川滇地区麻疯树遗传多样性及亲缘关系的cpSSR研究

[摘要] 目的：研究川滇地区麻疯树遗传多样性，探讨居群间亲缘关系，为合理利用麻疯树种质资源及良种选育奠定理论基础。方法：作者运用12对叶绿体微卫星（cpSSR）标记引物对10个麻疯树野生居群进行分析，将扩增出的条带作为原始矩阵，用POPGENE version 1.32软件分析遗传多样性参数，并采用NTSYSpc version 2.10软件进行UPGMA聚类分析，构建系统树状图。结果：共检测到多态性位点22个，多态性位点百分率（P）平均为76.28%。其中，云南双柏（YNSB）居群多态性位点百分率最高，达95.45%；而云南泸水（YNLS）居群多态性位点百分率最低，仅45.45%。Nei′s基因多样性指数He 0.402 0，Shannon信息多样性指数I 0.576 7，有效等位基因数Ae 1.713 6，总基因多样性（HT） 0.443 3，基因分化系数Gst 0.080 2，基因流（Nm） 3.058 5；居群内基因多样性HS 0.405 1，居群间基因多样性（Dst） 0.035 7，表明麻疯树居群内的基因多样性在总居群基因多样性中所占比例较大，麻疯树居群间几乎没有分化；ANOVA分析结果表明，91.02%的变异来源于居群内，8.98%变异来源于居群间，即10个供试麻疯树居群遗传变异主要发生在居群内，居群内的遗传变异大于居群间的遗传变异，这与Nei′s基因分化系数分析结果一致；麻疯树各居群遗传多样性由低到高依次为：云南泸水（YNLS）居群<云南西双版纳（XSBN）居群<四川花棚子（SCHPZ）居群<四川会东（SCHD）居群<四川金河（SCJH）居群<云南普洱（YNPR）居群<四川雷波（SCLB）居群<云南双柏（YNSB）居群<云南法依（YNFY）居群<四川会理（SCHL）居群；10个麻疯树居群的遗传一致度为0.812 7～0.979 8；遗传距离为0.020 4～0.207 3，表明这10个居群间的相似程度较高，遗传距离较小，亲缘关系较近；UPGMA聚类分析显示：10个麻疯树居群可分为两大类，即SCJH居群和SCHPZ居群聚为一类；SCHL居群、SCHD居群、SCLB居群、YNSB居群、YNFY居群、YNPR居群、XSBN居群和YNLS居群聚为另一类。结论：川滇地区麻疯树具有丰富的遗传多样性，但各居群间亲缘关系较近。

[关键词] 麻疯树； cpSSR； 遗传多样性； 亲缘关系； 四川； 云南

3 讨论

3.1 麻疯树遗传多样性

在遗传多样性研究中，多态性位点百分率、Nei′s基因分化系数和Shannon多样性指数等均是衡量遗传多样性的重要指标。Hamrick等[22]总结了662种植物的遗传多样性和遗传分化所得的平均值为P 51.03%，A 1.97， H 0.15，Gst 0.228；其中，分布区较为广泛的物种遗传多样性和遗传分化所得的平均值为P 67.08%，A 2.11，H 0.257，Gst 0.033。本项研究表明，供试10个麻疯树种群的遗传多样性水平参数分别为P 76.28%，A 1.984，H 0.402 0，Gst 0.080 2，Nei′s基因多样性指数He 0.402 0，Shannon信息多样性指数I为0.576 7，有效等位基因数（Ae）1.713 6，与Hamrick等所得出的平均值相比，麻疯树的多态性位点百分率、基因多样性指数及遗传分化系数均明显偏高，说明麻疯树居群具有较高的遗传多样性。这可能与麻疯树的繁育特征密切相关，由于麻疯树雌雄异花，每个花序的雄花或雌花不同时开放，从而增加了异交的可能性；麻疯树存在两性花序和雄性花序，产生花粉量极大，且具有较高的生活力，作为花粉供体完成生殖过程可能偏多，但雄花越多， 花粉量越大， 多样性程度越高， 有利于形成基因型较好的果实[23]；雌花柱头开花当天就具有可授性。因此，较高的花粉-胚珠比值（P/O）和较长的柱头可授期能部分抵消河谷地带有效传粉昆虫少的不利影响，使该树种在干热河谷环境下形成了特有的生殖补偿机制和种群繁衍对策[24]。这与张炜等[25]对该区天然麻疯树居群的等位酶变异分析研究结论一致。而与Sun等[8]研究结论不一致，原因可能在于采样区域与材料的差异导致结论有异，其具体原因有待于进一步研究。研究还得出，cpSSR分子标记检测出的麻疯树多态性位点百分率远高于AFLP[8-10]，RAPD[6]，SRAP[11]分子标记研究结果。表明cpSSR分子标记可用于麻疯树遗传多样性测定。

研究还表明，麻疯树各居群遗传多样性由低到高依次为：YNLS居群

3.2 麻疯树居群的遗传结构

遗传结构是指基因或基因型在时间和空间上的非随机分布，居群的遗传结构包括居群内的遗传变异和居群间的遗传分化。一般认为，当居群间几乎没有分化时，Gst接近于0，各居群的所有等位基因的频率几乎相等（HT = HS），即HT -HS=0；当各居群间分化加大时，各居群内的基因多样性在总居群多样性中所占比例变小，Gst趋近于1，说明总基因多样性几乎全部存在于各居群间。在本研究中，麻疯树居群Gst 0.080 2，说明该10个居群间分化程度较低，遗传分化主要存在于居群内。原因可能在于影响植物居群遗传结构最主要的因素——植物繁育系统可影响植物居群内、居群间遗传多样性的分配[27]。麻疯树是异交为主的植物[14，24，28]，访花昆虫种类繁多[24]，且活动范围和活动频率较大，强大的基因流促进居群间的基因交换，因而遗传分化较低。而麻疯树雌雄同株，自交和异交并存，这可能是造成居群内个体间遗传分化较大的最主要原因之一。ANOVA分析结果表明91.02%的变异来源于居群内，居群间的变异为8.98%，说明供试的10个麻疯树居群大部分变异发生在居群内。这与前面Nei′s基因分化系数的计算结果一致。由此得出，麻疯树10个居群遗传分化趋势一致，遗传变异主要来自于居群内，居群内的遗传分化大于居群间的遗传分化。

3.3 麻疯树居群基因流

基因流指生物物种内及种间遗传物质的传递和交换，是影响居群内部和居群之间遗传变异程度的重要因素[29]，其值大小可反映居群遗传结构的大小。一般来说，基因流大的物种，居群间遗传分化小，大的基因流可以阻止居群间的遗传分化[30]；反之，居群间的遗传分化大[31]。对种子植物来讲，居群间基因流主要是由花粉和种子2种形式发生。Wright[32]认为，若居群间基因流Nm>1，基因流就足以抵制遗传漂变的作用，发挥其均质化作用，防止居群分化的发生；反之，若Nm<1，遗传漂变成为刻划居群遗传结构的主导因素。研究结果表明，供试10个麻疯树居群叶绿体基因流（Nm 3.058 5）处于较高水平，表明不同居群间基因交流畅通。这可能与麻疯树生物学特性有关，麻疯树为兼性异花传粉植物[33]，在居群水平上，数十朵乃至上百朵花组成的花序和明显的香味有助于访花者的识别和行为反应，以增强对昆虫的吸引力[34]；麻疯树花期长，可保证花粉的供应，花粉生活力较高，昆虫重复拜访可增加柱头的授粉机会。此外，麻疯树访花昆虫类群较复杂，迄今为止，至少统计出5个目、共20个科的35种访花昆虫[24]。其中，以蜂类、蝶类、蝇类等昆虫为主[28]，其活动范围和活动频率较大，促进了麻疯树居群间基因流的发生。作为基因流发生的又一形式——种子，由于麻疯树种子较大，有毒性，鸟禽不食，富含油脂容易腐烂等诸多因素的影响，动物、水力、风力搬运繁殖数量甚微，不利于远距离传播有关，在麻疯树基因流发生中所起的作用较小。因此，花粉传播是麻疯树基因流发生的主要形式。

3.4 麻疯树居群遗传距离和UPGMA聚类分析

麻疯树10个居群的遗传一致度0.812 7～0.979 8；遗传距离0.020 4～0.207 3，这与沈俊岭等[11]研究结论一致。表明这10个居群间的相似程度较高，遗传距离较小，亲缘关系较近。其原因可能在于，不同地区种源间有着频繁的基因交流，致使麻疯树各居群整体上保持较高的遗传相似度。此外，10个麻疯树居群间遗传距离与地理距离相关性不显著，表明居群间遗传分化不符合距离隔离模式。UPGMA聚类结果显示，10个麻疯树居群大致聚为2大类，即SCJH居群和SCHPZ居群为一类；SCHL居群、SCHD居群、SCLB居群、YNSB居群、YNFY居群、YNPR居群、XSBN居群和YNLS居群聚为一类，说明四川的这3个居群与云南麻疯树居群亲缘关系较近，可能与四川会理、会东、雷波麻疯树居群源自云南有一定关系；YNSB居群与其他4个云南居群聚在了2个不同的分支，说明YNSB居群与云南其他居群关系相对较远，这可能与双柏的地理环境和气候因素有关，双柏地处滇中腹地，哀牢山脉以东，金沙江与红河系分水岭南侧，具有典型的干热河谷气候特征，此外，供试的10个麻疯树居群中，YNSB麻疯树居群海拔最高。其独特的地理环境和气候条件使YNSB麻疯树居群与云南其他4个麻疯树居群分为2个不同的支。

4 结论

综上，供试10个麻疯树种群的遗传多样性水平参数分别为P 76.28%，A 1.984，H 0.402 0，Gst 0.080 2，Nei′s基因多样性指数He 0.402 0，Shannon信息多样性指数I 0.576 7，有效等位基因数（Ae）1.713 6，基因分化系数（Gst） 0.080 2，AMOVA分析得出91.02%的遗传变异来源于居群内，居群间的遗传变异为8.98%，表明10个麻疯树居群遗传多样性较高，居群内的遗传变异是麻疯树总变异的主要来源，居群内个体间杂合程度较高；10个麻疯树居群间的相似程度较高，遗传距离较小，亲缘关系较近。居群间遗传距离变幅较大，表明其遗传背景越复杂，这为麻疯树优良品种的选育提供了良好的基础。其中，SCHPZ居群与YNLS居群遗传距离相对较远，在进行杂交育种时有可能产生性状优良的个体。研究还得出，麻疯树各居群遗传多样性由低到高依次为YNLS居群

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