Genetic Divergence and Demographic History of Gentiana algida var. purdomii on the Qinghai-Tibet Plateau

doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2022.04.005

Abstract

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

CLC Number:

S792.153

Pengcheng FU, Qiuqian WEI, Mingyang SHI. Genetic Divergence and Demographic History of Gentiana algida var. purdomii on the Qinghai-Tibet Plateau[J]. Bulletin of Botanical Research, 2022, 42(4): 556-564.

Figures/Tables 6

Table 1

Sample information and genetic diversity index of G. algida var. purdomii in this study

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

Table 1

Fig.1

Table 2

Fig.2

Fig. 3

Fig.4

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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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