全 文 ：山西大学学报(自然科学版)34(1):127～ 130 , 2011
Journal o f Shanxi Unive rsity(Nat.Sci.Ed.)
　
　　文章编号:0253-2395(2011)01-0127-04
＊ 基于 mtDNA COI基因序列的盐肤木种群遗传变异
安淼1 ,马恩波2 ,任竹梅1＊
(1.山西大学 生命科学学院 ,山西 太原 030006;2.山西大学 应用生物学研究所 , 山西 太原 030006)
摘　要:基于 mtDNA COI基因序列对贵州 、湖北和四川的盐肤木(Rhus chinensis Mill.)种群进行遗传变异分析.研
究共测得盐肤木 9 个种群 50 个个体的 m tDNA COI 基因长度为 1.37kb 的序列 , 在测得的序列中有 3 个核苷酸位
点存在变异(占所测核苷酸序列的 0.22%), T 、C 、A 、G 4 种核苷酸的组成分别为 34.1%、21.8%、22.5%、21.6%,
其中 A + T 含量(56.6%)高于 G + C 含量(43.4%).共检测到 3 个单倍型(HapA 、HapB 和 HapC), HapA 出现
在所有种群中 ,是出现频率最高的单倍型 , 占所测序列的 90%,该单倍型可能是祖先单倍型;H apB 由安县的 1 个个
体和竹山的 3 个个体共享 , 而 H apC 只存在于榕江的 1 个个体.分析表明盐肤木种群具低水平单倍型多样性
(0.000 2)和核苷酸多样性(0.187 0), 基于该基因序列的盐肤木种群间遗传多样性和遗传分化均较小.
关键词:盐肤木;mtDNA;COI基因序列;遗传变异
中图分类号:Q349　　　文献标识码:A
盐肤木(Rhus chinensis Mill.)是漆树科盐肤木属落叶灌木或小乔木 ,主要分布于东亚温带 、亚热带 、热
带地区 ,我国除黑龙江 、吉林 、内蒙 、宁夏 、青海 、新疆等省(区)外均有分布[ 1] ,是形成五倍子最主要的寄主植
物 ,又称“五倍子树” ,只有贵州 、四川 、湖北 、湖南 、陕西 、云南和广西等部分山区的盐肤木可见有倍子形成 ,是
具经济价值的植物[ 2] .目前对盐肤木叶片的化学成分 、形态结构特点 、人工繁殖及育苗技术 、细胞生物学等已
进行了相关研究[ 3-6] ,而有关盐肤木种群遗传多样性和遗传结构方面的研究较少.本课题组利用 ISSR技术
对角倍蚜及其寄主盐肤木的遗传结构进行了比较分析 ,发现角倍蚜和盐肤木种群具有相同的基因流模式 ,但
其遗传距离不具有相关性[ 7] .用 DNA序列作为分子标记进行盐肤木种群遗传多样性方面的研究还鲜见报
道.鉴于此 ,本研究以盐肤木 mtDNA COI基因序列作为分子标记 ,分析有角倍形成的几个盐肤木种群之间
的遗传变异 、单倍型分布 、遗传多样性及其遗传结构等 ,为深入研究其分子进化及其与角倍蚜之间的协同进
化关系提供分子生物学方面的资料 ,同时可为更好的保护和合理利用这一生物资源提供科学依据.
1　材料和方法
1.1　材料
盐肤木样本均采自野外自然种群 ,采集的叶片材料用硅胶干燥保存.样本信息分别见表 1(P128).
1.2　方法
1.2.1　DNA提取与扩增
采用改进的 CTAB法[ 8] 提取盐肤木样本基因组 DNA ,琼脂糖凝胶电泳检测 ,测定不同波长下的紫外吸
收值(OD值),确定其浓度并估计其纯度.
建立 PCR反应体系 ,每 50 μL 体系中包含 1×Buffer ,2.5 mmol·L-1 Mg2+ ,0.25 mmo l·L-1 dN TPs ,
0.4 μmo l·L -1每条引物 ,1.5U TaqDNA 聚合酶 , 2 μL(含 30 ～ 50 ngDNA)模板溶液.反应条件为:94 ℃预
变性 3 min ,94 ℃变性30 s ,50 ℃退火 40 s ,72 ℃延伸 2 min ,40个循环后 ,72 ℃延伸7 min.PCR反应在 MJ
公司 PTC-200基因扩增仪上完成 ,扩增产物用 1.0%的琼脂糖凝胶电泳检测其大小 、纯度及亮度.扩增引物
由上海博亚生物技术有限公司合成 ,序列分别为:
＊ 收稿日期:2010-05-10;修回日期:2010-08-24
　　 基金项目:国家自然科学基金(30670361);山西省自然科学基金(2007011078);山西省回国留学人员科研资助项目
　　 作者简介:安淼(1986-),男 , 山西太原人 ,硕士研究生.＊通讯作者:E-mail:zmren@sxu.edu.cn
DOI :10.13451/j.cnki.shanx i.univ(nat.sci.).2011.01.016
引物 1:5 -TAA TGGGCACA TGCT TT TCAG T -3 ,
引物 2:5 -AG TAGTAA TGAAAAGCTGGAGGGCT T -3 .
表 1　本研究盐肤木样本采集信息
Table 1　Sampling sites of Rhus chinensis Mill
地　点 样本数 经　度 纬　度 采集时间
四川安县 5 104°42′ 31°35′ 2005-10
四川峨眉 12 103°57′ 30°12′ 2005-10
湖北竹山 7 110°01′ 32°13′ 2005-10
湖北五峰 6 110°22′ 32°49′ 2005-10
贵州天柱 6 109°11′ 26°54′ 2004-10
贵州榕江 2 108°30′ 25°55′ 2004-10
贵州阳雀 2 106°10′ 26°46′ 2004-10
贵州台江 5 107°58′ 26°34′ 2004-10
贵州永红 5 106°42′ 26°34′ 2004-10
1.2.2　PCR产物的纯化和测序
对于扩增效果良好且足量的 PCR产物用琼脂糖凝胶回收试剂盒(北京博迈德公司)进行纯化 ,纯化后的
样品委托北京博迈德生物公司进行双向测序.
1.2.3　数据分析
得到的序列用 Sequencher4.8软件进行编辑 ,剪切掉引物部分 ,经过核对校正得到的序列用 Clustal X
1.83[ 9] 进行排序 、比较;应用 DnaSP4.0软件[ 10] 统计序列的单倍型 ,计算平均核苷酸差异 、核苷酸多样性和
单倍型多样性等;应用 Mega4.0[ 11] 计算核苷酸使用频率和碱基组成等.
2　结果与分析
2.1　序列组成及变异
共得到盐肤木 9个种群 50个个体的 mtDNA COI 基因序列 ,通过校对排序比较分析 ,结果获得 COI基
因序列长 1.37 kb ,共检测到 3个变异位点 ,全部为单一信息位点 ,约占分析位点总数的0.22%,分布于 840 、
870和 1313位.其中 2个变异发生在密码子的第 3位点上 ,占 66.7%,1个在第 1位点 ,第 2 位点无变异位
点.其中 T 、C 、A 和 G 4种核苷酸的平均比例分别为 34.1%、21.8%、22.5%和 21.6%, A+T 平均含量为
56.6%,G+C 含量为 43.4%, A+T 的含量高于 G+C 含量 ,但是它们之间的差异明显低于昆虫中 mtDNA
基因核苷酸组成比例 ,昆虫具有较高的 A+T 含量[ 12-14] .
2.2　单倍型分布
序列分析结果显示 ,盐肤木 50个 mtDNA COI 基因序列共产生 3个单倍型:HapA 、HapB和 HapC ,它
们之间只存在位点多态性 ,HapA 与 HapB差异不大 ,仅在 1313位点有 1个碱基的替换(G A), HapA 与
HapC在 840和 869位点各有 1个碱基的替换(C T),HapB与 HapC差异相对较大 ,二者之间有 3个碱基
的替换 ,分别在 840 、869(C T)以及 1313 位点(G A).HapA 存在于所有种群中 ,可能是祖先单倍型 ,
HapB存在于湖北竹山和四川安县种群的 4个个体中 ,且在竹山种群中出现的几率较高(75%), HapC只有
贵州榕江种群的 1个个体.独享单倍型的存在 ,在一定程度上表明盐肤木种群存在着微弱的遗传变异和分
化.
2.3　遗传多样性
统计盐肤木种群的单倍型和核苷酸多样性(表 2).可见 , 3种单倍型出现的频率分别是 HapA=0.900 、
HapB=0.080和 HapC=0.020.种群总核苷酸多样性为 0.000 2 ,单倍型多样性为0.187 0.其中四川种群的
核苷酸多样性为 0.000 1 ,单倍型多样性为 0.118 0;湖北种群的核苷酸多样性为 0.000 3 ,单倍型多样性为
0.385 0;贵州种群的核苷酸多样性为0.000 2 ,单倍型多样性为 0.100 0 ,说明盐肤木种群 COI 基因的遗传变
异很低.
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表 2　盐肤木种群遗传多样性
Table 2　Genetic diversity of R.chinensis Mill populations based on COI sequences
种群名称 单倍型(个数) 单倍型多样度 核苷酸多样度
四川安县 H apA(4)HapB(1)
四川峨眉 H apA(12) 0.118 0±0.101 0 0.000 1±0.000 1
湖北竹山 H apA(4)HapB(3)
湖北五峰 H apA(6) 0.385 0±0.132 0 0.000 3±0.000 1
贵州天柱 H apA(6)
贵州榕江 H apA(1)HapC(1)
贵州阳雀 H apA(2)
贵州台江 H apA(5)
贵州永红 H apA(5)
0.100 0±0.088 0 0.000 2±0.000 1
3　讨论
遗传多样性是物种长期进化的产物.物种或种群进化潜力和适应环境的能力取决于遗传多样性的大小;
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 ,越容易扩展其分布范围和开拓新的环境[ 15-16] .
本研究基于 mtDNA COI 基因序列对盐肤木种群遗传多样性进行分析 ,结果显示其单倍型的多样性和核苷
酸的多样性均较低.在所测的 50条序列中共检测到 3个变异位点 ,出现 3个单倍型 ,单倍型 HapA 为盐肤木
所有种群的共享单倍型 ,说明它是一种较为稳定的单倍型 ,很有可能为祖先单倍型.单倍型 HapB 为四川安
县和湖北竹山种群共享单倍型 ,单倍型 HapC 只存在于贵州榕江种群且只有 1个 ,说明盐肤木种群在 mtD-
NA COI基因上存在微弱的遗传分化.
COI 基因作为一种有效的分子标记 ,主要应用在动物 ,特别是用于昆虫的系统进化研究中.有资料表明 ,
由于 mtDNA 基因序列的高度保守性和结构上极高的重排率以及低的突变率等 ,植物 mtDNA 的进化速率
比较缓慢[ 17] .
本研究选择 COI 基因作为分子标记 ,发现该基因的遗传多样性较低 ,还不足以探明盐肤木种群之间的
分化 ,研究结果也说明 COI 基因序列作为植物种群遗传多态性研究的局限性.叶绿体基因组在植物分子系
统学研究中使用较为广泛 ,因为叶绿体比线粒体进化速率更快 ,对于经历过快速进化的种群具有较高的分辨
率[ 18] ,而且叶绿体具有同线粒体一样的优点如母系遗传 、多拷贝等 ,将来需结合叶绿体基因对盐肤木种群遗
传多样性进行更深入的探讨.加之部分种群标本数量的限制 ,在一定程度上影响其结果分析的代表性 ,这可
能是导致盐肤木种群 COI基因遗传多样性低的因素之一.
盐肤木为五倍子蚜主要种类—角倍蚜的唯一夏寄主植物 ,为了研究二者之间的协同进化关系 ,本研究在
五倍子分布区采集标本 ,试图采用同样的序列分子标记基因 COI 进行研究 ,初步的结果发现植物线粒体
DNA 基因的变异与蚜虫相应基因的变异相比很小 ,在进一步的研究中应选择进化速率较快的叶绿体 DNA
基因序列或其他分子标记方法 ,同时增加种群和个体数量进行分析 ,为深入研究其分子进化及其与角倍蚜之
间的协同进化关系提供分子生物学方面的资料 ,同时可为更好的保护和合理利用这一生物资源提供理论基
础.
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Genetic Variation of Rhus chinensis Populations
Based on mtDNA COI Sequences
AN M iao1 ,MA En-bo2 , REN Zhu-mei1
(1.School o f L i f e Science , S hanx i University , Taiyuan 030006 , China;
2.Research Institute o f Ap plied Biolog y , Shan xi Univ ersity , Taiyuan 030006 , China)
Abstract:Mitochondrial DNA(mtDNA)cy to chrome c oxidase I(COI)gene w as used to exmaine the genet-
ic st ructure and diversi ty of a Rhus chinensis populations f rom China.The sequences (1.37 kb in leng th)
were obtained from 50 individuals of the 9 R.chinensis populations.In all the sequences ,3 nucleo tide si te
substi tutions and 3 haplotypes (HapA , HapB and HapC)we re examined , respectively.The base composi-
tions were calculated and the results w ere:T , 34.1%;C ,21.8%;A ,22.5% and G 21.6%, respectively.The
ave rage A + T content w as 56.6%which w as a li t tle higher than G +C content.The low haplo type di-
ve rsity (0.187 0)and nucleo tide diversity (0.000 2)were de tected in this species.HapA was shared w i th
about 90.0% of the to tal individuals , which might be the ancestral haplo type.HapB was shared w ith three
individuals f rom Zhushan population and one individual f rom A nx ian populat ion.HapC was examined in
one individual o f Rongjiang population.The re sults show ed the low genetic diversi ty and gene tic different i-
a tion among the R.chinensis populat ions.
Key words:Rhus chinensis;mtDNA;COI gene sequence;gene tic diversi ty
130 山西大学学报(自然科学版)　　　　　　　 　　　　　　　　34(1)　2011