青藏高原岷县龙胆的遗传分化与种群动态历史分析

doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2022.04.005

摘要/Abstract

摘要：

青藏高原是全球生物多样性中心之一，是研究物种形成和适应性进化的热点地区。岷县龙胆（Gentiana algida var. purdomii）是青藏高原地区特有植物，具有很高的药用价值。本研究以岷县龙胆种群为对象，基于不同遗传方式的分子标记，通过种群遗传结构、遗传分化、种群动态历史和物种分布模型等分析，探讨其在青藏高原的分化历史。结果表明：岷县龙胆具有高的遗传多样性，叶绿体数据表明种内遗传分化程度很高（F_ST=0.452），但核基因数据表明种内遗传分化程度很低（F_ST=0.022），揭示岷县龙胆种内存在强烈的基因流。种群动态历史分析表明岷县龙胆种群大小经历了近期扩张，物种分布模型的结果表明岷县龙胆在末次盛冰期以来分布范围略有扩张。分子钟模型的结果表明岷县龙胆种内的遗传分化主要发生在第四纪冰期以来。以上结果一致表明，第四纪气候波动是岷县龙胆分化的主要外部因素。本研究为龙胆属及青藏高原植物类群的物种分化、适应性研究以及资源开发与保护提供了参考。

关键词: 岷县龙胆, 遗传分化, 种群动态历史, 物种分布模型, 青藏高原

Abstract:

The Qinghai-Tibet Plateau（QTP） is one hotspot of studies about biodiversity， speciation and adaptive evolution. Gentiana algida var. purdomii， belonging to Gentianaceae， is endemic to the QTP and has high value in medicine. Based on populations across the QTP， we assessed its genetic structure， divergence and demographic history based on plastid and nuclear DNA sequences in this study. Palaeo-distribution was also reconstructed by species distribution model. High level of genetic diversity was observed in G. algida var. purdomii. Genetic differentiation was high in plastid data（F_ST=0.452） but low in ITS data（F_ST=0.022）， indicating high level of gene flow in G. algida var. purdomii. Neutrality test and mismatch distribution analysis both showed signatures of recent population expansion. Species distribution modelling showed slight range expansion from the Last Glacial Maximum to the present day. Divergence time estimates suggested that the onset of intraspecific diversification generally fell into the Quaternary. The results indicated that the intraspecific divergence in G. algida var. purdomii should be related to geographical isolation and range fragmentation in glaciations. This study provides insights into genetic differentiation， adaptive evolution and conversation in Gentiana as well as alpine plants in the QTP.

Key words: Gentiana algida var. purdomii, genetic divergence, demographic history, species distribution model, Qinghai-Tibet Plateau

中图分类号:

S792.153

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图/表 6

表1

本研究中岷县龙胆的样品信息与遗传多样性指数

居群 Population	标本号 Voucher No.	采样点 Locality	经纬度 Latitude/Longitude	个体数 No.	叶绿体单倍型组成 cpDNA Haplotype composition	基因多样性 Gene diversity	核苷酸多样性 Nucleotide diversity （10^-3）	基因型组成 ITS Genetype compositio	基因多样性 Gene diversity	核苷酸多样性 Nucleotide diversity （10^-3）
SD	Fu2016042	四川色达 Seda，SC	31°49′N/100°6′E	15	cP1（11），cP2（1），cP8（3）	0.448	19.971	P1/P2（1），P2/P2（2），P2/P3（1），P2/P4（1），P2/P5（1），P2/P7（1），P2/P21（1），P3/P20（1），P5/P7（1），P6/P6（1）	0.788	4.051
GZ	Fu2016056	四川甘孜 Ganzi，SC	31°44′N/99°33′E	8	cP1（7），cP2（1）	0.250	0.796	P2/P2（1），P2/P3（2），P2/P4（1），P2/P9（1），P6/P6（2），P7/P8（1）	0.817	4.092
MD	Fu2017020	青海玛多 Maduo，QH	34°6′N/97°38′E	17	cP3（13），cP4（4）	0.382	0.609	P2/P2（4），P2/P8（2），P2/P9（3），P2/P10（3），P2/P11（1），P6/P11（1），P10/P11（2）	0.686	3.970
YS	Fu2017061	青海玉树 Yushu，QH	32°53′N/96°41′E	11	cP3（2），cP4（9）	0.327	0.521	P2/P4（1），P2/P7（1），P2/P10（1），P2/P11（2），P8/P10（1），P9/P10（1），P10/P11（2），P10/P12（1），P13/P13（1）	0.862	7.612
LWQ	Fu2017089	西藏类乌齐 Leiwuqi，T	31°5′N/96°30′E	13	cP5（13）	0.000	0.000	P2/P2（2），P2/P11（1），P4/P10（1），P7/P7（2），P7/P9（2），P7/P14（1），P8/P10（1），P9/P10（1），P10/P11（1），P11/P15（1）	0.868	5.521
JD	Fu2017144	西藏江达 Jiangda，T	31°38′N/98°26′E	6	cP1（6）	0.000	0.000	P2/P2（2），P2/P12（1），P2/P18（1），P8/P17（1）	0.667	4.170
DG	Fu2017149	四川德格 Dege，SC	31°56′N/98°54′E	15	cP1（10），cP2（3），cP7（2）	0.533	1.486	P2/P9（2），P2/P11（1），P2/P12（1），P2/P18（2），P7/P8（1），P7/P9（1），P9/P11（1），P9/P19（1），P10/P12（1），P10/P19（1），P12/P20（1），P18/P19（1）	0.902	6.610
JZ1	Fu2017207	青海久治 Jiuzhi，QH	33°12′N/101°28′E	18	cP2（16），cP9（2）	0.209	0.333	P2/P2（4），P2/P6（1），P2/P7（1），P2/P8（1），P2/P9（1），P2/P11（1），P2/P23（1），P3/P11（1），P3/P22（1），P5/P7（1），P7/P9（1），P7/P12（1），P7/P20（1），P11/P20（1）	0.827	5.566
JZ2	Fu2017219	青海久治 Jiuzhi，QH	33°23′N/101°33′E	10	cP2（3），cP10（7）	0.467	0.742	P2/P2（1），P2/P6（1），P2/P7（1），P2/P11（2），P2/P12（1），P2/P20（1），P7/P20（1），P11/P20（1），P19/P24（1）	0.816	5.791
JZ3	Fu2017225	青海久治 Jiuzhi，QH	33°22′N/101°19′E	24	cP2（23），cP11（1）	0.083	3.190	P2/P2（6），P2/P6（1），P2/P11（9），P2/P15（1），P2/P19（1），P2/P20（1），P3/P11（1），P3/P12（1），P11/P19（1）	0.631	5.469
DR	Fu2017256	青海达日 Dari，QH	33°45′N/99°34′E	15	cP2（15）	0.000	0.000	P2/P2（5），P2/P3（2），P2/P5（1），P2/P11（3），P3/P3（1），P11/P25（1）	0.594	4.698
GD	Fu2017261	青海甘德 Gande，QH	33°59′N/99°56′E	12	cP2（12）	0.000	0.000	P2/P2（1），P2/P4（2），P2/P5（1），P2/P8（2），P2/P11（3），P2/P18（1），P3/P11（1），P7/P8（1）	0.765	5.188
CD	Fu2018161	西藏昌都 Changdu，T	31°4′N/96°56′E	13	cP5（6），cP6（7）	0.539	2.572	P2/P2（3），P2/P3（1），P2/P7（4），P2/P16（1），P9/P11（1），P10/P11（2）	0.725	4.489
LS	Fu2020005	西藏拉萨 Lasha，T	30°6′N/91°16′E	6	cP5（6）	0	0	P2/P2（6）	0	0

表1

图1

表2

图2

图3

图4

参考文献 47

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变异来源 Source of variation		自由度 df	方差和 Sum of squares	变异组成 Variance components	变异比例 Percentage of variation	F_ST
叶绿体 Plastid	种群间 Among populations	12	126.537	0.7169 Va	45.16	0.452
叶绿体 Plastid	种群内 Within populations	164	142.774	0.8706 Vb	54.84	0.452
ITS	种群间 Among populations	12	19.443	0.0237 Va	2.27	0.022
ITS	种群内 within populations	319	325.668	1.0209 Vb	97.73	0.022

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