角倍蚜mtDNA基因序列遺傳多樣性分析

任鴻雁　任竹梅

摘 要：采用DNA測序的方法對角倍（Schlechtendalia chinensis）5個種群共44個個體進行遺傳多樣性分析，測定其線粒體基因（Mitochondrial DNA）Cytb，COI，COII三個片段，實驗共獲得聯(lián)合序列1 522堿基對（bp），遺傳多樣性分析顯示角倍遺傳多樣性水平低，各種群的單倍型在系統(tǒng)聚類樹中基本表現(xiàn)出一種平行式的分布格局，沒有按地理分布形成明顯的簇群。通過研究角倍群體的遺傳結(jié)構(gòu)，為其遺傳多樣性的保護提供基礎(chǔ)性的資料。

關(guān)鍵詞：基因序列；mtDNA；遺傳多樣性；遺傳結(jié)構(gòu)

中圖分類號：Q949 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）04-0111-02

五倍子蚜屬同翅目蚜總科癭綿蚜科五節(jié)根蚜亞科，主要分布在東亞。寄生在漆樹科鹽膚木屬植物復(fù)葉上形成的蟲癭被稱為五倍子。五倍子作為我國一種重要的經(jīng)濟昆蟲產(chǎn)品，在醫(yī)療、日用化工等行業(yè)有廣泛應(yīng)用。近年來，由于五倍子蚜生存環(huán)境遭到嚴重破壞，所以如何科學(xué)地對現(xiàn)存五倍子蚜狀況進行評估并充分利用和保護五倍子蚜資源就顯得非常重要。線粒體DNA（mtDNA）由于其具有拷貝數(shù)多、突變率高、堿基替換速率較高等特點，被廣泛應(yīng)用于動物群體遺傳特征、種群分化的研究中。通過DNA測序方法測定了5個不同地域角倍的mtDNA片段，旨在了解其群體遺傳結(jié)構(gòu)，為遺傳多樣性的保護提供基礎(chǔ)性的資料。

1 材料和方法

1.1 材料

本實驗共到5個省進行采樣，分別為：貴州（GZ）丹寨7個個體、湖北（HB）五峰8個個體、四川安縣（SC）9個個體、陜西城固（SX）10個個體、云南水富（YN）10個個體。

1.2 方法

1.2.1 DNA提取和PCR擴增

1.2.2 數(shù)據(jù)分析

對測序得到的雙向序列使用Sequencher4.5進行校準(zhǔn)，使用ClustalX軟件進行對位排列，用MEGA5.0統(tǒng)計變異位點和堿基組成，計算核苷酸變異率和群體遺傳距離，以DNASP5.0計算單倍型數(shù)、單倍型多樣性指數(shù)、核苷酸多樣性指數(shù)；用Tcs1.21軟件繪制單倍型網(wǎng)絡(luò)圖；用PAUP軟件通過鄰接法和簡約法構(gòu)建單倍型間的系統(tǒng)發(fā)育樹。

2 結(jié)果和分析

2.1 序列特征

實驗共獲得Cytb 433 bp，COI 683 bp，COII 406 bp共1 522 bp，角倍蚜線粒體基因的A+T含量較高，為76.2%，明顯高于G+C含量，這是在昆蟲線粒體DNA中普遍存在的現(xiàn)象。在密碼子第三位點的統(tǒng)計數(shù)據(jù)上可以看出，A+T均達到了很高的值。

2.2 遺傳多樣性檢測

所測定的角倍44個個體共獲得13個單倍型，其中單倍型H9為主要類型?？傮w單倍型多樣性指數(shù)為0.860 5，核苷酸多樣性指數(shù)為0.003 7，其中貴州種群的單倍型多樣性指數(shù)和核苷酸多樣性指數(shù)最高，四川安縣相對較低，詳見表1.

3 討論

核苷酸多樣性指數(shù)是指每個群體內(nèi)各單倍型兩兩配對差異的平均值，是遺傳多態(tài)程度的一項重要指標(biāo)，象征著群體是否經(jīng)歷過較為復(fù)雜的進化和分化。一般認為遺傳多樣性指數(shù)和核苷酸多樣性指數(shù)越大，群體多態(tài)程度越高，遺傳多樣性越豐富。角倍兩個值均低，表明遺傳多樣性較低，且單倍型網(wǎng)絡(luò)圖呈星狀系統(tǒng)，推測可能是由于有效種群在經(jīng)過一段時間的穩(wěn)定后擴張。Fst 用來表示兩個種群間遺傳分化程度的指標(biāo)，在0～1的范圍內(nèi)Fst接近于0，說明群體間沒有發(fā)生遺傳分化；Fst值越大，兩種群的分化程度越高。湖北群體和其他群體間Fst值相對較大，而其他四個群體之間沒有出現(xiàn)遺傳分化。另外群體間的相對遺傳距離能反映群體間的親緣關(guān)系，本研究中角倍各種群間的遺傳距離較小，說明角倍各種群間既有較高的遺傳相似性，又有一定的種群分化。聚類樹顯示，不同的單倍型之間有一定的分歧且在聚類樹上相互混雜，并沒有按照各種群的地理位置聚在一起，各個單倍型基本上呈平行式的分布格局，構(gòu)成一個大的聚類簇，這和本課題組之前得到的結(jié)果相一致。雖然角倍蚜遷飛能力很弱，但在一定程度上也可引起種群之間的基因交流，并且人為引種也可能發(fā)生，水流和風(fēng)力等外力因素都可以引起角倍蚜和其他種群間的基因交流，這些都可能是角倍造成這種遺傳結(jié)構(gòu)的原因。在本研究中，角倍蚜線粒體部分基因序列數(shù)據(jù)顯示，角倍蚜遺傳多樣性偏低且種群結(jié)構(gòu)脆弱，偏低的遺傳多樣性提醒我們要更加關(guān)注角倍蚜的現(xiàn)狀，從而為更好地保護和合理利用這一生物資源、創(chuàng)造更大的經(jīng)濟價值提供重要的指導(dǎo)。

參考文獻

[1]張廣學(xué)，鐘鐵森.中國經(jīng)濟昆蟲志[M].第25冊，同翅目，蚜蟲類. 北京：科學(xué)出版社，1983.

[2]Miritz C，Dowling TE，Brown WM.Evolutions of animal mitochondrial DNA： relevance for population biology and systematics[J].Annual Review of Ecology and Systematics，1987（18）：269-292.

[3]李繼變，任竹梅.角倍蚜mtDNA Cyt b基因遺傳多樣性的分析[J].復(fù)旦學(xué)報（自然科學(xué)版），2009，48（3）：59-65.

[4]蔡青年，胡曼華，王宇，等.蚜蟲種群遺傳多樣性的影響因素及分子基礎(chǔ)[J].昆蟲知識，2004，41（4）：285-290.

〔編輯：陳文強〕

Abstract： DNA sequencing methods Schlechtendalia5 populations of 44 individuals for genetic diversity analysis， determination of their mitochondrial genes Cytb， COI， COII three fragments， experiments were combined to obtain a sequence pair， genetic analysis of nucleotide diversity displayed 1522 times the level of genetic diversity in low-angle， various groups of haplotypes in the basic system clustering tree showed a parallel distribution pattern， no geographical distribution form distinct clusters. By studying the angle times the population genetic structure， conservation of genetic diversity to provide basic information.

Key words： gene sequence； mtDNA； genetic diversity； genetic structure

摘 要：采用DNA測序的方法對角倍（Schlechtendalia chinensis）5個種群共44個個體進行遺傳多樣性分析，測定其線粒體基因（Mitochondrial DNA）Cytb，COI，COII三個片段，實驗共獲得聯(lián)合序列1 522堿基對（bp），遺傳多樣性分析顯示角倍遺傳多樣性水平低，各種群的單倍型在系統(tǒng)聚類樹中基本表現(xiàn)出一種平行式的分布格局，沒有按地理分布形成明顯的簇群。通過研究角倍群體的遺傳結(jié)構(gòu)，為其遺傳多樣性的保護提供基礎(chǔ)性的資料。

關(guān)鍵詞：基因序列；mtDNA；遺傳多樣性；遺傳結(jié)構(gòu)

中圖分類號：Q949 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）04-0111-02

五倍子蚜屬同翅目蚜總科癭綿蚜科五節(jié)根蚜亞科，主要分布在東亞。寄生在漆樹科鹽膚木屬植物復(fù)葉上形成的蟲癭被稱為五倍子。五倍子作為我國一種重要的經(jīng)濟昆蟲產(chǎn)品，在醫(yī)療、日用化工等行業(yè)有廣泛應(yīng)用。近年來，由于五倍子蚜生存環(huán)境遭到嚴重破壞，所以如何科學(xué)地對現(xiàn)存五倍子蚜狀況進行評估并充分利用和保護五倍子蚜資源就顯得非常重要。線粒體DNA（mtDNA）由于其具有拷貝數(shù)多、突變率高、堿基替換速率較高等特點，被廣泛應(yīng)用于動物群體遺傳特征、種群分化的研究中。通過DNA測序方法測定了5個不同地域角倍的mtDNA片段，旨在了解其群體遺傳結(jié)構(gòu)，為遺傳多樣性的保護提供基礎(chǔ)性的資料。

1 材料和方法

1.1 材料

本實驗共到5個省進行采樣，分別為：貴州（GZ）丹寨7個個體、湖北（HB）五峰8個個體、四川安縣（SC）9個個體、陜西城固（SX）10個個體、云南水富（YN）10個個體。

1.2 方法

1.2.1 DNA提取和PCR擴增

1.2.2 數(shù)據(jù)分析

對測序得到的雙向序列使用Sequencher4.5進行校準(zhǔn)，使用ClustalX軟件進行對位排列，用MEGA5.0統(tǒng)計變異位點和堿基組成，計算核苷酸變異率和群體遺傳距離，以DNASP5.0計算單倍型數(shù)、單倍型多樣性指數(shù)、核苷酸多樣性指數(shù)；用Tcs1.21軟件繪制單倍型網(wǎng)絡(luò)圖；用PAUP軟件通過鄰接法和簡約法構(gòu)建單倍型間的系統(tǒng)發(fā)育樹。

2 結(jié)果和分析

2.1 序列特征

實驗共獲得Cytb 433 bp，COI 683 bp，COII 406 bp共1 522 bp，角倍蚜線粒體基因的A+T含量較高，為76.2%，明顯高于G+C含量，這是在昆蟲線粒體DNA中普遍存在的現(xiàn)象。在密碼子第三位點的統(tǒng)計數(shù)據(jù)上可以看出，A+T均達到了很高的值。

2.2 遺傳多樣性檢測

所測定的角倍44個個體共獲得13個單倍型，其中單倍型H9為主要類型。總體單倍型多樣性指數(shù)為0.860 5，核苷酸多樣性指數(shù)為0.003 7，其中貴州種群的單倍型多樣性指數(shù)和核苷酸多樣性指數(shù)最高，四川安縣相對較低，詳見表1.

3 討論

核苷酸多樣性指數(shù)是指每個群體內(nèi)各單倍型兩兩配對差異的平均值，是遺傳多態(tài)程度的一項重要指標(biāo)，象征著群體是否經(jīng)歷過較為復(fù)雜的進化和分化。一般認為遺傳多樣性指數(shù)和核苷酸多樣性指數(shù)越大，群體多態(tài)程度越高，遺傳多樣性越豐富。角倍兩個值均低，表明遺傳多樣性較低，且單倍型網(wǎng)絡(luò)圖呈星狀系統(tǒng)，推測可能是由于有效種群在經(jīng)過一段時間的穩(wěn)定后擴張。Fst 用來表示兩個種群間遺傳分化程度的指標(biāo)，在0～1的范圍內(nèi)Fst接近于0，說明群體間沒有發(fā)生遺傳分化；Fst值越大，兩種群的分化程度越高。湖北群體和其他群體間Fst值相對較大，而其他四個群體之間沒有出現(xiàn)遺傳分化。另外群體間的相對遺傳距離能反映群體間的親緣關(guān)系，本研究中角倍各種群間的遺傳距離較小，說明角倍各種群間既有較高的遺傳相似性，又有一定的種群分化。聚類樹顯示，不同的單倍型之間有一定的分歧且在聚類樹上相互混雜，并沒有按照各種群的地理位置聚在一起，各個單倍型基本上呈平行式的分布格局，構(gòu)成一個大的聚類簇，這和本課題組之前得到的結(jié)果相一致。雖然角倍蚜遷飛能力很弱，但在一定程度上也可引起種群之間的基因交流，并且人為引種也可能發(fā)生，水流和風(fēng)力等外力因素都可以引起角倍蚜和其他種群間的基因交流，這些都可能是角倍造成這種遺傳結(jié)構(gòu)的原因。在本研究中，角倍蚜線粒體部分基因序列數(shù)據(jù)顯示，角倍蚜遺傳多樣性偏低且種群結(jié)構(gòu)脆弱，偏低的遺傳多樣性提醒我們要更加關(guān)注角倍蚜的現(xiàn)狀，從而為更好地保護和合理利用這一生物資源、創(chuàng)造更大的經(jīng)濟價值提供重要的指導(dǎo)。

參考文獻

[1]張廣學(xué)，鐘鐵森.中國經(jīng)濟昆蟲志[M].第25冊，同翅目，蚜蟲類. 北京：科學(xué)出版社，1983.

[2]Miritz C，Dowling TE，Brown WM.Evolutions of animal mitochondrial DNA： relevance for population biology and systematics[J].Annual Review of Ecology and Systematics，1987（18）：269-292.

[3]李繼變，任竹梅.角倍蚜mtDNA Cyt b基因遺傳多樣性的分析[J].復(fù)旦學(xué)報（自然科學(xué)版），2009，48（3）：59-65.

[4]蔡青年，胡曼華，王宇，等.蚜蟲種群遺傳多樣性的影響因素及分子基礎(chǔ)[J].昆蟲知識，2004，41（4）：285-290.

〔編輯：陳文強〕

Abstract： DNA sequencing methods Schlechtendalia5 populations of 44 individuals for genetic diversity analysis， determination of their mitochondrial genes Cytb， COI， COII three fragments， experiments were combined to obtain a sequence pair， genetic analysis of nucleotide diversity displayed 1522 times the level of genetic diversity in low-angle， various groups of haplotypes in the basic system clustering tree showed a parallel distribution pattern， no geographical distribution form distinct clusters. By studying the angle times the population genetic structure， conservation of genetic diversity to provide basic information.

Key words： gene sequence； mtDNA； genetic diversity； genetic structure

摘 要：采用DNA測序的方法對角倍（Schlechtendalia chinensis）5個種群共44個個體進行遺傳多樣性分析，測定其線粒體基因（Mitochondrial DNA）Cytb，COI，COII三個片段，實驗共獲得聯(lián)合序列1 522堿基對（bp），遺傳多樣性分析顯示角倍遺傳多樣性水平低，各種群的單倍型在系統(tǒng)聚類樹中基本表現(xiàn)出一種平行式的分布格局，沒有按地理分布形成明顯的簇群。通過研究角倍群體的遺傳結(jié)構(gòu)，為其遺傳多樣性的保護提供基礎(chǔ)性的資料。

關(guān)鍵詞：基因序列；mtDNA；遺傳多樣性；遺傳結(jié)構(gòu)

中圖分類號：Q949 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）04-0111-02

五倍子蚜屬同翅目蚜總科癭綿蚜科五節(jié)根蚜亞科，主要分布在東亞。寄生在漆樹科鹽膚木屬植物復(fù)葉上形成的蟲癭被稱為五倍子。五倍子作為我國一種重要的經(jīng)濟昆蟲產(chǎn)品，在醫(yī)療、日用化工等行業(yè)有廣泛應(yīng)用。近年來，由于五倍子蚜生存環(huán)境遭到嚴重破壞，所以如何科學(xué)地對現(xiàn)存五倍子蚜狀況進行評估并充分利用和保護五倍子蚜資源就顯得非常重要。線粒體DNA（mtDNA）由于其具有拷貝數(shù)多、突變率高、堿基替換速率較高等特點，被廣泛應(yīng)用于動物群體遺傳特征、種群分化的研究中。通過DNA測序方法測定了5個不同地域角倍的mtDNA片段，旨在了解其群體遺傳結(jié)構(gòu)，為遺傳多樣性的保護提供基礎(chǔ)性的資料。

1 材料和方法

1.1 材料

本實驗共到5個省進行采樣，分別為：貴州（GZ）丹寨7個個體、湖北（HB）五峰8個個體、四川安縣（SC）9個個體、陜西城固（SX）10個個體、云南水富（YN）10個個體。

1.2 方法

1.2.1 DNA提取和PCR擴增

1.2.2 數(shù)據(jù)分析

對測序得到的雙向序列使用Sequencher4.5進行校準(zhǔn)，使用ClustalX軟件進行對位排列，用MEGA5.0統(tǒng)計變異位點和堿基組成，計算核苷酸變異率和群體遺傳距離，以DNASP5.0計算單倍型數(shù)、單倍型多樣性指數(shù)、核苷酸多樣性指數(shù)；用Tcs1.21軟件繪制單倍型網(wǎng)絡(luò)圖；用PAUP軟件通過鄰接法和簡約法構(gòu)建單倍型間的系統(tǒng)發(fā)育樹。

2 結(jié)果和分析

2.1 序列特征

實驗共獲得Cytb 433 bp，COI 683 bp，COII 406 bp共1 522 bp，角倍蚜線粒體基因的A+T含量較高，為76.2%，明顯高于G+C含量，這是在昆蟲線粒體DNA中普遍存在的現(xiàn)象。在密碼子第三位點的統(tǒng)計數(shù)據(jù)上可以看出，A+T均達到了很高的值。

2.2 遺傳多樣性檢測

所測定的角倍44個個體共獲得13個單倍型，其中單倍型H9為主要類型?？傮w單倍型多樣性指數(shù)為0.860 5，核苷酸多樣性指數(shù)為0.003 7，其中貴州種群的單倍型多樣性指數(shù)和核苷酸多樣性指數(shù)最高，四川安縣相對較低，詳見表1.

3 討論

核苷酸多樣性指數(shù)是指每個群體內(nèi)各單倍型兩兩配對差異的平均值，是遺傳多態(tài)程度的一項重要指標(biāo)，象征著群體是否經(jīng)歷過較為復(fù)雜的進化和分化。一般認為遺傳多樣性指數(shù)和核苷酸多樣性指數(shù)越大，群體多態(tài)程度越高，遺傳多樣性越豐富。角倍兩個值均低，表明遺傳多樣性較低，且單倍型網(wǎng)絡(luò)圖呈星狀系統(tǒng)，推測可能是由于有效種群在經(jīng)過一段時間的穩(wěn)定后擴張。Fst 用來表示兩個種群間遺傳分化程度的指標(biāo)，在0～1的范圍內(nèi)Fst接近于0，說明群體間沒有發(fā)生遺傳分化；Fst值越大，兩種群的分化程度越高。湖北群體和其他群體間Fst值相對較大，而其他四個群體之間沒有出現(xiàn)遺傳分化。另外群體間的相對遺傳距離能反映群體間的親緣關(guān)系，本研究中角倍各種群間的遺傳距離較小，說明角倍各種群間既有較高的遺傳相似性，又有一定的種群分化。聚類樹顯示，不同的單倍型之間有一定的分歧且在聚類樹上相互混雜，并沒有按照各種群的地理位置聚在一起，各個單倍型基本上呈平行式的分布格局，構(gòu)成一個大的聚類簇，這和本課題組之前得到的結(jié)果相一致。雖然角倍蚜遷飛能力很弱，但在一定程度上也可引起種群之間的基因交流，并且人為引種也可能發(fā)生，水流和風(fēng)力等外力因素都可以引起角倍蚜和其他種群間的基因交流，這些都可能是角倍造成這種遺傳結(jié)構(gòu)的原因。在本研究中，角倍蚜線粒體部分基因序列數(shù)據(jù)顯示，角倍蚜遺傳多樣性偏低且種群結(jié)構(gòu)脆弱，偏低的遺傳多樣性提醒我們要更加關(guān)注角倍蚜的現(xiàn)狀，從而為更好地保護和合理利用這一生物資源、創(chuàng)造更大的經(jīng)濟價值提供重要的指導(dǎo)。

參考文獻

[1]張廣學(xué)，鐘鐵森.中國經(jīng)濟昆蟲志[M].第25冊，同翅目，蚜蟲類. 北京：科學(xué)出版社，1983.

[2]Miritz C，Dowling TE，Brown WM.Evolutions of animal mitochondrial DNA： relevance for population biology and systematics[J].Annual Review of Ecology and Systematics，1987（18）：269-292.

[3]李繼變，任竹梅.角倍蚜mtDNA Cyt b基因遺傳多樣性的分析[J].復(fù)旦學(xué)報（自然科學(xué)版），2009，48（3）：59-65.

[4]蔡青年，胡曼華，王宇，等.蚜蟲種群遺傳多樣性的影響因素及分子基礎(chǔ)[J].昆蟲知識，2004，41（4）：285-290.

〔編輯：陳文強〕

Abstract： DNA sequencing methods Schlechtendalia5 populations of 44 individuals for genetic diversity analysis， determination of their mitochondrial genes Cytb， COI， COII three fragments， experiments were combined to obtain a sequence pair， genetic analysis of nucleotide diversity displayed 1522 times the level of genetic diversity in low-angle， various groups of haplotypes in the basic system clustering tree showed a parallel distribution pattern， no geographical distribution form distinct clusters. By studying the angle times the population genetic structure， conservation of genetic diversity to provide basic information.

Key words： gene sequence； mtDNA； genetic diversity； genetic structure