岷江柏野生居群和迁地保护居群的遗传多样性比较

doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2022.05.008

植物研究 ›› 2022, Vol. 42 ›› Issue (5): 772-779.doi: 10.7525/j.issn.1673-5102.2022.05.008

岷江柏野生居群和迁地保护居群的遗传多样性比较

常二梅¹^,², 刘建锋¹^,², 黄跃宁¹^,², 李红丽³, 单冰燕⁴, 江泽平¹^,⁵, 赵秀莲¹^,²()

^1.中国林业科学研究院林业研究所，北京 100091
^2.国家林业局林木培育重点实验室，北京 100091
^3.北京林业大学，北京 100083
^4.邯郸市永年区农业农村局，河北 056011
^5.中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所，北京 100091

收稿日期:2022-03-29 出版日期:2022-09-20 发布日期:2022-09-15
通讯作者: 赵秀莲 E-mail:zhaoxl@caf.ac.cn
作者简介:常二梅（1981—），博士，副研究员，主要从事古树生物学的研究。
基金资助:
中国林业科学研究院林业研究所横向课题（C258）

Comparison of Genetic Diversity Between Wild and ex-situ Conservation Populations of Cupressus chengiana

Ermei CHANG¹^,², Jianfeng LIU¹^,², Yuening HUANG¹^,², Hongli LI³, Bingyan SHAN⁴, Zeping JIANG¹^,⁵, Xiulian ZHAO¹^,²()

^1.Research Institute of Forestry，Chinese Academy of Forestry，Beijing 100091
^2.State Forestry Administration Key Laboratory of Tree Breeding and Cultivation，Beijing 100091
^3.Beijing Forestry University，Beijing 100083
^4.Agriculture and Rural Bureau of Yongnian District，Handan，Hebei 056011
^5.Research Institute of Forest Ecology，Environment and Protection，Chinese Academy of Forestry，Beijing 100091

Received:2022-03-29 Online:2022-09-20 Published:2022-09-15
Contact: Xiulian ZHAO E-mail:zhaoxl@caf.ac.cn
About author:CHANG Ermei（1981—），female，doctor，major in biology of ancient trees.
Supported by:
Horizontal project of Research Institute of Forestry Chinese Academy of Forestry（C258）

摘要/Abstract

摘要：

通过分析岷江柏的迁地保护居群和野生居群的遗传多样性、遗传结构及居群间基因流，判断迁地保护岷江柏居群的遗传多样性水平，为其迁地保护提供理论基础。本研究利用GBS（Genotyping-by-Sequencing）测序技术获得的SNP位点对四川大渡河双江口岷江柏迁地保护移栽苗、苗圃播种苗及3个野生居群进行主成分分析（PCA分析）、聚类分析、分子进化树、遗传多样性和遗传结构分析。经过GBS测序共获得高质量Clean Data 118 321 514 728 bp，并开发了1947 047个tags，从中鉴定到了1 259 610个SNP位点。系统发育进化树显示大部分移栽岷江柏居群和野生岷江柏聚在一起，居群结构分析结果显示交叉验证错误率的谷值确定最优分群数为1。4个岷江柏居群的观测杂合度（H_o）、期望杂合度（H_e）、Shannon信息指数I（S_hi）、近交系数（F_is）、多态信息含量（P_ic）的值分别为0.181 5~0.272 0、0.223 2~0.300 3、0.331 0~0.464 9、0.178 0~0.246 5和0.272 2~0.309 2，说明岷江柏居群的遗传多样性水平较高。移栽岷江柏居群的H_e=0.300 3，S_hi=0.464 9，岷江柏居群迁地保护居群遗传多样性总体水平略高于野生居群。野生岷江柏居群中白湾隧道（BW）_vs_松岗镇（SA）的遗传分化指数（F_st）较大，基因流（N_m）较小（F_st=0.091，N_m=2.496），而迁地保护的岷江柏居群与野生岷江柏居群没有明显的遗传分化，居群间的基因交流频繁（F_st<0.05，基因流N_m>4），说明没有明显的分群现象，岷江柏居群迁地保护居群遗传多样性较高。因此，移栽濒危植物是迁地保护过程中较好的方法，本文为以后野生岷江柏迁地保护提供参考，为其他树木种质资源的保存提供理论依据。

关键词: 岷江柏, 野生居群, 迁地保护居群, GBS, 遗传多样性, 遗传结构

Abstract:

To evaluate the genetic diversity level and provide theoretical basis of ex-situ conservation populations of Cupressus chengiana， the genetic diversity， genetic structure， and gene flow of ex-situ conservation populations and wild populations of C. chengiana were studied respectively. The principal component analysis（PCA）， cluster analysis， construction of molecular evolutionary tree， genetic diversity and genetic structure of three wild populations and ex-situ conservation populations based on SNP locus were obtained respectively from Genotyping-by-Sequencing technology（GBS） sequencing. The results showed that high quality clean data 118 321 514 728 bp was obtained by GBS sequencing， and 1 947 047 tags were developed. After being screened， a total of 1 259 610 of high-quality SNP sites were retained. The valley value of cross validation error rate determined that the optimal number of clusters was 1. The phylogenetic tree indicated that most of individuals ex-situ conservation populations and wild populations were clustered together. Both of combined ex-situ conservation populations and wild populations of C. chengiana had higher genetic diversity， and their value of heterozygosity（H_o）， expected heterozygosity（H_e）， Shannon information index（S_hi）， inbreeding coefficient（F_is）， and percentage of polymorphic loci（P_ic） were 0.181 5-0.272 0， 0.223 2-0.300 3， 0.331 0-0.464 9， 0.178 0-0.246 5 and 0.272 2-0.309 2， respectively. Genetic diversity of ex-situ conservation cultivated populations was relatively higher than the wild populations of C. chengiana， the value of H_e and S_hi was 0.300 3 and 0.464 9， respectively. The wild populationsof C. chengiana of Baiwan tunnel（BW）_vs_Songgang town（SA） had the greater genetic differentiation and the gene flow（N_m） were lower than other populations（F_st=0.091，N_m=2.496）. The results indicated that genetic differentiation had not occurred among these C. chengiana populations， and the gene had exchanges frequently among the ex-situ conservation populations and wild populations of C. chengiana（F_st<0.05， N_m>4）. There was a close genetic relationship between the ex-situ conservation individuals and the wild populations individuals， and there was no obvious clustering phenomenon. Thus， transplanting endangered plants was a better method in ex-situ conservation. This paper would provide a reference for the ex-situ conservation populations of wild populations C. chengiana and provided a theoretical reference for the conservation of other tree germplasm resources.

Key words: Cupressus chengiana, wild population, ex-situ conservation population, GBS, genetic diversity, genetic structure

中图分类号:

Q949.66+7

常二梅, 刘建锋, 黄跃宁, 李红丽, 单冰燕, 江泽平, 赵秀莲. 岷江柏野生居群和迁地保护居群的遗传多样性比较[J]. 植物研究, 2022, 42(5): 772-779.

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图/表 8

表1

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图2

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表4

参考文献 31

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采集地点 Location	居群类型 Population type	编号 Number	平均株高 Height /cm	植株数量 Number of sample individual
当卡村1 Dangka village 1	移栽居群 Ex-situ conservation population	DK-a1，DK-a2，DK-a3，DK-a4	72.38	4
当卡村2 Dangka village 2	移栽居群 Ex-situ conservation population	DK-b1，DK-b2，DK-b3，DK-b4	116.63	4
当卡村3 Dangka village 3	移栽居群 Ex-situ conservation population	DK-c1，DK-c2，DK-c3，DK-c4	178.40	4
当卡村4 Dangka village 4	移栽居群 Ex-situ conservation population	DK-d1，DK-d2、DK-d3，DK-d4	196.75	4
当卡村5 Dangka village 5	移栽居群 Ex-situ conservation population	DK-e1，DK-e2	279.51	2
当卡村苗圃 Dangka nursery	播种居群 Seeding population	MR-a1，MR-b1，MR-c1，MR-d1	55.75	4
松岗镇 Songgang town	野生居群 Wild population	SA-a1，SA-b1，SA-c1，SA-d1	134.48	4
热足电站 Rezu power station	野生居群 Wild population	RJ-a1，RJ-b1，RJ-c1，RJ-d1	121.67	3
白湾隧道 Baiwan tunnel	野生居群 Wild population	BW-a1，BW-b1，BW-c1，BW-d1	150.75	4

编号 Sample	数量 Number	观测杂合度 H_o	期望杂合度 H_e	基因多样性指数 N_ei	Shannon信息指数 S_hi	固定指数 F_index	居群平均π值 P_i	多态信息含量 P_ic
all	33	0.243 7	0.303 1	0.308 6	0.470 4	0.249 4	0.195 9	0.296 2
BW	4	0.242 0	0.248 9	0.291 4	0.371 0	0.199 3	0.027 7	0.294 4
DK	21	0.250 0	0.300 3	0.308 9	0.464 9	0.246 5	0.167 5	0.308 9
RJ	4	0.272 0	0.263 6	0.307 1	0.393 4	0.211 3	-0.031 9	0.309 2
SA	4	0.181 5	0.223 2	0.265 2	0.331 0	0.178 0	0.187 0	0.272 2

居群 Comparison between populations	遗传分化指数 Fst	基因流 Nm
F_st_BW_vs_DK	0.035 4	6.805 6
F_st_BW_vs_RJ	0.046 1	5.173 3
F_st_BW_vs_SA	0.091 0	2.497 0
F_st_DK_vs_RJ	0.022 6	10.815 9
F_st_DK_vs_SA	0.065 9	3.541 3

居群 Population	BW	DK	RJ	SA
BW	0.137	0.142	0.138	0.152*
DK		0.139	0.138	0.151*
RJ			0.132	0.148
SA				0.148

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岷江柏野生居群和迁地保护居群的遗传多样性比较

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