基于ISSR分子标记的孑遗濒危植物四合木遗传结构分析

doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2021.03.018

摘要/Abstract

摘要：

为阐明中国西北干旱区单属种孑遗濒危植物四合木（Tetraenamongolica）种群间的遗传分化和基因流。利用6个不同地理分布的四合木种群作为试验材料，从30条UBC引物中筛选出6条引物，并且对ISSR扩增反应体系和扩增程序进行了合理的优化，6个引物扩增出370个条带，多态性条带占71%。分析结果如下：①Nei’s基因多样性指数（H_e）为0.316 8，Shannon’s多态性信息指数（I）为0.458 6。表明四合木在不同种源间的遗传多样性水平差异较小；②群体多态性位点百分率在70.00%~83.33%，Nei’s基因多样性指数范围0.286 5~0.350 8，Shannon’s多态性信息指数在0.423 6~0.504 9。6个群体间的遗传分化系数G_st为0.125 3，表明群体间具有一定程度的遗传分化；③6个种群的基因流（N_m）为3.491 5＞1，说明6个种群间存在一定的基因流，可以防止遗传漂变引起的遗传分化；④通过聚类分析，将6个不同地理种群的四合木分为3类，千里沟种群、伊克布拉格种群和巴拉贡种群先聚成第一大类，再与磴口—桃司兔种群聚成第二大类，而四合木自然保护区种群和甘德尔山种群则组成第大三类，这说明距离因素是影响四合木种群间遗传分化的主要原因，但不同生境条件也对四合木种群的遗传分化产生了影响。

关键词: 四合木, 遗传多样性, ISSR, 种群

Abstract:

Tetraena mongolica is an endangered plant belonging to a single genus， known as the ‘plant giant panda’. It has been included in the first batch of national rare and endangered plant red papers. It is a special shrub endemic to the west of Ordos Plateau and its distributed area is small. Six different geographical populations of T.mongolica were used as test materials. Six of the 30 UBC primers were screened for the most suitable primers， and the ISSR amplification reaction system and amplification procedure were reasonably optimized. The 370 bands were amplified from the primers， and 71% of T.mongolica was polymorphic bands. The results of the analysis can be shown as follows： ①The Nei’s gene diversity index was 0.316 8 and Shannon’s polymorphism information index was 0.458 6. The genetic diversity levels of T.mongolica different provenances were little different； ②The percentage of groups polymorphism allele in the population ranged from 70.00%-83.33%， the Nei’s genetic diversity index was 0.286 5-0.350 8， and the Shannon’s polymorphism information index was 0.423 6-0.504 9. The G_st of genetic differentiation coefficient between the six populations was 0.125 3， the results explain that there is a certain degree of genetic differentiation among populations； ③The gene flow of the six populations was 3.491 5>1， indicating that there was a certain gene flow among the six populations， which could prevent the genetic differentiation caused by genetic drift； ④Cluster analysis was used to classify the tetrahedrons of six different geographic populations into three groups. The populations of Qianligou， Yikebulage， and Balagong clustered into the first category， and then they were clustered with the Dengkou-taositu rabbits into the second category. There are two major categories， and the population of Natural Reserve of T.mongolica and the population Gandle Mountain constituted the third largest category. This shows that distance factors are the main factors that affect genetic differentiation among T.mongolica populations， but different habits conditions also have an impact on the genetic differentiation of T.mongolica populations.

Key words: Tetraenamongolica, genetic diversity, ISSR, population

中图分类号:

Q949.752.6

段义忠, 王海涛, 张格格, 严伟娜. 基于ISSR分子标记的孑遗濒危植物四合木遗传结构分析[J]. 植物研究, 2021, 41(3): 466-473.

Yi-Zhong DUAN, Hai-Tao WANG, Ge-Ge ZHANG, Wei-Na YAN. Genetic Diversity of Plant Tetraenamongolica by ISSR Markers[J]. Bulletin of Botanical Research, 2021, 41(3): 466-473.

图/表 7

表1

表2

图1

表3

表4

表5

图2

参考文献 28

1	扈顺.四合木繁殖特性及扦插生根解剖学研究［D］.呼和浩特：内蒙古农业大学，2014.
	Hu S.Research on reproductive characteristics and anatomy of Tetraena mongolica maxim.transplanting［D］.Huhhot：Inner Mongolia Agricultural University，2014.
2	秦山，潮洛濛.人为干扰对乌海市四合木小灌木景观的影响［J］.生态学报，2014，34（21）：6346-6354.
	Qin S，Chao L M.The impact of anthropogenic disturbance on landscape of Tetraena mongolica shrub in the Wuhai city［J］.Acta Ecologica Sinica，2014，34（21）：6346-6354.
3	谢天，侯鹰，陈卫平，等.城市化对土壤生态环境的影响研究进展［J］.生态学报，2019，39（4）：1154-1164.
	Xie T，Hou Y，Chen W P，et al.Impact of urbanization on the soil ecological environment：A review［J］.Acta Ecologica Sinica，2019，39（4）：1154-1164.
4	田海燕，陈志鹏.宁夏四合木的保护现状及对策［J］.宁夏农林科技，2010，（5）：72-73.
	Tian H Y，Chen Z P.Countermeasure and status protection of Tetraena mongolica in Ningxia［J］.Ningxia Journal of Agriculture and Forestry Science and Technology，2010，（5）：72-73.
5	党晓宏.西鄂尔多斯地区荒漠灌丛生态系统固碳能力研究［D］.呼和浩特：内蒙古农业大学，2016.
	Dang X H.Study on carbon fixation of desert shrub Ecosystem in west Ordos region［D］.Huhhot：Inner Mongolia Agricultural University，2016.
6	孙安安，智颖飙，姜平平，等.西鄂尔多斯4种荒漠植物光合作用特征与差异性［J］.生态学报，2019，39（13）：4944-4952.
	Sun A A，Zhi Y B，Jiang P P，et al.Characteristics of and differences in photosynthesis in four desert plants in western ordos［J］.Acta Ecologica Sinica，2019，39（13）：4944-4952.
7	丁玉龙.煤矿开采沉陷对四合木的影响与保护对策研究［D］.徐州：中国矿业大学，2013.
	Ding Y L.Coal mining subsidence impacts on Tetraena mongolica and its protection［D］.Xuzhou：China University of Mining and Technology，2013.
8	Lu K Q，Xie G，Li M，et al.Dataset of pollen morphological traits of 56 dominant species among desert vegetation in the eastern arid central Asia［J］.Data in Brief，2018，18：1022-1046.
9	Wei X B，Xue J Q，Wang S L，et al.Fatty acid analysis in the seeds of 50 Paeonia ostii individuals from the same population［J］.Journal of Integrative Agriculture，2018，17（8）：1758-1767.
10	徐庆，姜春前，刘世荣，等.濒危植物四合木种群传粉生态学研究［J］.林业科学研究，2003，16（4）：391-397.
	Xu Q，Jiang C Q，Liu S R，et al.Study on pollination ecology of endangered plant Tetraena mongolica population［J］.Forest Research，2003，16（4）：391-397.
11	智颖飙，杨持，王中生，等.孑遗植物四合木（Tetraena mongolica）的濒危肇因与机制［J］.生态学报，2008，28（2）：767-776.
	Zhi Y B，Yang C，Wang Z S，et al.The endangered characteristics and mechanism of the endemic relict shrub Tetraena mongolica Maxim［J］.Acta Ecologica Sinica，2008，28（2）：767-776.
12	王震，张利文，虞毅，等.平茬高度对四合木生长及生理特性的影响［J］.生态学报，2013，33（22）：7078-7087.
	Wang Z，Zhang L W，Yu Y，et al.Effect of Different stubble height treatments on the annual growth index and physiological characteristics of Tetraena mongolica in two growing seasons［J］.Acta Ecologica Sinica，2013，33（22）：7078-7087.
13	张淑艳，王铁娟，李伟琼，等.白沙蒿不同地理种群遗传分化的ISSR分析［J］.植物研究，2010，30（4）：455-460.
	Zhang S Y，Wang T J，Li W Q，et al.Genetic differentiation of the different geographical populations of Artemisia sphaerocephala by inter-simple sequence repeat （ISSR）［J］.Bulletin of Botanical Research，2010，30（4）：455-460.
14	张云飞，杨持，李博，等.鄂尔多斯高原特有种四合木生长和繁殖的种群间变异与濒危机制［J］.生态学报，2003，23（3）：436-443.
	Zhang Y F，Yang C，Li B，et al.Interpopulation difference in growth and reproduction of endemic species Tetraena mongolica in Ordos Plateau［J］.Acta Ecologica Sinica，2003，23（3）：436-443.
15	Ge X J，Hwang C C，Liu Z H，et al.Conservation genetics and phylogeography of endangered and endemic shrub Tetraena mongolica （Zygophyllaceae） in Inner Mongolia，China［J］.BMC Genetics，2011，12：1.
16	张颖娟，卢萍.特有种四合木种群遗传结构分析［J］.内蒙古：内蒙古师范大学学报（自然科学汉文版），2006，35（1）：89-93，98.
	Zhang Y J，Lu P.Analysis of the genetic structure of the endangered shrub Tetraena Mongolica［J］.Journal of Inner Mongolia Normal University （Natural Science Edition），2006，35（1）：89-93，98.
17	张颖娟，杨持.中国特有种四合木种群遗传多样性的RAPD分析［J］.生态学报，2002，（11）：1917-1922.
	Zhang Y J，Yang C.An analysis of the genetic diversity of populations endemic species Tetraena mongolica maxim.（Zygophyllaceae） by RAPD in ORDS Plateau，China［J］.Acta Ecologica Sinica，2002，（11）：1917-1922.
18	孙平.四合木（Tetraena mongolica）保护遗传学研究及三种西鄂尔多斯濒危植物微卫星标记的筛选［D］.合肥：安徽大学，2018.
	Sun P.Conservation genetics of Tetraena mongolica and development of microsatellite genetic markers for three endangered plants in west Ordos plateau［D］.Hefei：Anhui University，2018.
19	刘振虎.中国苜蓿品种资源遗传多样性研究［D］.北京：北京林业大学，2004.
	Liu Z H.Study on genetic diversity of alfalfa（Medicago sativa L.）germplasm in China［D］.Beijing：Beijing Forestry University，2004.
20	王梦亮，任晓琳，崔晋龙，等.野生红景天的RAPD和ISSR遗传多样性分析［J］.中草药，2016，47（3）：469-473.
	Wang M L，Ren X L，Cui J L，et al.Genetic diversity of wild plants in Rhodiola L.with two molecular marker methods of RAPD and ISSR［J］.Chinese Traditional and Herbal Drugs，2016，47（3）：469-473.
21	陈曦，高素萍，申萍，等.蓝花丹ISSR-PCR反应体系的建立与优化［J/OL］.分子植物育种，1-9.（2019-04-10）［2019-09-15］..
	Chen X，Gao S P，Shen P，et al.Establishment and Optimization of ISSR-PCR Reaction System of Plumbago auriculata Lam［J/OL］.Molecular Plant Breeding，1-9.（2019-04-10）［2019-09-15］..
22	段义忠，王建武，亢福仁.孑遗濒危植物蒙古沙冬青ISSR遗传多样性分析［J］.分子植物育种，2018，16（15）：5008-5014.
	Duan Y Z，Wang J W，Kang F R.Genetic diversity analysis of endangered relict plant Ammopiptanthus mongolicus by ISSR markers［J］.Molecular Plant Breeding，2018，16（15）：5008-5014.
23	李娟，董利军，林建勇，等.闽楠不同地理种群遗传多样性的ISSR分析［J/OL］.分子植物育种，1-13.（2019-02-28）［2019-09-15］..
	Li J，Dong L J，Lin J Y，et al.The ISSR analysis of genetic diversity of Phoebe bournei［J/OL］.Molecular Plant Breeding，1-13 （2019-02-28）［2019-09-15］..
24	沈奇，张盾，臧春鑫，等.基于ISSR分子标记的野生桃儿七遗传多样性研究［J］.植物遗传资源学报，2019，20（1）：129-136.
	Shen Q，Zhang D，Zang C X，et al.Genetic diversity analysis of Sinopodophyllum hexandrum（Royle） T.S.Ying germplasm accessions using ISSR markers［J］.Journal of Plant Genetic Resources，2019，20（1）：129-136.
25	赵琬玥，冷秋思，屈燕，等.全缘叶绿绒蒿（Meconopsis integrifolia）的ISSR遗传多样性分析［J］.分子植物育种，2019，17（20）：6891-6899..
	Zhao W Y，Leng Q S，Qu Y，et al.Analysis on genetic diversity of Meconopsis integrifolia by ISSR molecular marker［J］.Molecular Plant Breeding，2019，17（20）：6891-6899.
26	詹羽姣，盛萍，姚蓝，等.新疆伊贝母种质资源的ISSR遗传多样性分析［J］.中成药，2015，37（9）：1998-2003.
	Zhan Y J，Sheng P，Yao L，et al.ISSR analysis of genetic diversity of Yibeimu in Xinjiang Region［J］.Chinese Traditional Patent Medicine，2015，37（9）：1998-2003.
27	安宗燕，唐红，李婉茹.基于EST-SSR的紫斑牡丹品种遗传多样性分析［J］.分子植物育种，2018，16（20）：6744-6752.
	An Z Y，Tang H，Li W R.Genetic diversity analysis of Paeonia rockii cultivar based on EST-SSR［J］.Molecular Plant Breeding，2018，16（20）：6744-6752.
28	张颖娟，杨持.鄂尔多斯特有种四合木种群遗传多样性的等位酶和RAPD比较研究［J］.内蒙古大学学报：自然科学版，2003，34（2）：160-165.
	Zhang Y J，Yang C.Comparative allozyme and RAPD population genetic diversity in a endemic plant species，Tetraena mongolica maxim（Zygophyllaceae），in ORDS plateau［J］.Journal of Inner Mongolia University：Natural Science Edition，2003，34（2）：160-165.

编号 Note	地理位置 Location	纬度 Latitude (N)	经度 Longitude (E)	采样数 Hits	编号 Number
1	千里沟 Qianligou	106°50′05″	39°50′08″	11	QLG(1-11)
2	伊克布拉格 Yikebulage	106°48′56″	40°04′94″	11	YKBLG(1-11)
3	甘德尔山 Gandeershan	106°46′20″	39°32′18″	11	GDES(1-11)
4	四合木自然保护区 Sihemu nature reserve	106°46′03″	39°25′60″	11	SHMZRBHQ(1-11)
5	磴口-桃司兔 Dengkou-Taositu	107°05′23″	40°15′23″	11	DK-TST(1-11)
6	巴拉贡 Balagong	107°08′54″	40°15′32″	11	BLG(1-11)

序号 Note	引物 Primer	退火温度 Annealing temperature (℃)	序列 Sequence
1	810	45	GAGAGAGAGAGAGAGAT
2	811	45	GAGAGAGAGAGAGAGAC
3	814	48	CTCTCTCTCTCTCTCTA
4	824	45	TCTCTCTCTCTCTCTCG
5	835	42	AGAGAGAGAGAGAGAGYC
6	873	45	GACAGACAGACAGACA

引物序号 Primerse quence number	引物序列 Primer sequence	总条带数 The total number of bands	多态性条带数 Polymorphic band number	多态性百分率 Polymorphism percentage (%)
UBC810	GAGAGAGAGAGAGAGAT	66	55	84
UBC811	GAGAGAGAGAGAGAGAC	64	51	80
UBC814	CTCTCTCTCTCTCTCTA	56	35	63
UBC824	TCTCTCTCTCTCTCTCG	60	31	51
UBC835	AGAGAGAGAGAGAGAGYC	66	56	85
UBC873	GACAGACAGACAGACA	58	33	57
总计Total		370	261	71

种群 Population	多态位点数 Number of polymorphicloci	多态位点比率 Polymorphic loci percentage(%)	等位基因观察值 Observation of allele	有效等位基因 Effective alleles	Nei’s多样性指数 Nei's genetic diversity	Shannon’s信息指数 Shannon’s index
千里沟Qianligou	21	70.00	1.700 0	1.546 1	0.295 9	0.425 6
伊克布拉格Yikebulage	23	76.67	1.766 7	1.608 2	0.330 7	0.474 8
甘德尔山Gandeershan	23	76.67	1.766 7	1.555 1	0.309 5	0.450 7
四合木自然保护区 Sihemu nature reserve	25	83.33	1.833 3	1.642 1	0.350 8	0.504 9
桃司兔Taositu	23	76.67	1.766 7	1.498 9	0.286 5	0.423 6
巴拉贡Balagong	23	76.67	1.766 7	1.590 5	0.327 1	0.471 8
平均值Average	23	76.67	1.766 7	1.573 5	0.316 8	0.458 6

种群 Populations	千里沟 Qianligou	伊克布拉格 Yikebulage	甘德尔山 Gandeershan	四合木自然保护区 Sihemu nature reserve	桃司兔 Taositu	巴拉贡 Balagong
QLG	—	0.952 6	0.974 4	0.906 9	0.943 6	0.953 4
YKBLG	0.048 6	—	0.932 6	0.926 1	0.920 6	0.940 2
GDES	0.061 7	0.069 8	—	0.943 5	0.908 4	0.952 0
SHMZRBHQ	0.097 8	0.076 8	0.058 2	—	0.949 6	0.956 9
DK-TST	0.058 1	0.082 7	0.096 1	0.051 8	—	0.961 9
BLG	0.047 8	0.025 9	0.049 2	0.044 0	0.038 8	—