青藏高原东北部黄缨菊的谱系地理学

doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2022.04.006

植物研究 ›› 2022, Vol. 42 ›› Issue (4): 565-573.doi: 10.7525/j.issn.1673-5102.2022.04.006

青藏高原东北部黄缨菊的谱系地理学

张阳¹^,², 马子兰³, 徐珊珊¹, 苏旭³(), 李梅英³

^1.上海科技馆自然史研究中心，上海 200041
^2.上海市静安区科学技术协会，上海 200040
^3.青海师范大学生命科学学院，西宁 810008

收稿日期:2021-06-23 出版日期:2022-07-20 发布日期:2022-07-15
通讯作者: 苏旭 E-mail:xusu8527972@126.com
作者简介:张阳（1986—），男，助理研究员，主要从事植物谱系地理学研究。
基金资助:
国家自然科学基金项目(31800310);青海省青藏高原药用动植物资源重点实验室项目(2020-ZJ-Y40);青海师范大学2021年本科生科技创新项目(QHNU-2021-029)

Phylogeography of Xanthopappus subacaulis(Asteraceae), an Endemic Species from the Northeastern of the Qinghai-Tibet Plateau

Yang ZHANG¹^,², Zilan MA³, Shanshan XU¹, Xu SU³(), Meiying LI³

^1.Natural History Research Center，Shanghai Natural History Museum，Branch of Shanghai Science & Technology Museum，Shanghai 200041
^2.Jing’an Association for Science & Technology，Shanghai 200040
^3.School of Life Science，Qinghai Normal University，Xining 810008

Received:2021-06-23 Online:2022-07-20 Published:2022-07-15
Contact: Xu SU E-mail:xusu8527972@126.com
About author:ZHANG Yang（1986—），male，assistant researcher，engaged in plant phylogeography.
Supported by:
Under the auspices of the National Natural Science Foundation of China(31800310);Key Laboratory of Medicinal Animal and Plant Resources of the Qinghai-Tibet Plateau in Qinghai Province(2020-ZJ-Y40);Science and Technology Innovation Project of Undergraduate from Qinghai Normal University in 2021(QHNU-2021-029)

摘要/Abstract

摘要：

黄缨菊（Xanthopappus subacaulis）是青藏高原地区一种特有的高山草甸药用植物。为探讨第四纪冰期气候波动对黄缨菊居群遗传结构和空间分布格局的影响，对黄缨菊20个居群、123个个体的叶绿体DNA片段（psbA-trnH、rbcL和psbI-psbK）进行测序和数据分析。结果表明：黄缨菊居群共检测到6个单倍型，其中H1为古老单倍型，除居群P7外其余居群均具有单倍型H1，H3、H5和H6为特有单倍型，单倍型H3为居群P7的私有单倍型，单倍型H5和H6只存在于居群P18，单倍型H2和H4主要存在于青海湖流域的居群；总的遗传多样性（H_e）和核苷酸多样性（π）分别为3.101和0.008 903；居群间遗传变异（68.98%）大于居群内遗传变异（31.02%），居群间遗传分化较高（F_ST=0.689 85，P<0.01）；居群遗传分化系数N_ST（0.727）大于G_ST（0.656）（P>0.05），表明黄缨菊在分布区域内不存在明显的谱系地理结构；错配分布和中性检验结果显示，黄缨菊居群可能经历过近期扩张。据此，推测第四纪冰期黄缨菊可能在青海湖流域和甘肃临潭地区存在微型避难所，认为第四纪气候变迁及青藏高原隆升塑造了黄缨菊的现代地理分布格局。

关键词: 黄缨菊, 遗传结构, 历史动态, 叶绿体DNA, 青藏高原

Abstract:

Xanthopappus subacaulis is an endemic medicinal plant growing in the alpine meadow of the Qinghai-Tibet Plateau（QTP）. To explore the influence of Quaternary climatic oscillations on the population genetic structure and distribution pattern of X. subacaulis， 3 chloroplast DNA fragments（psbA-trnH， rbcL and psbI-psbK） from 123 individuals of 20 populations were sequenced and analyzed respectively in the present study. The results showed that 6 haplotypes were detected in X. subacaulis， among which H1 was an ancient haplotype. All populations of X. subacaulis had haplotype H1 except for P7. H3， H5 and H6 were private haplotypes， among which H3 was a private haplotype of population P7， and H5 and H6 only existed in P18. H2 and H4 were mainly distributed in the population of Qinghai Lake basin. The total genetic diversity（H_e） and nucleotide diversity（π） were 3.101 and 0.008 903， respectively. The genetic variation among populations（68.98%） was higher than that within populations（31.02%）， and the genetic differentiation among populations was relatively higher（F_ST=0.689 85，P<0.01）. The genetic differentiation coefficient N_ST of populations（0.727） was higher than that of G_ST（0.656）（P>0.05）， which indicated that there was no obvious phylogeographical structure in the sampling regions. The results of mismatch distributions and neutrality tests revealed that the population of X. subacaulis might have experienced recent expansion. Therefore， the study suggests there are micro-sanctuaries in Qinghai Lake basin of Qinghai Province and Lintan region of Gansu Province during the Quaternary glaciations， and suggests that the Quaternary climate change and QTP uplift shape the modern geographical distribution pattern of X. subacaulis.

Key words: Xanthopappus subacaulis, genetic structure, dynamic history, chloroplast DNA, Qinghai-Tibet Plateau

中图分类号:

Q948.2

张阳, 马子兰, 徐珊珊, 苏旭, 李梅英. 青藏高原东北部黄缨菊的谱系地理学[J]. 植物研究, 2022, 42(4): 565-573.

Yang ZHANG, Zilan MA, Shanshan XU, Xu SU, Meiying LI. Phylogeography of Xanthopappus subacaulis(Asteraceae), an Endemic Species from the Northeastern of the Qinghai-Tibet Plateau[J]. Bulletin of Botanical Research, 2022, 42(4): 565-573.

图/表 7

表1

图1

表2

黄缨菊采样信息及各居群遗传多样性

居群 Population code	凭证标本 Voucher specimen	采集地 Locality	经纬度 Latitude and longitude	海拔 Altitude /m	样本数 Number	单倍型组成 Haplotype composition （frequency /%）	遗传多样性 Gene diversity （H_e）	核苷酸多样性 Nucleotide diversity /（π，×10^-3）
P1	SX-2019-001	青海平安 Ping’an，Qinghai	N36°29′，E102°1′	2 320	4	H1（75），H2（25）	0.500	0.242
P2	SX-2019-002	甘肃天祝 Tianzhu，Gansu	N36°57′，E102°40′	2 684	3	H1（100）	0.000	0.000
P3	SX-2019-003	青海尖扎 Jianzha，Qinghai	N36°6′，E101°42′	2 530	3	H1（100）	0.000	0.000
P4	SX-2019-004	青海贵德 Guide，Qinghai	N35°40′，E101°37′	2 521	5	H1（100）	0.000	0.000
P5	SX-2019-005	青海兴海 Xinghai，Qinghai	N35°51′，E100°13′	3 189	6	H1（100）	0.000	0.000
P6	SX-2019-006	青海兴海 Xinghai，Qinghai	N35°40′，E99°58′	3 298	3	H1（100）	0.000	0.000
P7	SX-2019-007	青海兴海 Xinghai，Qinghai	N35°52′，E99°40′	3 856	3	H3（100）	0.000	0.000
P8	SX-2019-008	青海共和 Gonghe，Qinghai	N36°13′，E100°31′	2 913	4	H1（75），H4（25）	0.500	3.143
P9	SX-2019-009	青海祁连 Qilian，Qinghai	N38°4′，E100°19′	2 914	10	H1（90），H4（10）	0.200	1.257
P10	SX-2019-010	甘肃榆中 Yuzhong，Gansu	N35°46′，E103°59′	2 021	4	H1（100）	0.000	0.000
P11	SX-2020-011	青海海晏 Haiyan，Qinghai	N37°7′，E100°36′	3 326	5	H1（20），H2（80）	0.400	0.193
P12	SX-2020-012	青海刚察 Gangcha，Qinghai	N37°16′，E100°15′	3 256	13	H1（7.7），H2（92.3）	0.154	0.074
P13	SX-2020-013	青海刚察 Gangcha，Qinghai	N37°15′，E100°	3 192	11	H1（27.3），H2（72.7）	0.436	0.211
P14	SX-2020-014	青海共和 Gonghe，Qinghai	N37°4′，E99°29′	3 296	5	H1（100）	0.000	0.000
P15	SX-2020-015	青海德令哈 Delingha，Qinghai	N37°35′，E96°49′	3 478	10	H1（100）	0.000	0.000
P16	SX-2020-016	青海都兰 Dulan，Qinghai	N36°3′，E98°9′	3 483	4	H1（100）	0.000	0.000
P17	SX-2020-017	青海刚察 Gangcha，Qinghai	N37°15′，E100°9′	3 238	10	H1（60），H2（40）	0.533	0.258
P18	SX-2020-018	甘肃临潭 Lintan，Gansu	N34°51′，E103°4′	3 204	10	H1（10），H5（80），H6（10）	0.378	3.525
P19	SX-2020-019	青海刚察 Gangcha，Qinghai	N37°5′，E100°31′	3 219	5	H1（100）	0.000	0.000
P20	SX-2020-020	甘肃张掖 Zhangye，Gansu	N38°57′，E98°15′	3 405	5	H1（100）	0.000	0.000
总计Total					213		3.101	8.903

表2

表3

图2

图3

图4

参考文献 44

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变异来源 Source of variation	自由度 df	总方差 Sum of square	变异成分 Variance component	变异比例 Percentage of variation
居群间 Among populations	19	164.172	1.326 00Va	68.98
居群内 Within populations	103	61.405	0.596 16Vb	31.02
总计 Total	122	225.577	1.922 16
固定系数 Fixation index（F_ST）	F_ST=0.689 85（P<0.01）

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青藏高原东北部黄缨菊的谱系地理学

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单倍型 Haplotype	变异位点 Variable site
	psbA-trnH											rbcL	psbⅠ-psbK
	2 2 9	2 7 1	2 8 4	4 0 1	4 2 2	4 2 3	4 2 4	4 2 5	4 2 6	4 2 7	4 2 8	1 0 8 9	1 7 1 3	1 7 4 0	1 8 1 8	1 8 1 9	1 8 2 0	1 8 2 1	1 8 2 2	1 8 2 3	1 8 2 4	1 8 2 5	1 8 2 6	1 8 2 7	1 9 1 6	1 9 2 2
H1	A	C	A	G	T	—	—	—	—	—	—	A	T	T	A	A	A	T	C	A	C	T	T	T	G	G
H2	A	C	A	G	T	—	—	—	—	—	—	G	T	T	A	A	A	T	C	A	C	T	T	T	G	G
H3	A	C	C	G	T	—	—	—	—	—	—	A	T	T	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	A	G
H4	A	C	A	G	T	—	—	—	—	—	—	A	G	G	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	G	C
H5	A	A	C	T	A	T	T	T	T	A	A	A	T	T	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	G	G
H6	C	C	A	G	T	—	—	—	—	—	—	A	T	T	A	A	A	T	C	A	C	T	T	T	G	G