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锁阳ITS序列遗传多样性分析

本站小编 Free考研考试/2022-01-01

任梦云1,2, 杜乐山1, 陈彦君1,2, 张盾2, 沈奇2, 关潇1,*,, 张银东2,*,
1中国环境科学研究院, 北京 100012
2海南大学热带农林学院, 海口 570228
Ren Mengyun1,2, Du Leshan1, Chen Yanjun1,2, Zhang Dun2, Shen Qi2, Guan Xiao1,*,, Zhang Yindong2,*,
1Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China
2College of Tropical Agriculture and Forestry, Hainan University, Haikou 570228, China
引用本文
任梦云, 杜乐山, 陈彦君, 张盾, 沈奇, 关潇, 张银东. 锁阳ITS序列遗传多样性分析. 植物学报, 2018, 53(3): 313-321

贡献者
* 通讯作者。E-mail: cynthia815@126.com; 23300558@163.com
接受日期:2017-10-18接受日期:2018-04-30网络出版日期:2018-05-20
-->Copyright
2018《植物学报》编辑部

Contributors
* Author for correspondence. E-mail: cynthia815@126.com; 23300558@163.com

History
Received:Accepted:Online:





摘要:为阐明锁阳(Cynomorium songaricum)的遗传结构与遗传多样性, 以甘肃省河西走廊地区及青海省共18个居群的188个锁阳个体为研究对象, 利用现代分子生物学技术, 采用序列分析方法从核-质基因方面对遗传结构进行了分析。结果显示, 锁阳ITS序列总长度为687 bp, 含有7个变异位点, 定义9个单倍型, 整体单倍型多态性Hd=0.294 20, 核苷酸多样性π=0.000 49。在整个单倍型网络中介图中, 单倍型H1位于中心位置, 并在所有的居群中均有分布, 为核心的古老单倍型。分子方差分析结果显示, 锁阳种群变异主要来源于种群内。根据ITS序列得到的群体间遗传分化系数以及Mantel检验结果, 锁阳种群间的遗传距离与地理距离之间不存在相关性, 表明现存的锁阳居群是相对近期发生生境片段化的产物。中性检验结果表明, 锁阳拒绝中性进化, 群体历经扩张或者基因座位受到负选择作用, 其中性零假说不能被排除。该研究为锁阳的系统分类、资源鉴定以及保护措施的制定提供了分子证据。
关键词: 锁阳 ; ITS ; 遗传多样性 ; 中性假说

Abstract: To elucidate the genetic structure and genetic diversity of Cynomorium songaricum, modern molecular biology techniques at the DNA level were used to study the genetic structure of 188 C. songaricum individuals from 18 wild populations in the Hexi Corridor Region of Gansu and Qinghai. After alignment, all amplified sequence lengths were 687 bp. The 687 bp ITS sequence detected 7 mutation sites in 188 individuals, defining 9 haplotypes. Processing these 9 haplotype sequences led to a data matrix for calculating the haplotype diversity (Hd=0.294 20) and nucleotide diversity (π=0.000 49). In the haplotype network map, H1 is located in the center and distributed in all populations, and is the ancient and core haplotype. AMOVA revealed that the variation in C. songaricum mainly occurs in populations. According to the genetic differentiation coefficient and Mantel test of ITS sequences, we found no significant relation between genetic and geographic distances, so the current distribution of C. songaricum represents the fragmentation product in recent time. Detection of historical expansion of populations showed that the Tajima’s D test rejected a neutral mutation evolution, and the population expansion history or gene locus is under negative selection pressure, so the null hypothesis cannot be ruled out. Our study provides molecular evidence for the classification system, identification and protection measures of C. songaricum.

Key words: Cynomorium songaricum ; ITS ; genetic diversity ; neutral hypothesis


锁阳(Cynomorium songaricum)为锁阳科(Cyno- moriaceae)锁阳属(Cynomorium)多年生肉质寄生草本植物, 全株无叶绿素并呈现红棕色, 多寄生于蒺藜科(Zygophyllaceae)白刺属(Nitraria)植物的根部(中国科学院中国植物志编辑委员会, 2000)。锁阳能补肾、益精、润燥, 是我国常见的中药和蒙药(Liu et al., 2013; 岳鑫等, 2013), 与肉苁蓉(Cistanche deserticola)并称为“沙漠人参”, 其能促进人体新陈代谢, 增强免疫调节能力, 具有耐缺氧、防癌、抗疲劳、预防心血管疾病和抗衰老, 以及抗应激和清除自由基等作用。锁阳为我国原生种, 天然分布于我国西北部的荒漠及半荒漠地区, 如甘肃、内蒙古、青海和新疆等地, 尤以甘肃河西走廊出产的锁阳品质最好(陈叶等, 2013)。但近年来, 随着国内市场需求量的不断增加, 乱挖滥采导致锁阳的原生生境几乎丧失殆尽, 加之当地生态环境的不断恶化, 锁阳已被列为世界濒危保护植物(郝媛媛等, 2012)。

谱系地理学被认为是研究种内或近缘种间的地理分布格局原理和演化过程的新兴交叉学科, 是联系种群生物学和系统发育生物学之间的重要手段(Avise, 2000)。随着现代分子生物学技术的发展, 对特定的DNA序列进行PCR扩增, 对扩增产物直接测序已成为植物谱系地理学研究的一种主要技术手段。基因序列的多态性直接显示产生差异的位点, 为物种分类和起源进化研究提供了更直接的参考依据。

核糖体DNA内转录间隔区(internal transcribed spacer, ITS)位于18S和26S rRNA基因之间, 被5.8S rRNA基因分为ITS1和ITS2两段(黄建峰等, 2016)。ITS序列一般以高度串联重复的方式分布在高等植物的基因组中, 具有高度变异及序列保守性。ITS序列的变异速率高, 且在不同物种之间其变化速率也有差异, 为植物分类鉴定以及遗传多样性研究提供了更加丰富的变异位点和信息位点。因此, ITS序列不仅用于研究物种间的系统发育关系, 也用于分析种属单位下居群间的遗传多样性(Cooke and Duncan, 1997; 李洪芹等, 2015)。被子植物中大多数科属ITS序列的种间差异为1.2%-10.2%, 属间差异一般介于9.6%- 28.8%之间(李学营等, 2005)。ITS序列因其高变异性及序列长度的保守性已经成为研究被子植物门的一种重要的分子标记并用于多个方面的研究。(1) 计算遗传距离。遗传距离包括种间和种内距离, 一般情况下, 种间距离采用Pairwise uncorrected p-distance (Newmaster et al., 2008)或Kimura-2-parameter distance (K2P) (Lahaye et al., 2008)两种模型计算; 而种内距离多采用K2P距离、平均θ值和平均溯祖度3种参数来表征(Lahaye et al., 2008)。(2) 系统学分析。采用多种分子系统学方法(如NJ、UPGMA、MP和ML)构建对应的系统树(宁淑萍等, 2008), 通过检验每个物种的单系性来判断其系统进化关系, 即观察来自同一物种的不同个体能否紧密地聚类到一支。(3) 药材品种的鉴定。利用ITS序列分析同属或其它混淆伪品的变异, 在NCBI数据库中获得所需ITS序列, 排列后利用中药材DNA条形码鉴定并构建Paup系统树, 通过碱基比对和系统树的构建, 分析待测样种间差异, 并用于药用植物和中药材品种鉴定(Hou et al., 2013a, 2013b)。(4) 遗传多样性以及物种分类鉴定等。

近年来, 国内外****已利用DNA分子标记等方法对锁阳的遗传多样性和系统发育关系进行了探讨。例如, 利用ISSR分子标记技术分析16个居群锁阳的遗传多样性(陈贵林等, 2011); 利用线粒体相关基因、核基因以及叶绿体相关基因等验证锁阳的系统发育地位(Nickrent et al., 2005; Barkman et al., 2007; Zhang et al., 2009)。但鲜见利用核基因序列来探讨中国西北地区锁阳属种群谱系地理学的相关报道。本研究对来自18个居群的188个锁阳样本进行ITS序列分析, 揭示锁阳的遗传结构与遗传多样性, 进一步阐明不同地理区域对锁阳系统发育的影响, 以期为中国的锁阳谱系地理学研究提供更为丰富的资料, 同时为锁阳的资源保护和开发利用提供分子证据。

1 材料与方法1.1 实验材料及DNA提取于2016年5-6月在甘肃省河西走廊地区及青海等地采集锁阳(Cynomorium songaricum Rupr.)样品。样地分布信息详见表1。样品均为自然居群, 并经内蒙古大学赵利清教授鉴定为锁阳。每个样地采集4-15个锁阳样本, 单株样品间的间距大于50 m。锁阳样本快递寄回实验室后, 将鲜样直接置于-20°C冰箱, 用于植物DNA的提取。记录样品编号、采集地点、经纬度和海拔等地理信息。
表1
Table 1
表1
表1 18个锁阳居群样地分布信息 Table 1 Location of 18 populations of Cynomorium songaricum
Sample No.LocationLongitude E (°)Latitude N (°)Height (m)Number
R1Zhangye, Gansu102.52236.822180311
R2Minqin, Gansu100.77239.223137017
R3Jinchang, Gansu102.5438.4414667
R4Sandan, Gansu101.11838.897202010
R5Gaotai, Gansu99.08639.787133911
R6Sunan, Gansu99.17639.604139510
R7Sunan, Gansu99.47439.445139112
R8Jiuquan, Gansu98.5540.312324
R9Yumen, Gansu97.19640.516139510
R10Guazhou, Gansu95.58540.212134311
R11Dunhuang, Gansu94.58340.368103311
R12Subei, Gansu96.61939.397235510
R13Delingha, Qinghai97.33437.206278011
R14Geermu, Qinghai92.83936.70127907
R15Dulan, Qinghai98.16436.476297212
R16Wulan, Qinghai98.62236.458291712
R17Gonghe, Qinghai100.18336.446290411
R18Guide, Qinghai101.63936.219238911


表1
18个锁阳居群样地分布信息
Table 1
Location of 18 populations of Cynomorium songaricum


本研究选用北京百泰克生物技术有限公司提供的试剂盒(Cat No.DP3113)进行锁阳植物基因组DNA的提取。PCR引物由上海生物工程有限公司合成。

1.2 ITS引物及扩增测序利用通用引物T4 (5′-GGAAGTAAAAGTCGTAACA- AGG-3′)和T5 (5′-TCCTCCTCCGCTTATTGATATG- C-3′) (李金博等, 2016)进行PCR扩增。PCR反应体系: 总体积50 μL, 包括20 ng∙µL-1 DNA模板2 µL, 10 µmol∙L-1前、后引物各1 µL, PCR Master Mix (含染料) 25 µL, 以ddH2O定容至50 µL。PCR反应程序: 94°C预变性5分钟; 94°C变性30秒, Tm值温度退火30秒, 72°C延伸1分钟, 35个循环; 72°C终延伸10分钟。4°C保存。
基于上述PCR扩增体系和程序进行批量扩增, 然后吸取3 µL PCR扩增产物进行凝胶电泳验证。将检测结果符合标准的PCR产物送至生工生物工程(上海)股份有限公司进行测序。将每个样本的ITS序列进行双向测序, 对测序结果进行拼接。检查反馈的测序结果, 如果质量不佳或出现双峰现象, 则重新扩增测序。

1.3 数据分析1.3.1 单倍型多态性检测
用BioEdit软件(Hall, 1999) (http://www.mbio.ncsu. edu/bioedit/page2.html)对序列进行对位排列, 并加以手工校对。用MEGA7.0软件(http://www.megasoft- ware.net/) (Kumar et al., 2016)统计序列的碱基组成。用DnaSP 5.0软件(Librado and Rozas, 2009) (http://www2.ub.es/dnasp/download.html)统计多态性位点和信息位点, 确定DNA单倍型并计算单倍型多态性(Hd)、核苷酸多样性指数(π)、群体间遗传分化指数(GST)和基因流(Nm)。
1.3.2 群体遗传结构
为了探明锁阳居群间的关系, 利用NETWORK Version 5.0软件(http://www.fluxus-engineering.com/ sharenet.htm)构建锁阳核糖体DNA单倍型的中央连接网状图(Bandelt et al., 1999)。利用Paup 4.0b10软件(Swafford, 2002), 以花菱草(Eschscholzia californica)、美国蜡梅(Calycanthus floridus)和一球悬铃木(Platanus occidentalis)为外类群, 构建核糖体基因序列系统发育树。采用启发式搜索(heuristic search), 序列随机逐步添加的方式重复10 000次, 分支交换采用TBR。
将所有核糖体DNA序列整理比对后, 利用Per- mut软件计算锁阳居群间的种群遗传分化系数GSTNST (1 000次随机置换检验), 从而检验锁阳居群间是否存在明显的谱系地理结构。如果NST>GST (P<0.05), 则认为锁阳居群间具有明显的谱系地理结构(Pons and Petit,1996)。此外, 应用ARLEQUIN Version 3.1.1软件(Excoffier et al., 2007)对锁阳居群进行分子变异(analysis of molecular variance, AMOVA) (Excoffier et al., 1992, 2004)分析, 统计计算群体内及群体间的变异方差分布及群体间遗传分化系数(FST)。用失配分布分析(mismatch distribution analy- sis)检验锁阳居群是否发生扩张行为。
1.3.3 中性检验和种群动态分析
利用DnaSP Version 5.0软件计算锁阳在核基因座位上的Tajima’s D值, 用于验证锁阳的进化是否已偏离中性模型。
种群大小平衡群体配对差异的频率分布图因其高复杂性的基因谱系, 形状呈现多峰; 与之相反, 历经近期种群扩张或受到来自邻近地区同类群的迁入而分布范围扩张的群体, 其配对差异频率分布图通常呈现单峰(Slatkin and Hudson, 1991; Rogers and Harpending, 1992; Excoffier, 2004)。

2 结果与讨论2.1 核糖体ITS序列变异及单倍型多样性将所有居群样本的ITS序列比对后, 得到的序列总长度为687 bp, 共含有7个变异位点, 定义9个单倍型(H1-H9)。我们检测到锁阳整体的单倍型多态性Hd= 0.294 20, 核苷酸多样性指数π=0.000 49, 群体间遗传分化指数GST=0.472 15, 基因流Nm=0.54。各单倍型之间的位点差异见表2。从种群水平来看, 种群R8单倍型多样性最高(Hd=0.607 14), 有3种单倍型; R3和R4次之(Hd=0.439 56/0.426 32), 分别有2种和3种单倍型。H1为所有居群共有单倍型, R1和R6除共有的单倍型H1外, 另有各自特有的单倍型(表3)。
表2
Table 2
表2
表2 锁阳核糖体ITS序列的单倍型多态性位点 Table 2 Variable sites of ITS sequence haplotypes of Cynomorium songaricum
HaplotypeVariable sitesAbundance
6386197274421605623
H1GGGTGCG143
H2AGGTGCT3
H3GAGTGCG1
H4GAGTGGG2
H5AGGTGCG26
H6GGATGCG5
H7GGAGGCG1
H8GGGTGGG4
H9GGGTACG3


表2
锁阳核糖体ITS序列的单倍型多态性位点
Table 2
Variable sites of ITS sequence haplotypes of Cynomorium songaricum


表3
Table 3
表3
表3 锁阳18个居群的单倍型遗传多样性组成 Table 3 Haplotype diversity and composition of Cynomorium songaricum from18 populations
Population codeSamplesHaptotypesHd
R111H1, H2, H3, H40.25974
R217H1, H5, H60.11586
R37H1, H50.43956
R410H1, H2, H50.42632
R511H1, H60.24675
R610H1, H7, H80.19474
R712H1, H50.08333
R84H1, H5, H90.60714
R910H1, H80.10000
R1011H1, H5, H80.17749
R1111H1, H4, H60.17749
R1210H10
R1311H10
R147H1, H60.14286
R1512H1, H90.08333
R1612H1, H90.08333
R1711H1, H80.09091
R1811H10
Total1880.29420
Hd: 单倍型多态性
Hd: Haplotype diversity


表3
锁阳18个居群的单倍型遗传多样性组成
Table 3
Haplotype diversity and composition of Cynomorium songaricum from18 populations



2.2 nrDNA单倍型之间的亲缘关系利用Paup 4.0中的最大简约法(MP)、最大似然法(ML)及贝叶斯(Bayes)法分别对单倍型进行分析, 以花菱草、美国蜡梅和一球悬铃木为外类群, Gap作为缺失状态, 使用启发式(heuristic)搜索建树, 利用自展法(bootstrap)进行重抽样检验, 自展重复次数设定为 1 000。结果显示, 3种方法构建的进化树基本一致。MP进化树中, 系统进化信息由一致性指数(consisten- cy index, CI)、保持性指数(retention index, RI)和恢复性指数(rescaled consistency index, RCI)组成。在进化树的构建过程中, 锁阳属的类群被划分为2支, 分支I仅包含单倍型H8; 分支II包含其它8种单倍型(图1)。
图1https://www.chinbullbotany.com/article/2018/1674-3466/1674-3466-53-3-313/img_1.png<b>图1</b> 基于锁阳ITS序列的严格一致性树<br/>步长=784, CI=0.949 0, RI=0.911 7, RCI=0.865 2。分支上的数字分别代表MP/ML/BI的支持率。<br/><b>Figure 1</b> Strict consensus tree based on the ITS sequence of <i>Cynomorium songaricum<br/></i>Length=784, CI=0.949 0, RI=0.911 7, RCI=0.865 2. The num- bers on the branch represent the support rate of MP/ML/BI, respectively.
Figure 1https://www.chinbullbotany.com/article/2018/1674-3466/1674-3466-53-3-313/img_1.png<b>图1</b> 基于锁阳ITS序列的严格一致性树<br/>步长=784, CI=0.949 0, RI=0.911 7, RCI=0.865 2。分支上的数字分别代表MP/ML/BI的支持率。<br/><b>Figure 1</b> Strict consensus tree based on the ITS sequence of <i>Cynomorium songaricum<br/></i>Length=784, CI=0.949 0, RI=0.911 7, RCI=0.865 2. The num- bers on the branch represent the support rate of MP/ML/BI, respectively.


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图1
基于锁阳ITS序列的严格一致性树
步长=784, CI=0.949 0, RI=0.911 7, RCI=0.865 2。分支上的数字分别代表MP/ML/BI的支持率。
Figure 1
Strict consensus tree based on the ITS sequence of Cynomorium songaricum
Length=784, CI=0.949 0, RI=0.911 7, RCI=0.865 2. The num- bers on the branch represent the support rate of MP/ML/BI, respectively.


在18个居群中, ITS片段共出现7个变异位点, 9种单倍型。基于9种单倍型构建的不同地区网络分布图呈现星状结构(图2)。在不同地区, H1是共有单倍型。H7是R6特有单倍型, H2是R1和R4共有单倍型, H4是R1和R11共有单倍型。特有单倍型类群均来源于H1单倍型, 构成了西北地区特有的锁阳单倍型地理谱系结构。因此, 我们推测H1可能是锁阳属类群在中国西北地区的古老单倍型。总体来看, 单倍型分布的主要规律包括以下2种形式: (1) 所有种群共享某一种单倍型(H1); (2) 部分种群具有自己的特有单倍型。
图2https://www.chinbullbotany.com/article/2018/1674-3466/1674-3466-53-3-313/img_2.png<b>图2</b> 锁阳18个居群基于ITS序列的单倍型网络图<br/>圆圈的大小与单倍型的相对频率成正比; 不同颜色代表锁阳属不同种群。<br/><b>Figure 2</b> Haplotype network based on ITS sequence of <i>Cynomorium songaricum</i> from 18 populations<br/>The size of circles are proportional to the relative frequency of the haplotype; Different colors represent different populations of <i>Cynomorium songaricum.</i>
Figure 2https://www.chinbullbotany.com/article/2018/1674-3466/1674-3466-53-3-313/img_2.png<b>图2</b> 锁阳18个居群基于ITS序列的单倍型网络图<br/>圆圈的大小与单倍型的相对频率成正比; 不同颜色代表锁阳属不同种群。<br/><b>Figure 2</b> Haplotype network based on ITS sequence of <i>Cynomorium songaricum</i> from 18 populations<br/>The size of circles are proportional to the relative frequency of the haplotype; Different colors represent different populations of <i>Cynomorium songaricum.</i>


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图2
锁阳18个居群基于ITS序列的单倍型网络图
圆圈的大小与单倍型的相对频率成正比; 不同颜色代表锁阳属不同种群。
Figure 2
Haplotype network based on ITS sequence of Cynomorium songaricum from 18 populations
The size of circles are proportional to the relative frequency of the haplotype; Different colors represent different populations of Cynomorium songaricum.



2.3 居群的遗传结构基于ITS序列, 通过Permut软件计算锁阳种群间基因多样性(HS)、总遗传多样性(HT)以及种群间遗传分化系数(GSTNST)。结果显示, 锁阳属自然居群总遗传多样性HT=0.277 (0.082 0), 高于种群间遗传多样性HS=0.179 (0.039 0), 表明种群间基因交流较少。根据ITS序列得到的群体间的遗传分化系数NST=0.408 (0.203 8), 略大于GST=0.353 (0.191 4), 表明种群不存在明显的谱系地理结构(表4)。Mantel检验分析结果表明, 锁阳属种群间的遗传距离与地理距离无显著相关性(R=0.001 62, P=0.388>0.05), 不符合IBD模型。
AMOVA分子方差分析揭示了锁阳属的种群变异主要来源于种群内, 群体间的遗传差异(44.57%)略低于种群内的遗传差异(55.43%), 群体间差异达极显著水平(FST=0.445 66, P<0.001) (表5)。
表4
Table 4
表4
表4 锁阳种群遗传结构参数 Table 4 Genetic structural parameters of Cynomorium songaricum
SequenceHS (SE)HT (SE)GST (SE)NST (SE)
ITS0.179 (0.0390)0.277 (0.0820)0.353 (0.1914)0.408 (0.2038)
HS: 基因多样性; HT: 总遗传多样性; GST, NST: 遗传分化系数
HS: Gene diversity; HT: Genetic diversity; GST, NST: Genetic differentiation coefficients


表4
锁阳种群遗传结构参数
Table 4
Genetic structural parameters of Cynomorium songaricum


表5
Table 5
表5
表5 锁阳核糖体基因单倍型分子方差分析 Table 5 Analysis of molecular variance for ribosome haplotypes of Cynomorium songaricum
Source of variationdfSum of squaresVariance componentsPercentageFSTP
Among populations1728.8330.07689 Va44.570.44566<0.001*
Within populations35834.2390.09564 Vb55.43
Total37563.0720.17253
FST: 遗传分化系数; * 差异极显著
FST: Fixation index-statistics; * Extremely significant difference


表5
锁阳核糖体基因单倍型分子方差分析
Table 5
Analysis of molecular variance for ribosome haplotypes of Cynomorium songaricum



2.4 基于ITS序列的中性检验与失配分析为检验锁阳属整体分布区和不同种群是否发生扩张, 我们基于ITS序列对不同地区锁阳种群分布进行中性检测。结果表明, 整体数据显示Tajima’s D=-1.354 78 (不显著), Fu and Li’s D*和F*的中性检验值分别为0.079 80和-0.518 47 (不显著), 表明锁阳属拒绝中性进化, 群体历经扩张或者基因座位受到负选择作用, 其中性零假说不能被排除。同时对各种群进行中 性检验后发现, 除R1、R6和R11 (0.05<P<0.10)外, 其它种群的Tajima’s D值均不显著。利用DnaSP软件进行失配分析, 结果显示, 总体种群的失配分布曲线出现单峰, R1、R2、R6、R8和R11种群的失配分布曲线出现双峰(图3)。绝大多数种群的失配分布曲线呈现单峰, 但对这些种群进行中性检验, 均不显著。
图3https://www.chinbullbotany.com/article/2018/1674-3466/1674-3466-53-3-313/img_3.png<b>图3</b> 基于ITS序列的锁阳种群失配分析<br/>柱形代表变异位点在群体扩张模型下的预期分布; 虚线代表变异位点的实际分布。<br/><b>Figure 3</b> Mismatch distribution analysis for the populations of <i>Cynomorium songaricum</i> based on ITS sequence<br/>Cylindricality represents the expected distribution of variation sites under the population expansion model; dotted line represents the actual distribution of variation sites.
Figure 3https://www.chinbullbotany.com/article/2018/1674-3466/1674-3466-53-3-313/img_3.png<b>图3</b> 基于ITS序列的锁阳种群失配分析<br/>柱形代表变异位点在群体扩张模型下的预期分布; 虚线代表变异位点的实际分布。<br/><b>Figure 3</b> Mismatch distribution analysis for the populations of <i>Cynomorium songaricum</i> based on ITS sequence<br/>Cylindricality represents the expected distribution of variation sites under the population expansion model; dotted line represents the actual distribution of variation sites.


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图3
基于ITS序列的锁阳种群失配分析
柱形代表变异位点在群体扩张模型下的预期分布; 虚线代表变异位点的实际分布。
Figure 3
Mismatch distribution analysis for the populations of Cynomorium songaricum based on ITS sequence
Cylindricality represents the expected distribution of variation sites under the population expansion model; dotted line represents the actual distribution of variation sites.



2.5 讨论植物在长期的迁移演化过程中, 为适应不同生境形成了不同的地理生态类群, 类群之间会产生一定的遗传分化, 通过对品种间遗传关系的分析可为人工繁育和资源保护奠定理论基础(宋宇婷等, 2011)。ITS基因属于核基因序列, 为多拷贝片段, 其进化速率较快, 多态性位点较丰富, 属内或种间的ITS1/ITS2序列变异可以直接揭示物种复杂的进化史(Song et al., 2012)。本研究利用ITS序列对锁阳属18个居群188个样本进行遗传多样性检测及分析, 结果表明, 锁阳属植物的遗传多样性较低, 整体单倍型多态性Hd=0.294 20, 核苷酸多样性π=0.000 49, 总遗传多样性HT=0.277。本研究利用ITS序列检测锁阳种群结构, 结果表明不同种群结构之间差异不显著(GST=0.353, NST=0.408, P>0.05)。而进一步的分子方差分析结果表明, 锁阳属种群变异主要来源于种群内(55.43%)。可能的原因首先在于其独特的生物学特性, 即锁阳花序上的鳞片较厚, 种子不能突破鳞片落地生长, 也不能通过风媒等方式进行传播; 其次, 锁阳种子主要靠锁阳虫蛀空其内部, 并通过空心的柱体落到其寄主白刺(Nitraria sibirica)或骆驼蓬(Peganum harmala)的根部进行传播; 第三, 锁阳的遗传多样性与其自身的宿主及居群生境存在直接或间接关系。上述原因决定了锁阳大多聚集分布, 居群内交流大于居群间交流, 进而导致种群间遗传多样性较低, 种群变异主要来自种群内。
由于锁阳属植物的繁殖方式主要来源于种子的传播与寄生, 因此具有双亲遗传特征的核基因序列更能全面揭示该物种的地理分布格局。本研究利用ITS序列对锁阳属居群进行遗传多样性及结构检测, 结果显示锁阳属植物不具有明显的地理谱系结构。地理隔离对锁阳种群的遗传多样性影响不大, 不同谱系占据着不同的地理区域, 锁阳种群在有些地理区域拥有自己独特的单倍型结构。从单倍型一致树及单倍型网络图中可知, H1占据网络结构的中心位置(图2), 因此我们推测H1为锁阳属植物的祖先单倍型, 这种单倍型在西北地区广泛分布, 并占有主导地位, 可能是锁阳属植物的古老单倍型。
根据目前的植物地理谱系结构学研究进程, 对于某种群是否发生扩张的检测方法主要是基于中性检验和失配分析来进行推算与估计(Cibrián-Jaramillo et al., 2009; Cosacov et al., 2013)。本研究利用Tajima’s D值检验所有种群, 结果表明, 整体水平上Tajima’s D=-1.354 78 (P>0.10), 说明中性零假说不能被排除。从地区水平上来看, R1、R6和R11 (0.05< P<0.10)表现为弱显著性, 而其它种群的Tajima’s D值均不显著。但进一步从失配分析曲线来看, R1、R2、R6、R8和R11种群的失配分布曲线出现双峰, 表明这些地区未曾出现明显扩张。总体种群失配分布曲线出现单峰, 说明锁阳在地区水平上历经群体的近期扩张。绝大多数种群的失配分布曲线也呈现单峰, 但对此种群进行中性检验, 均表现不显著。由于R1、R6和R11表现为弱显著性(0.05<P<0.10), 因此这些地区是否经历扩张仍待进一步研究。另外, 鉴于锁阳的重要性及濒危程度, 有必要在本研究的基础上, 增选其它地区的样本充实研究数据, 为锁阳的保护与利用提供基础材料。

3 结论本研究利用ITS序列对中国西北地区锁阳的谱系地理学和遗传多样性进行研究, 结果表明, 锁阳ITS序列总长度为687 bp, 18个居群188个锁阳个体的ITS序列共含有7个变异位点, 定义9个单倍型(H1-H9)。锁阳整体的单倍型多态性Hd=0.294 20, 核苷酸多样性π=0.000 49。从种群水平来看, 单倍型多样性最高的种群是R8, Hd=0.607 14, 有3种单倍型, H1为共有单倍型。最大简约法分析结果显示, 锁阳属类群可划分为2支, 分支I仅包含单倍型H8, 分支II包含其它8种单倍型。锁阳属自然居群总遗传多样性高于种群间遗传多样性, 这表明其种群间基因交流较少。ITS序列得到的群体间遗传分化系数NST略大于GST (不显著), 表明种群不存在明显的谱系地理结构。Mantel检测结果进一步表明, 锁阳属种群间的遗传距离与地理距离无显著相关性, 不符合IBD模型, 表明现存的锁阳居 群可能是近期生境片段化的产物。分子方差分析揭示锁阳属的种群变异主要来源于种群内, 群体间的遗传差异略低于种群内, 群体间的差异达显著水平。中性检测结果表明, 锁阳属拒绝中性进化, 群体历经扩张 或者基因座位受到负选择作用, 其中性零假说不能被排除。

The authors have declared that no competing interests exist.

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锁阳愈伤组织体系的建立及遗传多样性研究
1
2011

... 近年来, 国内外****已利用DNA分子标记等方法对锁阳的遗传多样性和系统发育关系进行了探讨.例如, 利用ISSR分子标记技术分析16个居群锁阳的遗传多样性(陈贵林等, 2011); 利用线粒体相关基因、核基因以及叶绿体相关基因等验证锁阳的系统发育地位(Nickrent et al., 2005; Barkman et al., 2007; Zhang et al., 2009).但鲜见利用核基因序列来探讨中国西北地区锁阳属种群谱系地理学的相关报道.本研究对来自18个居群的188个锁阳样本进行ITS序列分析, 揭示锁阳的遗传结构与遗传多样性, 进一步阐明不同地理区域对锁阳系统发育的影响, 以期为中国的锁阳谱系地理学研究提供更为丰富的资料, 同时为锁阳的资源保护和开发利用提供分子证据. ...

甘肃河西走廊道地药材锁阳的分布和利用
1
2013

... 锁阳(Cynomorium songaricum)为锁阳科(Cyno- moriaceae)锁阳属(Cynomorium)多年生肉质寄生草本植物, 全株无叶绿素并呈现红棕色, 多寄生于蒺藜科(Zygophyllaceae)白刺属(Nitraria)植物的根部(中国科学院中国植物志编辑委员会, 2000).锁阳能补肾、益精、润燥, 是我国常见的中药和蒙药(Liu et al., 2013; 岳鑫等, 2013), 与肉苁蓉(Cistanche deserticola)并称为“沙漠人参”, 其能促进人体新陈代谢, 增强免疫调节能力, 具有耐缺氧、防癌、抗疲劳、预防心血管疾病和抗衰老, 以及抗应激和清除自由基等作用.锁阳为我国原生种, 天然分布于我国西北部的荒漠及半荒漠地区, 如甘肃、内蒙古、青海和新疆等地, 尤以甘肃河西走廊出产的锁阳品质最好(陈叶等, 2013).但近年来, 随着国内市场需求量的不断增加, 乱挖滥采导致锁阳的原生生境几乎丧失殆尽, 加之当地生态环境的不断恶化, 锁阳已被列为世界濒危保护植物(郝媛媛等, 2012). ...

“沙漠人参”肉苁蓉和锁阳研究进展
1
2012

... 锁阳(Cynomorium songaricum)为锁阳科(Cyno- moriaceae)锁阳属(Cynomorium)多年生肉质寄生草本植物, 全株无叶绿素并呈现红棕色, 多寄生于蒺藜科(Zygophyllaceae)白刺属(Nitraria)植物的根部(中国科学院中国植物志编辑委员会, 2000).锁阳能补肾、益精、润燥, 是我国常见的中药和蒙药(Liu et al., 2013; 岳鑫等, 2013), 与肉苁蓉(Cistanche deserticola)并称为“沙漠人参”, 其能促进人体新陈代谢, 增强免疫调节能力, 具有耐缺氧、防癌、抗疲劳、预防心血管疾病和抗衰老, 以及抗应激和清除自由基等作用.锁阳为我国原生种, 天然分布于我国西北部的荒漠及半荒漠地区, 如甘肃、内蒙古、青海和新疆等地, 尤以甘肃河西走廊出产的锁阳品质最好(陈叶等, 2013).但近年来, 随着国内市场需求量的不断增加, 乱挖滥采导致锁阳的原生生境几乎丧失殆尽, 加之当地生态环境的不断恶化, 锁阳已被列为世界濒危保护植物(郝媛媛等, 2012). ...

樟属植物ITS序列多态性分析
1
2016

... 核糖体DNA内转录间隔区(internal transcribed spacer, ITS)位于18S和26S rRNA基因之间, 被5.8S rRNA基因分为ITS1和ITS2两段(黄建峰等, 2016).ITS序列一般以高度串联重复的方式分布在高等植物的基因组中, 具有高度变异及序列保守性.ITS序列的变异速率高, 且在不同物种之间其变化速率也有差异, 为植物分类鉴定以及遗传多样性研究提供了更加丰富的变异位点和信息位点.因此, ITS序列不仅用于研究物种间的系统发育关系, 也用于分析种属单位下居群间的遗传多样性(Cooke and Duncan, 1997; 李洪芹等, 2015).被子植物中大多数科属ITS序列的种间差异为1.2%-10.2%, 属间差异一般介于9.6%- 28.8%之间(李学营等, 2005).ITS序列因其高变异性及序列长度的保守性已经成为研究被子植物门的一种重要的分子标记并用于多个方面的研究.(1) 计算遗传距离.遗传距离包括种间和种内距离, 一般情况下, 种间距离采用Pairwise uncorrected p-distance (Newmaster et al., 2008)或Kimura-2-parameter distance (K2P) (Lahaye et al., 2008)两种模型计算; 而种内距离多采用K2P距离、平均θ值和平均溯祖度3种参数来表征(Lahaye et al., 2008).(2) 系统学分析.采用多种分子系统学方法(如NJ、UPGMA、MP和ML)构建对应的系统树(宁淑萍等, 2008), 通过检验每个物种的单系性来判断其系统进化关系, 即观察来自同一物种的不同个体能否紧密地聚类到一支.(3) 药材品种的鉴定.利用ITS序列分析同属或其它混淆伪品的变异, 在NCBI数据库中获得所需ITS序列, 排列后利用中药材DNA条形码鉴定并构建Paup系统树, 通过碱基比对和系统树的构建, 分析待测样种间差异, 并用于药用植物和中药材品种鉴定(Hou et al., 2013a, 2013b).(4) 遗传多样性以及物种分类鉴定等. ...

山东玫瑰花核糖体rDNA ITS序列分析初步探究
1
2015

... 核糖体DNA内转录间隔区(internal transcribed spacer, ITS)位于18S和26S rRNA基因之间, 被5.8S rRNA基因分为ITS1和ITS2两段(黄建峰等, 2016).ITS序列一般以高度串联重复的方式分布在高等植物的基因组中, 具有高度变异及序列保守性.ITS序列的变异速率高, 且在不同物种之间其变化速率也有差异, 为植物分类鉴定以及遗传多样性研究提供了更加丰富的变异位点和信息位点.因此, ITS序列不仅用于研究物种间的系统发育关系, 也用于分析种属单位下居群间的遗传多样性(Cooke and Duncan, 1997; 李洪芹等, 2015).被子植物中大多数科属ITS序列的种间差异为1.2%-10.2%, 属间差异一般介于9.6%- 28.8%之间(李学营等, 2005).ITS序列因其高变异性及序列长度的保守性已经成为研究被子植物门的一种重要的分子标记并用于多个方面的研究.(1) 计算遗传距离.遗传距离包括种间和种内距离, 一般情况下, 种间距离采用Pairwise uncorrected p-distance (Newmaster et al., 2008)或Kimura-2-parameter distance (K2P) (Lahaye et al., 2008)两种模型计算; 而种内距离多采用K2P距离、平均θ值和平均溯祖度3种参数来表征(Lahaye et al., 2008).(2) 系统学分析.采用多种分子系统学方法(如NJ、UPGMA、MP和ML)构建对应的系统树(宁淑萍等, 2008), 通过检验每个物种的单系性来判断其系统进化关系, 即观察来自同一物种的不同个体能否紧密地聚类到一支.(3) 药材品种的鉴定.利用ITS序列分析同属或其它混淆伪品的变异, 在NCBI数据库中获得所需ITS序列, 排列后利用中药材DNA条形码鉴定并构建Paup系统树, 通过碱基比对和系统树的构建, 分析待测样种间差异, 并用于药用植物和中药材品种鉴定(Hou et al., 2013a, 2013b).(4) 遗传多样性以及物种分类鉴定等. ...

15个白三叶品种的ISSR和ITS遗传多样性分析
1
2016

... 利用通用引物T4 (5′-GGAAGTAAAAGTCGTAACA- AGG-3′)和T5 (5′-TCCTCCTCCGCTTATTGATATG- C-3′) (李金博等, 2016)进行PCR扩增.PCR反应体系: 总体积50 μL, 包括20 ng∙µL-1 DNA模板2 µL, 10 µmol∙L-1前、后引物各1 µL, PCR Master Mix (含染料) 25 µL, 以ddH2O定容至50 µL.PCR反应程序: 94°C预变性5分钟; 94°C变性30秒, Tm值温度退火30秒, 72°C延伸1分钟, 35个循环; 72°C终延伸10分钟.4°C保存. ...

基于核rDNA的ITS序列在种子植物系统发育研究中的应用
1
2005

... 核糖体DNA内转录间隔区(internal transcribed spacer, ITS)位于18S和26S rRNA基因之间, 被5.8S rRNA基因分为ITS1和ITS2两段(黄建峰等, 2016).ITS序列一般以高度串联重复的方式分布在高等植物的基因组中, 具有高度变异及序列保守性.ITS序列的变异速率高, 且在不同物种之间其变化速率也有差异, 为植物分类鉴定以及遗传多样性研究提供了更加丰富的变异位点和信息位点.因此, ITS序列不仅用于研究物种间的系统发育关系, 也用于分析种属单位下居群间的遗传多样性(Cooke and Duncan, 1997; 李洪芹等, 2015).被子植物中大多数科属ITS序列的种间差异为1.2%-10.2%, 属间差异一般介于9.6%- 28.8%之间(李学营等, 2005).ITS序列因其高变异性及序列长度的保守性已经成为研究被子植物门的一种重要的分子标记并用于多个方面的研究.(1) 计算遗传距离.遗传距离包括种间和种内距离, 一般情况下, 种间距离采用Pairwise uncorrected p-distance (Newmaster et al., 2008)或Kimura-2-parameter distance (K2P) (Lahaye et al., 2008)两种模型计算; 而种内距离多采用K2P距离、平均θ值和平均溯祖度3种参数来表征(Lahaye et al., 2008).(2) 系统学分析.采用多种分子系统学方法(如NJ、UPGMA、MP和ML)构建对应的系统树(宁淑萍等, 2008), 通过检验每个物种的单系性来判断其系统进化关系, 即观察来自同一物种的不同个体能否紧密地聚类到一支.(3) 药材品种的鉴定.利用ITS序列分析同属或其它混淆伪品的变异, 在NCBI数据库中获得所需ITS序列, 排列后利用中药材DNA条形码鉴定并构建Paup系统树, 通过碱基比对和系统树的构建, 分析待测样种间差异, 并用于药用植物和中药材品种鉴定(Hou et al., 2013a, 2013b).(4) 遗传多样性以及物种分类鉴定等. ...

植物DNA条形码研究进展
1
2008

... 核糖体DNA内转录间隔区(internal transcribed spacer, ITS)位于18S和26S rRNA基因之间, 被5.8S rRNA基因分为ITS1和ITS2两段(黄建峰等, 2016).ITS序列一般以高度串联重复的方式分布在高等植物的基因组中, 具有高度变异及序列保守性.ITS序列的变异速率高, 且在不同物种之间其变化速率也有差异, 为植物分类鉴定以及遗传多样性研究提供了更加丰富的变异位点和信息位点.因此, ITS序列不仅用于研究物种间的系统发育关系, 也用于分析种属单位下居群间的遗传多样性(Cooke and Duncan, 1997; 李洪芹等, 2015).被子植物中大多数科属ITS序列的种间差异为1.2%-10.2%, 属间差异一般介于9.6%- 28.8%之间(李学营等, 2005).ITS序列因其高变异性及序列长度的保守性已经成为研究被子植物门的一种重要的分子标记并用于多个方面的研究.(1) 计算遗传距离.遗传距离包括种间和种内距离, 一般情况下, 种间距离采用Pairwise uncorrected p-distance (Newmaster et al., 2008)或Kimura-2-parameter distance (K2P) (Lahaye et al., 2008)两种模型计算; 而种内距离多采用K2P距离、平均θ值和平均溯祖度3种参数来表征(Lahaye et al., 2008).(2) 系统学分析.采用多种分子系统学方法(如NJ、UPGMA、MP和ML)构建对应的系统树(宁淑萍等, 2008), 通过检验每个物种的单系性来判断其系统进化关系, 即观察来自同一物种的不同个体能否紧密地聚类到一支.(3) 药材品种的鉴定.利用ITS序列分析同属或其它混淆伪品的变异, 在NCBI数据库中获得所需ITS序列, 排列后利用中药材DNA条形码鉴定并构建Paup系统树, 通过碱基比对和系统树的构建, 分析待测样种间差异, 并用于药用植物和中药材品种鉴定(Hou et al., 2013a, 2013b).(4) 遗传多样性以及物种分类鉴定等. ...

黑龙江、吉林地区松茸ITS序列遗传多样性分析
1
2011

... 植物在长期的迁移演化过程中, 为适应不同生境形成了不同的地理生态类群, 类群之间会产生一定的遗传分化, 通过对品种间遗传关系的分析可为人工繁育和资源保护奠定理论基础(宋宇婷等, 2011).ITS基因属于核基因序列, 为多拷贝片段, 其进化速率较快, 多态性位点较丰富, 属内或种间的ITS1/ITS2序列变异可以直接揭示物种复杂的进化史(Song et al., 2012).本研究利用ITS序列对锁阳属18个居群188个样本进行遗传多样性检测及分析, 结果表明, 锁阳属植物的遗传多样性较低, 整体单倍型多态性Hd=0.294 20, 核苷酸多样性π=0.000 49, 总遗传多样性HT=0.277.本研究利用ITS序列检测锁阳种群结构, 结果表明不同种群结构之间差异不显著(GST=0.353, NST=0.408, P>0.05).而进一步的分子方差分析结果表明, 锁阳属种群变异主要来源于种群内(55.43%).可能的原因首先在于其独特的生物学特性, 即锁阳花序上的鳞片较厚, 种子不能突破鳞片落地生长, 也不能通过风媒等方式进行传播; 其次, 锁阳种子主要靠锁阳虫蛀空其内部, 并通过空心的柱体落到其寄主白刺(Nitraria sibirica)或骆驼蓬(Peganum harmala)的根部进行传播; 第三, 锁阳的遗传多样性与其自身的宿主及居群生境存在直接或间接关系.上述原因决定了锁阳大多聚集分布, 居群内交流大于居群间交流, 进而导致种群间遗传多样性较低, 种群变异主要来自种群内. ...

锁阳愈伤组织诱导和增殖及不定根分化
1
2013

... 锁阳(Cynomorium songaricum)为锁阳科(Cyno- moriaceae)锁阳属(Cynomorium)多年生肉质寄生草本植物, 全株无叶绿素并呈现红棕色, 多寄生于蒺藜科(Zygophyllaceae)白刺属(Nitraria)植物的根部(中国科学院中国植物志编辑委员会, 2000).锁阳能补肾、益精、润燥, 是我国常见的中药和蒙药(Liu et al., 2013; 岳鑫等, 2013), 与肉苁蓉(Cistanche deserticola)并称为“沙漠人参”, 其能促进人体新陈代谢, 增强免疫调节能力, 具有耐缺氧、防癌、抗疲劳、预防心血管疾病和抗衰老, 以及抗应激和清除自由基等作用.锁阳为我国原生种, 天然分布于我国西北部的荒漠及半荒漠地区, 如甘肃、内蒙古、青海和新疆等地, 尤以甘肃河西走廊出产的锁阳品质最好(陈叶等, 2013).但近年来, 随着国内市场需求量的不断增加, 乱挖滥采导致锁阳的原生生境几乎丧失殆尽, 加之当地生态环境的不断恶化, 锁阳已被列为世界濒危保护植物(郝媛媛等, 2012). ...

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... 锁阳(Cynomorium songaricum)为锁阳科(Cyno- moriaceae)锁阳属(Cynomorium)多年生肉质寄生草本植物, 全株无叶绿素并呈现红棕色, 多寄生于蒺藜科(Zygophyllaceae)白刺属(Nitraria)植物的根部(中国科学院中国植物志编辑委员会, 2000).锁阳能补肾、益精、润燥, 是我国常见的中药和蒙药(Liu et al., 2013; 岳鑫等, 2013), 与肉苁蓉(Cistanche deserticola)并称为“沙漠人参”, 其能促进人体新陈代谢, 增强免疫调节能力, 具有耐缺氧、防癌、抗疲劳、预防心血管疾病和抗衰老, 以及抗应激和清除自由基等作用.锁阳为我国原生种, 天然分布于我国西北部的荒漠及半荒漠地区, 如甘肃、内蒙古、青海和新疆等地, 尤以甘肃河西走廊出产的锁阳品质最好(陈叶等, 2013).但近年来, 随着国内市场需求量的不断增加, 乱挖滥采导致锁阳的原生生境几乎丧失殆尽, 加之当地生态环境的不断恶化, 锁阳已被列为世界濒危保护植物(郝媛媛等, 2012). ...

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2000

... 谱系地理学被认为是研究种内或近缘种间的地理分布格局原理和演化过程的新兴交叉学科, 是联系种群生物学和系统发育生物学之间的重要手段(Avise, 2000).随着现代分子生物学技术的发展, 对特定的DNA序列进行PCR扩增, 对扩增产物直接测序已成为植物谱系地理学研究的一种主要技术手段.基因序列的多态性直接显示产生差异的位点, 为物种分类和起源进化研究提供了更直接的参考依据. ...

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1999

... 为了探明锁阳居群间的关系, 利用NETWORK Version 5.0软件(http://www.fluxus-engineering.com/ sharenet.htm)构建锁阳核糖体DNA单倍型的中央连接网状图(Bandelt et al., 1999).利用Paup 4.0b10软件(Swafford, 2002), 以花菱草(Eschscholzia californica)、美国蜡梅(Calycanthus floridus)和一球悬铃木(Platanus occidentalis)为外类群, 构建核糖体基因序列系统发育树.采用启发式搜索(heuristic search), 序列随机逐步添加的方式重复10 000次, 分支交换采用TBR. ...

1
2007

... 近年来, 国内外****已利用DNA分子标记等方法对锁阳的遗传多样性和系统发育关系进行了探讨.例如, 利用ISSR分子标记技术分析16个居群锁阳的遗传多样性(陈贵林等, 2011); 利用线粒体相关基因、核基因以及叶绿体相关基因等验证锁阳的系统发育地位(Nickrent et al., 2005; Barkman et al., 2007; Zhang et al., 2009).但鲜见利用核基因序列来探讨中国西北地区锁阳属种群谱系地理学的相关报道.本研究对来自18个居群的188个锁阳样本进行ITS序列分析, 揭示锁阳的遗传结构与遗传多样性, 进一步阐明不同地理区域对锁阳系统发育的影响, 以期为中国的锁阳谱系地理学研究提供更为丰富的资料, 同时为锁阳的资源保护和开发利用提供分子证据. ...

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2009

... 根据目前的植物地理谱系结构学研究进程, 对于某种群是否发生扩张的检测方法主要是基于中性检验和失配分析来进行推算与估计(Cibrián-Jaramillo et al., 2009; Cosacov et al., 2013).本研究利用Tajima’s D值检验所有种群, 结果表明, 整体水平上Tajima’s D=-1.354 78 (P>0.10), 说明中性零假说不能被排除.从地区水平上来看, R1、R6和R11 (0.05< P<0.10)表现为弱显著性, 而其它种群的Tajima’s D值均不显著.但进一步从失配分析曲线来看, R1、R2、R6、R8和R11种群的失配分布曲线出现双峰, 表明这些地区未曾出现明显扩张.总体种群失配分布曲线出现单峰, 说明锁阳在地区水平上历经群体的近期扩张.绝大多数种群的失配分布曲线也呈现单峰, 但对此种群进行中性检验, 均表现不显著.由于R1、R6和R11表现为弱显著性(0.05<P<0.10), 因此这些地区是否经历扩张仍待进一步研究.另外, 鉴于锁阳的重要性及濒危程度, 有必要在本研究的基础上, 增选其它地区的样本充实研究数据, 为锁阳的保护与利用提供基础材料. ...

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1997

... 核糖体DNA内转录间隔区(internal transcribed spacer, ITS)位于18S和26S rRNA基因之间, 被5.8S rRNA基因分为ITS1和ITS2两段(黄建峰等, 2016).ITS序列一般以高度串联重复的方式分布在高等植物的基因组中, 具有高度变异及序列保守性.ITS序列的变异速率高, 且在不同物种之间其变化速率也有差异, 为植物分类鉴定以及遗传多样性研究提供了更加丰富的变异位点和信息位点.因此, ITS序列不仅用于研究物种间的系统发育关系, 也用于分析种属单位下居群间的遗传多样性(Cooke and Duncan, 1997; 李洪芹等, 2015).被子植物中大多数科属ITS序列的种间差异为1.2%-10.2%, 属间差异一般介于9.6%- 28.8%之间(李学营等, 2005).ITS序列因其高变异性及序列长度的保守性已经成为研究被子植物门的一种重要的分子标记并用于多个方面的研究.(1) 计算遗传距离.遗传距离包括种间和种内距离, 一般情况下, 种间距离采用Pairwise uncorrected p-distance (Newmaster et al., 2008)或Kimura-2-parameter distance (K2P) (Lahaye et al., 2008)两种模型计算; 而种内距离多采用K2P距离、平均θ值和平均溯祖度3种参数来表征(Lahaye et al., 2008).(2) 系统学分析.采用多种分子系统学方法(如NJ、UPGMA、MP和ML)构建对应的系统树(宁淑萍等, 2008), 通过检验每个物种的单系性来判断其系统进化关系, 即观察来自同一物种的不同个体能否紧密地聚类到一支.(3) 药材品种的鉴定.利用ITS序列分析同属或其它混淆伪品的变异, 在NCBI数据库中获得所需ITS序列, 排列后利用中药材DNA条形码鉴定并构建Paup系统树, 通过碱基比对和系统树的构建, 分析待测样种间差异, 并用于药用植物和中药材品种鉴定(Hou et al., 2013a, 2013b).(4) 遗传多样性以及物种分类鉴定等. ...

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2013

... 根据目前的植物地理谱系结构学研究进程, 对于某种群是否发生扩张的检测方法主要是基于中性检验和失配分析来进行推算与估计(Cibrián-Jaramillo et al., 2009; Cosacov et al., 2013).本研究利用Tajima’s D值检验所有种群, 结果表明, 整体水平上Tajima’s D=-1.354 78 (P>0.10), 说明中性零假说不能被排除.从地区水平上来看, R1、R6和R11 (0.05< P<0.10)表现为弱显著性, 而其它种群的Tajima’s D值均不显著.但进一步从失配分析曲线来看, R1、R2、R6、R8和R11种群的失配分布曲线出现双峰, 表明这些地区未曾出现明显扩张.总体种群失配分布曲线出现单峰, 说明锁阳在地区水平上历经群体的近期扩张.绝大多数种群的失配分布曲线也呈现单峰, 但对此种群进行中性检验, 均表现不显著.由于R1、R6和R11表现为弱显著性(0.05<P<0.10), 因此这些地区是否经历扩张仍待进一步研究.另外, 鉴于锁阳的重要性及濒危程度, 有必要在本研究的基础上, 增选其它地区的样本充实研究数据, 为锁阳的保护与利用提供基础材料. ...

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2004

... 将所有核糖体DNA序列整理比对后, 利用Per- mut软件计算锁阳居群间的种群遗传分化系数GSTNST (1 000次随机置换检验), 从而检验锁阳居群间是否存在明显的谱系地理结构.如果NST>GST (P<0.05), 则认为锁阳居群间具有明显的谱系地理结构(Pons and Petit,1996).此外, 应用ARLEQUIN Version 3.1.1软件(Excoffier et al., 2007)对锁阳居群进行分子变异(analysis of molecular variance, AMOVA) (Excoffier et al., 1992, 2004)分析, 统计计算群体内及群体间的变异方差分布及群体间遗传分化系数(FST).用失配分布分析(mismatch distribution analy- sis)检验锁阳居群是否发生扩张行为. ...
... 种群大小平衡群体配对差异的频率分布图因其高复杂性的基因谱系, 形状呈现多峰; 与之相反, 历经近期种群扩张或受到来自邻近地区同类群的迁入而分布范围扩张的群体, 其配对差异频率分布图通常呈现单峰(Slatkin and Hudson, 1991; Rogers and Harpending, 1992; Excoffier, 2004). ...

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2007

... 将所有核糖体DNA序列整理比对后, 利用Per- mut软件计算锁阳居群间的种群遗传分化系数GSTNST (1 000次随机置换检验), 从而检验锁阳居群间是否存在明显的谱系地理结构.如果NST>GST (P<0.05), 则认为锁阳居群间具有明显的谱系地理结构(Pons and Petit,1996).此外, 应用ARLEQUIN Version 3.1.1软件(Excoffier et al., 2007)对锁阳居群进行分子变异(analysis of molecular variance, AMOVA) (Excoffier et al., 1992, 2004)分析, 统计计算群体内及群体间的变异方差分布及群体间遗传分化系数(FST).用失配分布分析(mismatch distribution analy- sis)检验锁阳居群是否发生扩张行为. ...

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1992

... 将所有核糖体DNA序列整理比对后, 利用Per- mut软件计算锁阳居群间的种群遗传分化系数GSTNST (1 000次随机置换检验), 从而检验锁阳居群间是否存在明显的谱系地理结构.如果NST>GST (P<0.05), 则认为锁阳居群间具有明显的谱系地理结构(Pons and Petit,1996).此外, 应用ARLEQUIN Version 3.1.1软件(Excoffier et al., 2007)对锁阳居群进行分子变异(analysis of molecular variance, AMOVA) (Excoffier et al., 1992, 2004)分析, 统计计算群体内及群体间的变异方差分布及群体间遗传分化系数(FST).用失配分布分析(mismatch distribution analy- sis)检验锁阳居群是否发生扩张行为. ...

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1999

... 用BioEdit软件(Hall, 1999) (http://www.mbio.ncsu. edu/bioedit/page2.html)对序列进行对位排列, 并加以手工校对.用MEGA7.0软件(http://www.megasoft- ware.net/) (Kumar et al., 2016)统计序列的碱基组成.用DnaSP 5.0软件(Librado and Rozas, 2009) (http://www2.ub.es/dnasp/download.html)统计多态性位点和信息位点, 确定DNA单倍型并计算单倍型多态性(Hd)、核苷酸多样性指数(π)、群体间遗传分化指数(GST)和基因流(Nm). ...

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2013

... 核糖体DNA内转录间隔区(internal transcribed spacer, ITS)位于18S和26S rRNA基因之间, 被5.8S rRNA基因分为ITS1和ITS2两段(黄建峰等, 2016).ITS序列一般以高度串联重复的方式分布在高等植物的基因组中, 具有高度变异及序列保守性.ITS序列的变异速率高, 且在不同物种之间其变化速率也有差异, 为植物分类鉴定以及遗传多样性研究提供了更加丰富的变异位点和信息位点.因此, ITS序列不仅用于研究物种间的系统发育关系, 也用于分析种属单位下居群间的遗传多样性(Cooke and Duncan, 1997; 李洪芹等, 2015).被子植物中大多数科属ITS序列的种间差异为1.2%-10.2%, 属间差异一般介于9.6%- 28.8%之间(李学营等, 2005).ITS序列因其高变异性及序列长度的保守性已经成为研究被子植物门的一种重要的分子标记并用于多个方面的研究.(1) 计算遗传距离.遗传距离包括种间和种内距离, 一般情况下, 种间距离采用Pairwise uncorrected p-distance (Newmaster et al., 2008)或Kimura-2-parameter distance (K2P) (Lahaye et al., 2008)两种模型计算; 而种内距离多采用K2P距离、平均θ值和平均溯祖度3种参数来表征(Lahaye et al., 2008).(2) 系统学分析.采用多种分子系统学方法(如NJ、UPGMA、MP和ML)构建对应的系统树(宁淑萍等, 2008), 通过检验每个物种的单系性来判断其系统进化关系, 即观察来自同一物种的不同个体能否紧密地聚类到一支.(3) 药材品种的鉴定.利用ITS序列分析同属或其它混淆伪品的变异, 在NCBI数据库中获得所需ITS序列, 排列后利用中药材DNA条形码鉴定并构建Paup系统树, 通过碱基比对和系统树的构建, 分析待测样种间差异, 并用于药用植物和中药材品种鉴定(Hou et al., 2013a, 2013b).(4) 遗传多样性以及物种分类鉴定等. ...

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2013b

... 核糖体DNA内转录间隔区(internal transcribed spacer, ITS)位于18S和26S rRNA基因之间, 被5.8S rRNA基因分为ITS1和ITS2两段(黄建峰等, 2016).ITS序列一般以高度串联重复的方式分布在高等植物的基因组中, 具有高度变异及序列保守性.ITS序列的变异速率高, 且在不同物种之间其变化速率也有差异, 为植物分类鉴定以及遗传多样性研究提供了更加丰富的变异位点和信息位点.因此, ITS序列不仅用于研究物种间的系统发育关系, 也用于分析种属单位下居群间的遗传多样性(Cooke and Duncan, 1997; 李洪芹等, 2015).被子植物中大多数科属ITS序列的种间差异为1.2%-10.2%, 属间差异一般介于9.6%- 28.8%之间(李学营等, 2005).ITS序列因其高变异性及序列长度的保守性已经成为研究被子植物门的一种重要的分子标记并用于多个方面的研究.(1) 计算遗传距离.遗传距离包括种间和种内距离, 一般情况下, 种间距离采用Pairwise uncorrected p-distance (Newmaster et al., 2008)或Kimura-2-parameter distance (K2P) (Lahaye et al., 2008)两种模型计算; 而种内距离多采用K2P距离、平均θ值和平均溯祖度3种参数来表征(Lahaye et al., 2008).(2) 系统学分析.采用多种分子系统学方法(如NJ、UPGMA、MP和ML)构建对应的系统树(宁淑萍等, 2008), 通过检验每个物种的单系性来判断其系统进化关系, 即观察来自同一物种的不同个体能否紧密地聚类到一支.(3) 药材品种的鉴定.利用ITS序列分析同属或其它混淆伪品的变异, 在NCBI数据库中获得所需ITS序列, 排列后利用中药材DNA条形码鉴定并构建Paup系统树, 通过碱基比对和系统树的构建, 分析待测样种间差异, 并用于药用植物和中药材品种鉴定(Hou et al., 2013a, 2013b).(4) 遗传多样性以及物种分类鉴定等. ...

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2016

... 用BioEdit软件(Hall, 1999) (http://www.mbio.ncsu. edu/bioedit/page2.html)对序列进行对位排列, 并加以手工校对.用MEGA7.0软件(http://www.megasoft- ware.net/) (Kumar et al., 2016)统计序列的碱基组成.用DnaSP 5.0软件(Librado and Rozas, 2009) (http://www2.ub.es/dnasp/download.html)统计多态性位点和信息位点, 确定DNA单倍型并计算单倍型多态性(Hd)、核苷酸多样性指数(π)、群体间遗传分化指数(GST)和基因流(Nm). ...

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2008

... 核糖体DNA内转录间隔区(internal transcribed spacer, ITS)位于18S和26S rRNA基因之间, 被5.8S rRNA基因分为ITS1和ITS2两段(黄建峰等, 2016).ITS序列一般以高度串联重复的方式分布在高等植物的基因组中, 具有高度变异及序列保守性.ITS序列的变异速率高, 且在不同物种之间其变化速率也有差异, 为植物分类鉴定以及遗传多样性研究提供了更加丰富的变异位点和信息位点.因此, ITS序列不仅用于研究物种间的系统发育关系, 也用于分析种属单位下居群间的遗传多样性(Cooke and Duncan, 1997; 李洪芹等, 2015).被子植物中大多数科属ITS序列的种间差异为1.2%-10.2%, 属间差异一般介于9.6%- 28.8%之间(李学营等, 2005).ITS序列因其高变异性及序列长度的保守性已经成为研究被子植物门的一种重要的分子标记并用于多个方面的研究.(1) 计算遗传距离.遗传距离包括种间和种内距离, 一般情况下, 种间距离采用Pairwise uncorrected p-distance (Newmaster et al., 2008)或Kimura-2-parameter distance (K2P) (Lahaye et al., 2008)两种模型计算; 而种内距离多采用K2P距离、平均θ值和平均溯祖度3种参数来表征(Lahaye et al., 2008).(2) 系统学分析.采用多种分子系统学方法(如NJ、UPGMA、MP和ML)构建对应的系统树(宁淑萍等, 2008), 通过检验每个物种的单系性来判断其系统进化关系, 即观察来自同一物种的不同个体能否紧密地聚类到一支.(3) 药材品种的鉴定.利用ITS序列分析同属或其它混淆伪品的变异, 在NCBI数据库中获得所需ITS序列, 排列后利用中药材DNA条形码鉴定并构建Paup系统树, 通过碱基比对和系统树的构建, 分析待测样种间差异, 并用于药用植物和中药材品种鉴定(Hou et al., 2013a, 2013b).(4) 遗传多样性以及物种分类鉴定等. ...
... )两种模型计算; 而种内距离多采用K2P距离、平均θ值和平均溯祖度3种参数来表征(Lahaye et al., 2008).(2) 系统学分析.采用多种分子系统学方法(如NJ、UPGMA、MP和ML)构建对应的系统树(宁淑萍等, 2008), 通过检验每个物种的单系性来判断其系统进化关系, 即观察来自同一物种的不同个体能否紧密地聚类到一支.(3) 药材品种的鉴定.利用ITS序列分析同属或其它混淆伪品的变异, 在NCBI数据库中获得所需ITS序列, 排列后利用中药材DNA条形码鉴定并构建Paup系统树, 通过碱基比对和系统树的构建, 分析待测样种间差异, 并用于药用植物和中药材品种鉴定(Hou et al., 2013a, 2013b).(4) 遗传多样性以及物种分类鉴定等. ...

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2009

... 用BioEdit软件(Hall, 1999) (http://www.mbio.ncsu. edu/bioedit/page2.html)对序列进行对位排列, 并加以手工校对.用MEGA7.0软件(http://www.megasoft- ware.net/) (Kumar et al., 2016)统计序列的碱基组成.用DnaSP 5.0软件(Librado and Rozas, 2009) (http://www2.ub.es/dnasp/download.html)统计多态性位点和信息位点, 确定DNA单倍型并计算单倍型多态性(Hd)、核苷酸多样性指数(π)、群体间遗传分化指数(GST)和基因流(Nm). ...

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2013

... 锁阳(Cynomorium songaricum)为锁阳科(Cyno- moriaceae)锁阳属(Cynomorium)多年生肉质寄生草本植物, 全株无叶绿素并呈现红棕色, 多寄生于蒺藜科(Zygophyllaceae)白刺属(Nitraria)植物的根部(中国科学院中国植物志编辑委员会, 2000).锁阳能补肾、益精、润燥, 是我国常见的中药和蒙药(Liu et al., 2013; 岳鑫等, 2013), 与肉苁蓉(Cistanche deserticola)并称为“沙漠人参”, 其能促进人体新陈代谢, 增强免疫调节能力, 具有耐缺氧、防癌、抗疲劳、预防心血管疾病和抗衰老, 以及抗应激和清除自由基等作用.锁阳为我国原生种, 天然分布于我国西北部的荒漠及半荒漠地区, 如甘肃、内蒙古、青海和新疆等地, 尤以甘肃河西走廊出产的锁阳品质最好(陈叶等, 2013).但近年来, 随着国内市场需求量的不断增加, 乱挖滥采导致锁阳的原生生境几乎丧失殆尽, 加之当地生态环境的不断恶化, 锁阳已被列为世界濒危保护植物(郝媛媛等, 2012). ...

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2008

... 核糖体DNA内转录间隔区(internal transcribed spacer, ITS)位于18S和26S rRNA基因之间, 被5.8S rRNA基因分为ITS1和ITS2两段(黄建峰等, 2016).ITS序列一般以高度串联重复的方式分布在高等植物的基因组中, 具有高度变异及序列保守性.ITS序列的变异速率高, 且在不同物种之间其变化速率也有差异, 为植物分类鉴定以及遗传多样性研究提供了更加丰富的变异位点和信息位点.因此, ITS序列不仅用于研究物种间的系统发育关系, 也用于分析种属单位下居群间的遗传多样性(Cooke and Duncan, 1997; 李洪芹等, 2015).被子植物中大多数科属ITS序列的种间差异为1.2%-10.2%, 属间差异一般介于9.6%- 28.8%之间(李学营等, 2005).ITS序列因其高变异性及序列长度的保守性已经成为研究被子植物门的一种重要的分子标记并用于多个方面的研究.(1) 计算遗传距离.遗传距离包括种间和种内距离, 一般情况下, 种间距离采用Pairwise uncorrected p-distance (Newmaster et al., 2008)或Kimura-2-parameter distance (K2P) (Lahaye et al., 2008)两种模型计算; 而种内距离多采用K2P距离、平均θ值和平均溯祖度3种参数来表征(Lahaye et al., 2008).(2) 系统学分析.采用多种分子系统学方法(如NJ、UPGMA、MP和ML)构建对应的系统树(宁淑萍等, 2008), 通过检验每个物种的单系性来判断其系统进化关系, 即观察来自同一物种的不同个体能否紧密地聚类到一支.(3) 药材品种的鉴定.利用ITS序列分析同属或其它混淆伪品的变异, 在NCBI数据库中获得所需ITS序列, 排列后利用中药材DNA条形码鉴定并构建Paup系统树, 通过碱基比对和系统树的构建, 分析待测样种间差异, 并用于药用植物和中药材品种鉴定(Hou et al., 2013a, 2013b).(4) 遗传多样性以及物种分类鉴定等. ...

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2005

... 近年来, 国内外****已利用DNA分子标记等方法对锁阳的遗传多样性和系统发育关系进行了探讨.例如, 利用ISSR分子标记技术分析16个居群锁阳的遗传多样性(陈贵林等, 2011); 利用线粒体相关基因、核基因以及叶绿体相关基因等验证锁阳的系统发育地位(Nickrent et al., 2005; Barkman et al., 2007; Zhang et al., 2009).但鲜见利用核基因序列来探讨中国西北地区锁阳属种群谱系地理学的相关报道.本研究对来自18个居群的188个锁阳样本进行ITS序列分析, 揭示锁阳的遗传结构与遗传多样性, 进一步阐明不同地理区域对锁阳系统发育的影响, 以期为中国的锁阳谱系地理学研究提供更为丰富的资料, 同时为锁阳的资源保护和开发利用提供分子证据. ...

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1996

... 将所有核糖体DNA序列整理比对后, 利用Per- mut软件计算锁阳居群间的种群遗传分化系数GSTNST (1 000次随机置换检验), 从而检验锁阳居群间是否存在明显的谱系地理结构.如果NST>GST (P<0.05), 则认为锁阳居群间具有明显的谱系地理结构(Pons and Petit,1996).此外, 应用ARLEQUIN Version 3.1.1软件(Excoffier et al., 2007)对锁阳居群进行分子变异(analysis of molecular variance, AMOVA) (Excoffier et al., 1992, 2004)分析, 统计计算群体内及群体间的变异方差分布及群体间遗传分化系数(FST).用失配分布分析(mismatch distribution analy- sis)检验锁阳居群是否发生扩张行为. ...

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1992

... 种群大小平衡群体配对差异的频率分布图因其高复杂性的基因谱系, 形状呈现多峰; 与之相反, 历经近期种群扩张或受到来自邻近地区同类群的迁入而分布范围扩张的群体, 其配对差异频率分布图通常呈现单峰(Slatkin and Hudson, 1991; Rogers and Harpending, 1992; Excoffier, 2004). ...

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1991

... 种群大小平衡群体配对差异的频率分布图因其高复杂性的基因谱系, 形状呈现多峰; 与之相反, 历经近期种群扩张或受到来自邻近地区同类群的迁入而分布范围扩张的群体, 其配对差异频率分布图通常呈现单峰(Slatkin and Hudson, 1991; Rogers and Harpending, 1992; Excoffier, 2004). ...

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2012

... 植物在长期的迁移演化过程中, 为适应不同生境形成了不同的地理生态类群, 类群之间会产生一定的遗传分化, 通过对品种间遗传关系的分析可为人工繁育和资源保护奠定理论基础(宋宇婷等, 2011).ITS基因属于核基因序列, 为多拷贝片段, 其进化速率较快, 多态性位点较丰富, 属内或种间的ITS1/ITS2序列变异可以直接揭示物种复杂的进化史(Song et al., 2012).本研究利用ITS序列对锁阳属18个居群188个样本进行遗传多样性检测及分析, 结果表明, 锁阳属植物的遗传多样性较低, 整体单倍型多态性Hd=0.294 20, 核苷酸多样性π=0.000 49, 总遗传多样性HT=0.277.本研究利用ITS序列检测锁阳种群结构, 结果表明不同种群结构之间差异不显著(GST=0.353, NST=0.408, P>0.05).而进一步的分子方差分析结果表明, 锁阳属种群变异主要来源于种群内(55.43%).可能的原因首先在于其独特的生物学特性, 即锁阳花序上的鳞片较厚, 种子不能突破鳞片落地生长, 也不能通过风媒等方式进行传播; 其次, 锁阳种子主要靠锁阳虫蛀空其内部, 并通过空心的柱体落到其寄主白刺(Nitraria sibirica)或骆驼蓬(Peganum harmala)的根部进行传播; 第三, 锁阳的遗传多样性与其自身的宿主及居群生境存在直接或间接关系.上述原因决定了锁阳大多聚集分布, 居群内交流大于居群间交流, 进而导致种群间遗传多样性较低, 种群变异主要来自种群内. ...

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2002

... 为了探明锁阳居群间的关系, 利用NETWORK Version 5.0软件(http://www.fluxus-engineering.com/ sharenet.htm)构建锁阳核糖体DNA单倍型的中央连接网状图(Bandelt et al., 1999).利用Paup 4.0b10软件(Swafford, 2002), 以花菱草(Eschscholzia californica)、美国蜡梅(Calycanthus floridus)和一球悬铃木(Platanus occidentalis)为外类群, 构建核糖体基因序列系统发育树.采用启发式搜索(heuristic search), 序列随机逐步添加的方式重复10 000次, 分支交换采用TBR. ...

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2009

... 近年来, 国内外****已利用DNA分子标记等方法对锁阳的遗传多样性和系统发育关系进行了探讨.例如, 利用ISSR分子标记技术分析16个居群锁阳的遗传多样性(陈贵林等, 2011); 利用线粒体相关基因、核基因以及叶绿体相关基因等验证锁阳的系统发育地位(Nickrent et al., 2005; Barkman et al., 2007; Zhang et al., 2009).但鲜见利用核基因序列来探讨中国西北地区锁阳属种群谱系地理学的相关报道.本研究对来自18个居群的188个锁阳样本进行ITS序列分析, 揭示锁阳的遗传结构与遗传多样性, 进一步阐明不同地理区域对锁阳系统发育的影响, 以期为中国的锁阳谱系地理学研究提供更为丰富的资料, 同时为锁阳的资源保护和开发利用提供分子证据. ...



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