗肿瘤药物的重要资源[9-10]。以往对茜草的研究
主要集中于药理、生化方面，对其遗传多样性和保
护生物学方面的研究尚未见报道。
遗传多样性是生物多样性的重要组成部分，是
指种内个体之间或一个群体内不同个体的遗传变
异总和，其是每个物种或种群所固有的特性。遗传
多样性越丰富，其生命力就越顽强，反之则弱。开
展遗传多样性研究，可以掌握种质资源多样性状
况、遗传背景，制定可持续开发利用方案，为合理
保护与科学利用种质提供科学依据[11]。本实验通
过 DNA 测序技术，选用叶绿体基因片段 psbA-trnH
对河南 7 个野生茜草种群的遗传变异进行分析，以
期阐明其遗传多样性水平，为茜草野生资源的保

收稿日期：2012-12-11
基金项目：国家自然科学基金资助项目（30970176）；河南省高校青年骨干教师资助计划（2009GGJS-152）
作者简介：董美芳（1969—），女，副教授，硕士生导师，研究方向为结构植物学和资源植物学。Tel: (0378)3887799
E-mail: dongmeifang@henu.edu.cn
*通信作者 尚富德 Tel/Fax: (0378)3886199 E-mail: fudeshang@henu.edu.cn
中草药 Chinese Traditional and Herbal Drugs 第 44 卷 第 18 期 2013 年 9 月

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护提供科学依据。
1 材料
采自河南境内 7 个野生种群，其中，龙峪湾、
老界岭属于伏牛山区，九莲山和万仙山属于太行山
区，桐柏山和大乘山属于桐柏山区，灵山属于大别
山区。每个种群随机采集 6～10 个体，个体间距保
持 50 m 以上。采集新叶，放在保鲜袋中，用变性
硅胶干燥，带回实验室后置于−70 ℃超低温冰箱中
保存备用。膜叶茜草 Rubia membranaca Diels 为外
类群。原植物由河南大学生命科学学院董美芳副教
授鉴定为茜草 Rubia cordifolia L. 干燥根茎。
2 方法
2.1 PCR 扩增与 DNA 测序
使用宝生物工程（大连）有限公司植物基因组
DNA 抽提试剂盒（DV811A）提取茜草基因组 DNA，
操作流程按试剂盒说明书进行。以 8 g/L 琼脂糖凝
胶电泳检测所提取 DNA 的质量。
扩增所用引物为 psbA F 5’-GTTATGCATGAA-
CGTAATGCTC-3’和 trnH R 5’-CGCGCATGGTGG-
ATTCACAAATC-3’。引物、Taq 聚合酶等均来自上
海生工生物工程技术服务有限公司。扩增反应在 Long
Gene MG96和PCR仪上进行，扩增反应体系为50 μL，
反应体系包括 50 ng 基因组 DNA，4 μL 10 mmol/L
dNTPs，2 μL 10 mmol/L 的引物，和 2.5 U Taq 酶。PCR
反应扩增程序为 94 ℃、4 min，94 ℃、1 min，52 ℃、
45 s，72 ℃、1 min，35 个循环，72 ℃、8 min。产
物送华大基因科技股份有限公司测序。
2.2 数据分析
将所得到的 psbA-trnH 序列用 ClustalX 1.83 软
件进行序列比对，并进行适当的人工校正，剪切，
使每条序列前后端对齐。应用 DnaSP version 4.0 软
件[12]对总体水平以及每个种群的单倍型多样性（h）
和核苷酸多样性（π）进行估计，并估算种群间的
基因流（Nm）与分化系数（Gst）。并根据种群间的
遗传距离，采用 UPGMA（unweighted pair group
method with arithmetic mean）进行居群间聚类。采
用 Arlequin 3.0 软件[13]中的 AMOVA 进行分子变异
分析，计算群体内、群体间的变异方差分布及群体
间遗传分化指数（Fst）。对茜草进行失配分布分析
（mismatch distribution analysis），以恒定种群大小为
0 假设，采用 DnaSP version 4.0 软件[12]进行分析，
推测种群是否经历过扩张或瓶颈效应。
3 结果与分析
对来自河南7个居群的62个茜草个体进行了叶绿
体基因片段 psbA-trnH 的测序，DNA 序列提交至
GenBank，40个单倍型序列号为JQ687226～JQ687265，
外类群序列号为 JQ687266。psbA-trnH 采用比对后的部
分片段，长度为 315 bp，存在 16 个碱基替代位点，40
个单倍型（H1～H40）。单倍型H8 个体数最多，有 12
个，其次为单倍型 H1，有 5 个，单倍型 H3 有 3 个，
单倍型H2、H5、H6、H7 个体数为 2 个，其余单倍型
均有 1 个。单倍型 H8 分布最广，存在于 4 个种群；
单倍型 H3 其次，存在于 2 个种群。根据叶绿体基因
数据所得的茜草 h 为 0.951，π为 0.014 77，龙峪湾种
群水平最低，为 0.524，其次为万仙山种群，为 0.844，
灵山种群 h 水平最高，为 0.972；九莲山种群 π 水
平最低，为 5.370×10−3，其次为龙峪湾种群，仅为
5.400×10−3，桐柏山种群 π水平最高，为 0.020 53。结
果见表 1 和 2。
基于 psbA-trnH 序列种群间 Gst 为 0.081 5，种群
表 1 种群基本信息
Table 1 Information of populations
种群 经度/纬度 样本数 h π 叶绿体单倍型
龙峪湾 111°45′/33°42′ 7 0.524 5.400×10−3 H1、9、10
老界岭 111°20′/33°45′ 10 0.933 6.350×10−3 H2、6、8、11、12
桐柏山 113°17′/32°24′ 10 0.933 0.020 53 H2、3、4、8、13、14、15
大乘山 112°33′/32°59′ 10 0.891 0.015 45 H8、16～22
九莲山 113°32′/35°36′ 10 0.933 5.370×10−3 H3、8、23～28
万仙山 113°37′/35°43′ 6 0.844 6.350×10−3 H7、29～33
灵山 114°14′/31°53′ 9 0.972 0.010 58 H5、34～40
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表 2 茜草 psbA-trnH 片段位点变化产生的 40 个单倍型
Table 2 Forty haplotypes induced by variable sites of psbA-trnH segment in R. cordifolia
psbA-trnH 片段位点 / bp 单倍型
62 106 117 148 173 192 236 238 239 254 259 265 269 273 278 286
H1 T A T T G A T G A G A G G C G G
H2 T G T T G T A G A T T C T G G A
H3 T G T G G A T G T T T C T C G A
H4 T G T T G T T G T T T C T G T A
H5 T G T T G T A G A T A C G C G G
H6 G A T T G T A G A T A C T G G A
H7 T A T T G A A G A T T C T C G G
H8 T G T A A A T G T T A C T C G A
H9 T G T T G T T G T T T C T G T A
H10 T G T T G T T G T T T C T G T A
H11 T A T T G T A G T T T C T G G A
H12 T G T T G T T G T T T C T G G A
H13 T G T T G T T G T T T C T G T A
H14 T G T T G T T G T T T C T G T A
H15 T A T T G T T G T T T C T G G A
H16 T G T T G T T G T T T C T G T A
H17 T A T T A T A G A T A C G C G G
H18 T A T T G T T G T T T C T G T A
H19 T G T T G A T G A T T C T G G G
H20 T G T T G A T G A T T C T G G A
H21 T G T T G T A G T T T C T G T A
H22 T A T T G T T G T T T C T G T A
H23 T A T T G T T G T T T C T G T A
H24 T G T T G T T G A T A C T G T G
H25 T G T T G T T G T T T C T G G A
H26 T G T T G T A G A T T C T G G A
H27 T G G T G T T G T T T C T G G A
H28 T G T T G A A G A T T C T C G A
H29 T A T T G T T G T T T C T G G A
H30 T G T T G T T G T T T C T G T A
H31 T A T T G T T G A T T C T G G A
H32 T G T T G A A G A T T C T C G A
H33 T G T T G T T G T T T C T G T A
H34 T G T T G T T G T T T C T G T A
H35 T G T T G T T G T T T C T G T A
H36 T A T T G A A G A T A C G C G G
H37 T A T T G A A G A T T C T C G A
H38 T G T T G T T G T T T C T G T A
H39 T A T T A A A G A T T C T C G G
H40 T G T T G A A G A T A C T C G A
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间 Nm 为 2.78。AMOVA 分析结果表明，茜草群体
内的遗传变异（ 73.72%）高于群体间的变异
（26.28%），见表 3。失配分布分析表明，结果显著
偏离零假设（r＝0.008 2，P＝0.002），种群大小并不恒
定，可能经历过种群的快速扩张或瓶颈效应，见图 1。
表 3 茜草群体分子变异 AMOVA 分析
Table 3 AMOVA of population molecular variation
in R. cordifolia
变异来源 自由度 方差组分 变异分量 变异百分率 / % F 值
居群间 6 44.522 0.638 0 26.28
居群内 55 98.543 1.791 0 73.72
总体水平 61 143.065 2.430 4 0.262 8


图 1 基于 psbA-trnH 序列的茜草的失配分布分析
Fig. 1 Mismatch distribution of R. cordifolia
calculated from psbA-trnH sequence
居群聚类（图 2）可见，大乘山居群和太行山
区的万仙山居群首先聚在一起，然后才与同为桐柏
山区的桐柏山居群聚成一个大支，然后依次为伏牛
山区的老界岭和龙峪湾，大别山区的灵山处于最外
侧。说明居群间关系与距离有一定的关系，但存在
遗传关系与距离不一致的情况，进一步说明了茜草
可能经历过种群的快速扩张。


图 2 茜草 7 个居群聚类图
Fig. 2 Dendrogram from seven populations of R. cordifolia
4 讨论
遗传多样性是生物所携带遗传信息的总和，是
长期进化的产物。一个种群遗传多样性越高或越丰
富，适应环境的能力就越强。影响植物遗传多样性
的因素有很多，如地理分布范围、繁育系统、种群
大小[14]。异交和混交物种一般会比自交物种有更高
的遗传多样性；地理分布范围广的物种会比分布范
围狭窄的物种遗传多样性高；大的种群会比小种群
遗传多样性高。本研究发现，河南茜草野生种群具
有很高的遗传多样性（h＝0.951，π＝0.014 77）。究
其原因，可能是茜草广布于亚洲北部至澳大利亚，
种群规模很大，在河南整个地区都很常见。
叶绿体基因数据表明，茜草种群间有很低的遗
传分化（Gst＝0.081 5）。可能是由于叶绿体基因由种
子进行传播，而成熟的茜草果实为肉果，果皮甘甜，
可能是鸟类的食物，其种子靠鸟类进行传播，其传
播距离较远，所以种群间基因流较高（Nm＝2.78）。
另外，失配分布分析结果表明，其可能经历过快速
扩张，说明可能是从最近同一个祖先基因型快速
分化而来。本物种如此多的基因型，且大多基因
型只有 1 个个体，也进一步说明其可能由于某一
历史事件经历了瓶颈效应，并在瓶颈效应结束后，
进行了快速扩张和分化。同时，快速的扩张及种群
间的基因流，也使距离隔离效应（IBD）（r＝0.226，
P＜0.05）效应减弱，地理距离越远，分化越大。总
之，茜草种群具有非常高的遗传多样性，可能经历
过快速扩张。
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structural elucidation, and synthesis of RA-XVII, a novel

出
现
频
率
/
%

0.15
0.1
0.05
0 5 10 15 20
成对差异
预期分布
观察分布

0.3 0.2 0.1 0.0
遗传距离
大乘山
万仙山
桐柏山
老界岭
龙峪湾
九莲山
灵山
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