Phylogeography of Medicinal and Edible Homologous Plant Allium macrostemon

doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2022.04.007

Abstract

Abstract:

In order to reveal the distribution pattern of genetic variation and haplotype geographical distribution pattern of Allium macrostemon， and to infer the refugia in the quaternary glaciation， the chloroplast gene fragments（psbA-trnH， rps16 and trnL-F） and nuclear gene fragments（ITS） of A. macrostemon in 14 regions of China were analyzed respectively. The results showed that the genetic diversity of A. macrostemon chloroplast gene（cpDNA） was lower than that of nuclear gene（nrDNA）（cpDNA：H_T=0.868； nrDNA：H_T=0.890）. The AMOVA analysis of cpDNA and nrDNA showed that the genetic variations occurred mainly among populations （cpDNA：92.84%； nrDNA：98.40%）， there was significant genetic differentiation among populations（cpDNA：N_st=0.918，G_st=0.866，F_st=0.928；nrDNA：N_st=0.984，G_st=0.855，F_st=0.984）， and had an obvious phylogeographical structure in A. macrostemon populations（N_st>G_st）. A total of 11 chloroplast and 14 nuclear haplotypes were identified in the A. macrostemon populations. The haplotype network and geographical distribution map showed that the chloroplast haplotype H3 and nuclear DNA genotype H1 had the highest frequency and were located in the center of the network structure， which might be the ancient haplotype. In addition， the glacial refuge hypothesis suggested that the region with high genetic diversity， ancient haplotype and more endemic haplotype might be the glacial refugia of A. macrostemon. Therefore， it was speculated that in the quaternary glaciation， A. macrostemon might be multiple glacial refuges in Dapanshan， Tianshui and Tonghua. The analysis could provide references for the evolution of similar herbs and enrich our understanding of the molecular phylogeography of herbaceous plants in East Asia.

Key words: Allium macrostemon, population, phylogeography, genetic variation, glacial refugia

CLC Number:

Q948

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Figures/Tables 10

Table 1

Table 2

Table 3

Table 4

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Fig.2

Fig.3

Fig.4

Table 5

Fig.5

References 53

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居群名称 Sample name	采集地 Location	北纬度 North latitude （N）	东经度 East longitude （E）	海拔 Altitude /m
DPS	浙江省大盘山 Dapanshan，Zhejiang	28°56′26″	120°31′42″	1 202
FZS	福建省福州市 Fuzhou，Fujian	25°58′40″	119°38′11″	53
GZS	广东省广州市 Guangzhou，Guangdong	22°54′59″	113°18′42″	35
TSS	甘肃省天水市 Tianshui，Gansu	34°29′02″	105°46′15″	1 892
GLS	广西壮族自治区桂林市 Guilin，Guangxi	25°11′29″	110°25′10″	270
HSS	湖北省黄石市 Huangshi，Hubei	30°11′32″	114°57′05″	119
HHS	湖南省怀化市 Huaihua，Hunan	27°20′11″	106°10′47″	412
XYS	河南省信阳市 Xinyang，Henan	32°03′33″	114°00′58″	115
THS	吉林省通化市 Tonghua，Jilin	41°42′50″	125°49′45″	558
MDJ	黑龙江省牡丹江市 Mudanjiang，Heilongjiang	44°41′59″	129°45′34″	251
NMG	内蒙古自治区鄂尔多斯市 Ordos，Inner Mongolia	39°29′14″	109°32′41″	1 426
YCS	宁夏回族自治区银川市 Yinchuan，Ningxia	38°36′30″	106°15′45″	1 106
JGX	四川省剑阁市 Jiange，Sichuan	31°49′38″	105°40′03″	704
YXS	云南省玉溪市 Yuxi，Yunnan	24°10′05″	102°24′03″	1 601

引物名称 Sequence name	引物序列 Primer（5′—3′）	反应程序 PCR protocol
psbA-trnH	F：CGAAGCTCCATCTACAAATGG R：ACTGCCTTGATCCACTTGGC	94 ℃，3 min；35×（94 ℃，45 s；55 ℃，45 s；72 ℃，1 min 45 s）；72 ℃，7 min
rps16	F：GTGGTAGAAAGCAACGTGCGACTT R：TCGGGATCGAACATCAATTGCAAC	95 ℃，4 min；35×（95 ℃，30 s；53.4 ℃，1 min；72 ℃，90 s）；72 ℃，5 min
trnL-F	F：ATTTGAACTGGTGACACGAG R：CGAAATCGGTAGACGCTACG	95 ℃，4 min；30×（95 ℃，45 s；52 ℃，45 s；72 ℃，1 min）；72 ℃，10 min
ITS	F：GGAAGTAAAAGTCGTAACAAGG R：TCCTCCTCCGCTTATTGATATGC	94 ℃，4 min；36×（94 ℃，1 min；55.6 ℃，45 s；72 ℃，1 min）；72 ℃，7 min

序列名称 Sequence	平均长度 Average length /bp	平均GC含量 Average GC content /%	变异位点 Variation site
psbA-trnH	539	34.48	2
rps16	738	37.66	3
trnL-F	653	34.43	4
ITS	633	50.22	214

居群名称 Sample name	cpDNA					nrDNA
居群名称 Sample name	n	π （×10^-3）	H_d	H	单倍型（样本数） Haplotypes（number）	n	π （×10^-3）	H_d	H	单倍型（样本数） Haplotypes（number）
合计Total	160	0.780	0.866			165	64.78	0.835
DPS	12	0.340	0.545	3	H1（8）；H2（2）；H3（2）	12	0	0	1	H1（12）
FZS	12	0	0	1	H4（12）	12	0	0	1	H1（12）
GZS	12	0	0	1	H5（12）	12	0	0	1	H2（12）
TSS	11	0.310	0.545	2	H3（6）；H6（5）	12	7.170	0.591	3	H3（4）；H4（7）；H5（1）
GLS	12	0	0	1	H7（12）	12	0	0	1	H6（12）
HSS	12	0	0	1	H5（12）	12	0	0	1	H1（12）
HHS	12	0	0	1	H8（12）	12	0	0	1	H1（12）
XYS	10	0.300	0.533	2	H3（4）；H9（6）	12	0	0	1	H1（12）
THS	9	0	0	1	H5（9）	9	1.900	0.556	2	H7（5）； H8（4）
MDJ	11	0	0	1	H10（11）	12	0	0	1	H9（12）
NMG	12	0	0	1	H3（12）	12	0	0	1	H10（12）
YCS	11	0	0	1	H3（11）	12	0	0	1	H11（12）
JGX	12	0	0	1	H11（12）	12	2.900	0.667	3	H12（6）；H13（4）；H14（2）
YXS	12	0	0	1	H11（12）	12	0	0	1	H15（12）

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