Genetic Diversity Analysis from Different Geographic Populations of Linaria vulgaris var. sinensis by rpl32-trnL Fragment

doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2022.05.009

Abstract

Abstract:

In order to investigate the population genetic characteristics of Linaria vulgaris， four different geographic populations containing 62 individuals were analyzed by using rpl32-trnL fragment of chloroplast DNA. The results showed that there were 15 haplotypes and 76 loci existing in 4 populations. The total genetic diversity of L. vulgaris reached a high level（H_d=0.878， π=0.003 88， K=2.994）. The AMOVA analysis showed that the genetic variations were mainly maintained within the populations（51.49%）， which was consistent with the genetic characteristics of self-incompatibility in L. vulgaris. The genetic differentiation among four geographic populations was significant（F_ST=0.466 14）， while the gene flow between different geographic populations was rather low（N_m=0.29）. The genetic differentiation between different populations was positively correlated with the geographical distance but no significance（R²=0.36， P>0.05）. The results of neutrality test showed that the Heshui population（HS） might experience some bottleneck events during its evolution （Fu and Li’s D=-2.450 49，P<0.05）， and the evolutionary feature of the other populations was consistent with the neutral hypothesis. This study revealed that the reproductive strategies， geographic isolation， and habitat disturbance were not only responsible for the rather high level of genetic diversity in the populations distributed in the northern area of China as well as their genetic structure characteristics， but also it might provide a scientific basis for the further study of conservation genetics in L. vulgaris.

Key words: Linaria vulgaris, geographic populations, genetic diversity, rpl32-trnL

CLC Number:

Q949.777.8

Yujie ZHANG, Pengxia SHI, Fan ZHAO, Xiaodan CHEN, Kun SUN, Hui ZHANG. Genetic Diversity Analysis from Different Geographic Populations of Linaria vulgaris var. sinensis by rpl32-trnL Fragment[J]. Bulletin of Botanical Research, 2022, 42(5): 780-789.

Figures/Tables 9

Table 1

Fig.1

Table 2

Fig.2

Fig.3

Table 3

Fig.4

Table 4

Table 5

References 47

1	王洪新，胡志昂.植物的繁育系统、遗传结构和遗传多样性保护［J］.生物多样性，1996，4（2）：92-96.
	WANG H X， HU Z A.Plant breeding system，genetic structure and conservation of genetic diversity［J］.Chinese Biodiversity，1996，4（2）：92-96.
2	JANSEN R K， RAUBESON L A， BOORE J L，et al.Methods for obtaining and analyzing whole chloroplast genome sequences［J］.Methods in Enzymology，2005，395：348-384.
3	孙荣喜.中国枫香树遗传多样性及谱系地理研究［D］.北京：中国林业科学研究院，2017.
	SUN R X.Genetic diversity and phylogeography of Liquidambar formosana hance in China［D］.Beijing：Chinese Academy of Forestry，2017.
4	孙坤，陈晓丹，李小伟，等.柳穿鱼自然群体中不同cpDNA片段的序列分析与筛选研究［J］.西北师范大学学报（自然科学版），2013，49（3）：71-75，91.
	SUN K， CHEN X D， LI X W，et al.Sequences analysis and selection of chloroplast DNA fragments in natural populations of Linaria vulgaris（L.） Mill（Plantaginaceae）［J］.Journal of Northwest Normal University（Natural Sciences Edition），2013，49（3）：71-75，91.
5	姜颖.柳穿鱼（Linaria vulgaris var. sinensis）耐旱性的研究［D］.哈尔滨：东北林业大学，2007.
	JIANG Y.Study on drought tolerance of Linaria vulgaris var. sinensis［D］.Harbin：Northeast Forestry University，2007.
6	ARNOLD R M.Pollination，predation and seed set in Linaria vulgaris（Scrophulariaceae）［J］.The American Midland Naturalist，1982，107（2）：360-369.
7	NADEAU L B， KING J R.Seed dispersal and seedling establishment of Linaria vulgaris Mill.［J］.Canadian Journal of Plant Science，1991，71（3）：771-782.
8	朱亚民.内蒙古植物药志：第3卷［M］.呼和浩特：内蒙古人民出版社，1989.
	ZHU Y M.Nei Monggol medicinal flora-Third［M］.Hohhot：Inner Mongolian People’s Publishing House，1989.
9	KUANG W H， ZHANG X， LAN Z.Flavonoids extracted from Linaria vulgaris protect against hyperlipidemia and hepatic steatosis induced by western-type diet in mice［J］.Archives of Pharmacal Research，2018，41（12）：1190-1198.
10	朱芳丽.柳穿鱼黄素抑制食管鳞癌增殖的机制研究［D］.郑州：郑州大学，2020.
	ZHU F L.Studies on the mechanism of pectolinarigenin inhibiting the proliferation of esophageal squamous carcinoma［D］.Zhengzhou：Zhengzhou University，2020.
11	MA C， HIGASHI N， ISHIGURO K，et al.Allergy-preventive effects of linarinic acid and its tetrahydropyrrolo［2，1-b］ quinazoline derivatives isolated from Linaria vulgaris ［J］.Journal of Natural Medicines，2018，72（2）：582-587.
12	孙伟.野生柳穿鱼试管苗生根与移栽的试验研究［J］.北方园艺，2010（13）：169-170.
	SUN W.Study of test tube rooting and transplant of Linavia vulgaris ［J］.Northern Horticulture，2010（13）：169-170.
13	孙伟.野生柳穿鱼扦插繁殖技术研究［J］.中国农学通报，2010，26（13）：298-301.
	SUN W.The research on cottage propagation technology of wild Linaria vulgaris ［J］.Chinese Agricultural Science Bulletin，2010，26（13）：298-301.
14	岳桦，申建红.不同浓度Na₂CO₃胁迫柳穿鱼幼苗的生理指标变化［J］.贵州农业科学，2015，43（4）：78-81.
	YUE H， SHEN J H.Variation of physiological index of Linaria vulgaris seedlings under different Na₂CO₃concentration［J］.Guizhou Agricultural Sciences，2015，43（4）：78-81.
15	申建红.Na₂CO₃、NaHCO₃胁迫对柳穿鱼形态及相关生理指标的影响［D］.哈尔滨：东北林业大学，2015.
	SHEN J H.Effects of Na₂CO₃，NaHCO₃stress on the form and some physiological characteristics of Linaria vulgaris ［D］.Harbin：Northeast Forestry University，2015.
16	ZORIĆ A S， MORINA F， TOŠEVSKI I，et al.Resource allocation in response to herbivory and gall formation in Linaria vulgaris ［J］.Plant Physiology and Biochemistry，2019，135：224-232.
17	何艳.柳穿鱼酸衍生物的合成及活性研究［D］.沈阳：沈阳药科大学，2006.
	HE Y.The research on the synthesis and bioactivities of Linarinic acid derivatives［D］.Shenyang：Shenyang Pharmaceutical University，2006.
18	华会明，李铣，邢素娥，等.柳穿鱼化学成分的研究［J］.中国药学杂志，2005，39（9）：653-656.
	HUA H M， LI X， XING S E，et al.Study on the chemical constituents of Linaria vulgaris ［J］.Chinese Pharmaceutical Journal，2005，39（9）：653-656.
19	华会明，李铣，张海泉.柳穿鱼中的甾类化合物［J］.沈阳药科大学学报，2000，17（1）：40-42，48.
	HUA H M， LI X， ZHANG H Q.Steroids from Linaria vulgaris Mill.［J］.Journal of Shenyang Pharmaceutical University，2000，17（1）：40-42，48.
20	GABRIEL SEGARRA-MORAGUES J， MATEU-ANDRÉS I.Levels of allozyme diversity in closely related toadflaxes（Linaria，Plantaginaceae） and their correspondence with the breeding systems of the species［J］.Conservation Genetics，2007，8（2）：373-383.
21	陈晓丹.中国柳穿鱼自然居群的遗传多样性研究［D］.兰州：西北师范大学，2013.
	CHEN X D.The study of genetic diversity of natural populations of Linaria vulgaris（L.） Mill（Plantaginaceae） in China［D］.Lanzhou：Northwest Normal University，2013.
22	POREBSKI S， BAILEY L G， BAUM B R.Modification of a CTAB DNA extraction protocol for plants containing high polysaccharide and polyphenol components［J］.Plant Molecular Biology Reporter，1997，15（1）：8-15.
23	严容，张辉，苏雪，等.棱果沙棘及其亲本cpDNA trnS-G片段的序列变异分析［J］.西北师范大学学报（自然科学版），2009，45（1）：94-97.
	YAN R， ZHANG H， SU X，et al.Sequences variation analysis between Hippophae goniocarpa and its parents on cpDNA trnS-G region sequences［J］.Journal of Northwest Normal University（Natural Science Edition），2009，45（1）：94-97.
24	ROZAS J， FERRER-MATA A， SÁNCHEZ-DELBARRIO J C，et al.DnaSP 6：DNA sequence polymorphism analysis of large data sets［J］.Molecular Biology and Evolution，2017，34（12）：3299-3302.
25	TAMURA K， PETERSON D， PETERSON N，et al.MEGA5：molecular evolutionary genetics analysis using maximum likelihood，evolutionary distance，and maximum parsimony methods［J］.Molecular Biology and Evolution，2011，28（10）：2731-2739.
26	BANDELT H J， FORSTER P， RÖHL A.Median-joining networks for inferring intraspecific phylogenies［J］.Molecular Biology and Evolution，1999，16（1）：37-48.
27	PEAKALL R， SMOUSE P E.Genalex 6：genetic analysis in Excel.Population genetic software for teaching and research［J］.Molecular Ecology Notes，2006，6（1）：288-295.
28	EXCOFFIER L， LAVAL G， SCHNEIDER S.Arlequin（version 3.0）：an integrated software package for population genetics data analysis［J］.Evolutionary Bioinformatics Online，2005，1：47-50.
29	WRIGHT.Evolution and the genetics of populations：a treatise in four volumes［M］.Chicago：University of Chicago Press，1968.
30	SLATKIN M.Gene flow and the geographic structure of natural populations［J］.Science，1987，236（4803）：787-792.
31	黄静.地黄属植物遗传结构与物种进化历史研究［D］.西安：西北大学，2016.
	HUANG J.Genetic structure and evolutionary history of the genus Rehmannia ［D］.Xi’an：Northwest University，2016.
32	文亚峰，韩文军，吴顺.植物遗传多样性及其影响因素［J］.中南林业科技大学学报，2010，30（12）：80-87.
	WEN Y F， HAN W J， WU S.Plant genetic diversity and its influencing factors［J］.Journal of Central South University of Forestry & Technology，2010，30（12）：80-87.
33	MATEU-ANDRÉS I.Allozymic variation and divergence in three species of Antirrhinum L.（Scrophulariaceae-Antirrhineae）［J］.Botanical Journal of the Linnean Society，1999，131（2）：187-199.
34	MATEU-ANDRÉS I， SEGARRA-MORAGUES J G.Population subdivision and genetic diversity in two narrow endemics of Antirrhinum L.［J］.Molecular Ecology，2000，9（12）：2081-2087.
35	MATEU-ANDRÉS I， SEGARRA-MORAGUES J G.Patterns of genetic diversity in related taxa of Antirrhinum L.assessed using allozymes［J］.Biological Journal of the Linnean Society，2003，79（2）：299-307.
36	MATEU-ANDRÉS I.Low levels of allozyme variability in the threatened species Antirrhinum subbaeticum and A.pertegasii（Scrophulariaceae）：implications for conservation of the species［J］.Annals of Botany，2004，94（6）：797-804.
37	MATEU-ANDRÉS I， DE PACO L.Genetic diversity and the reproductive system in related species of Antirrhinum ［J］.Annals of Botany，2006，98（5）：1053-1060.
38	TORRES E， IRIONDO J M， PÉREZ C.Genetic structure of an endangered plant，Antirrhinum microphyllum（Scrophulariaceae）：allozyme and RAPD analysis［J］.American Journal of Botany，2003，90（1）：85-92.
39	BROWN A H D， CLEGG M T， KAHLER A L，et al.Plant population genetics，breeding，and genetics resourses［J］.Bioscience，1990，41（1）：613-614.
40	HAMRICK J L， GODT M J W， SHERMAN-BROYLES S L.Factors influencing levels of genetic diversity in woody plant species［J］.New Forests，1992，6（1/2/3/4）：95-124.
41	SILVA-MONTELLANO A， EGUIARTE L E.Geographic patterns in the reproductive ecology of Agave lechuguilla（Agavaceae） in the Chihuahuan desert.II.Genetic variation，differentiation，and inbreeding estimates［J］.American Journal of Botany，2003，90（5）：700-706.
42	JIMÉNEZ J F， SÁNCHEZ-GÓMEZ P， GÜEMES J，et al.Genetic variability in a narrow endemic snapdragon（Antirrhinum subbaeticum，Scrophulariaceae） using RAPD markers［J］.Heredity，2002，89（5）：387-393.
43	杨艳婷，侯向阳，魏臻武，等.羊草叶绿体非编码区多态性标记筛选及群体遗传多样性［J］.草业学报，2018，27（10）：147-157.
	YANG Y T， HOU X Y， WEI Z W，et al.Screening and genetic diversity analysis of chloroplast non-coding regions in Leymus chinensis ［J］.Acta Prataculturae Sinica，2018，27（10）：147-157.
44	WANG I J.Examining the full effects of landscape heterogeneity on spatial genetic variation：a multiple matrix regression approach for quantifying geographic and ecological isolation［J］.Evolution，2013，67（12）：3403-3411.
45	WRIGHT S.Isolation by distance［J］.Genetics，1943，28（2）：114-138.
46	FRANKHAM R， BALLOU J D， BRISOE D A.Introduction to conservation genetics［M］.Cambridge：Cambridge University Press，2010.
47	HONNAY O， JACQUEMYN H.Susceptibility of common and rare plant species to the genetic consequences of habitat fragmentation［J］.Conservation Biology，2007，21（3）：823-831.

编号 No.	居群（居群代码） Population（Code of population）	生境 Habitat	经度 Longitude（E） /（°）	纬度 Latitude（N） /（°）	植株数量 Number	鉴定人 Appraiser	繁育性 Breeding
1	河北围场（WC）	山地Mountain	117.77	41.95	16	张辉ZHANG Hui	SI
2	河北查字林场（CZ）	沙地Sand land	117.44	42.07	17	张辉ZHANG Hui	SI
3	宁夏银川（YC）	路旁Wayside	106.00	38.57	13	李小伟LI Xiaowei	SI
4	甘肃合水（HS）	路旁Wayside	108.02	35.82	16	孙坤SUN Kun	SI

居群 Population	单倍型数 Number of haplotype （n）	单倍型（个体数量） Haplotypes and number of individuals	单倍型多样性 Haplotype diversity	核苷酸多样性 Nucleotide diversity	核苷酸平均差异 Average number of nucleotide differences	中性检验 Neutrality test
居群 Population	单倍型数 Number of haplotype （n）	单倍型（个体数量） Haplotypes and number of individuals	单倍型多样性 Haplotype diversity	核苷酸多样性 Nucleotide diversity	核苷酸平均差异 Average number of nucleotide differences	Tajima’s D	Fu and Li’s D
合计 total	15	Hap_1（1），Hap_2（7），Hap_3（1），Hap_4（1），Hap_5（2），Hap_6（1），Hap_7（6），Hap_8（3），Hap_9（1），Hap_10（13），Hap_11（1），Hap_12（1），hap_13（12），Hqp_14（10），Hap_15（2）	0.878	0.003 88	2.994	-1.127 66	-2.655 78^*
YC	3	Hap_1（1），Hqp_14（10），Hap_15（2）	0.731	0.001 17	0.949	-0.058 95	0.049 07
HS	4	Hap_9（1），Hap_10（13），Hap_11（1），Hap_12（1）	0.742	0.001 89	1.525	-1.607 71	-2.450 49^*
CZ	7	Hap_2（6），Hap_3（1），Hap_4（1），Hap_5（2），Hap_6（1），Hap_7（3），Hap_8（3）	0.838	0.003 37	2.603	-0.080 17	-0.573 69
WC	3	Hap_2（1），Hap_7（3），hap_13（12）	0.425	0.001 39	1.100	-0.273 70	0.253 71
XB	7	Hap_1（1），Hap_9（1），Hap_10（13），Hap_11（1），Hap_12（1），Hqp_14（10），Hap_15（2）	0.872	0.003 47	2.808	-0.713 68	-2.183 90
HB	8	Hap_2（7），Hap_3（1），Hap_4（1），Hap_5（2），Hap_6（1），Hap_7（6），Hap_8（3）， hap_13（12）	0.799	0.002 52	1.943	-0.376 46	-1.022 55

地理居群 Geographic populations	YC	HS	CZ	WC
YC	—	0.709	0.747	0.842
HS	0.10	—	0.456	0.507
CZ	0.08	0.30	—	0.067
WC	0.05	0.24	3.46	—

变异来源 Source of variation	自由度 df	离差平方和 Sum of squares	变异组成 Variance components	变异比例 Percentage of variation /%	F-statistic
组间 Among groups	1	4.278	0.015 78V_a	3.15	F_CT=0.031 46
组内居群间 Among populations	2	7.532	0.227 56V_b	45.37	F_SC=0.468 39^***
居群内 Within populations	58	14.980	0.258 27V_c	51.49	F_ST=0.485 11^***
合计 Total	61	26.790	0.501 61	100

属名 Genus name	繁育性 Breeding	分子标记类型Marker	H_O	H_E	H_T	G_ST	F_ST	N_m	参考文献 Ref.
金鱼草属 Antirrhinum	SI	等位酶	0.225	0.255	0.239	0.11	0.356	2.128	Mateu-Andre’s（1999，2003，2004，2006） Torres E（2003）
		RAPD	—	—	1.500	0.119	—	—	Torres E，et al（2003）
		同工酶	0.108	0.073	0.141	0.268			Mateu-Andre’s（2000）
	部分SC	等位酶	0.125	0.145	0.175		0.154	1.750	Mateu-Andre’s（2006）
	SC	等位酶	0.012	0.014	0.050	0.850	0.270	0.230	Mateu-Andre’s（2004，2006）
	SC	RAPD	0.190	—	1.000	0.822	0.776	—	Jime’nez JF，et al（2002）
柳穿鱼属 Linaria	SI	等位酶	0.228	0.217	0.240	0.034	—	4.580	Gabriel（2007）
	SI	RAPD	—	—	—	0.138	—	3.120	陈晓丹（2013）
	SC	等位酶	0.045	0.055	0.134	0.521	—	0.840	Gabriel（2007）