鐵倍蚜屬棗鐵亞種mtDNACOI基因序列遺傳分化

李京隆，任竹梅

（山西大學生命科學學院，山西太原030006）

鐵倍蚜屬棗鐵亞種mtDNACOI基因序列遺傳分化

李京隆，任竹梅

（山西大學生命科學學院，山西太原030006）

測定鐵倍蚜屬棗鐵亞種7個種群共58個個體的mtDNA COI基因部分序列，分析其種群遺傳結構和變異。結果表明，在測得的1 257 bp COI基因序列中有100個變異位點，58條序列共產生23個單倍型，其平均單倍型多樣度為0.943±0.015，核苷酸多樣度為0.020±0.002，其中，4個單倍型為不同種群的共享單倍型（2個單倍型為主體單倍型），11個單倍型為獨享單倍型，8個單倍型為同一種群不同個體共享。AMOVA分析顯示，棗鐵亞種種群間的遺傳變異較高，且分化顯著。TCS網絡圖和聚類關系綜合分析顯示，不同單倍型按地理分布形成較明顯的簇群，其中，云南水富所有個體單獨構成一個分支，與其余種群關系較遠，該種群可能屬于不同的種。

鐵倍蚜屬棗鐵亞種；COI基因；DNA序列；遺傳分化

五倍子蚜特指寄生在漆樹科鹽膚木屬植物上形成五倍子蟲癭的一類經濟昆蟲，屬昆蟲綱Insecta半翅目Hemiptera蚜總科Aphidoidea蚜科Aphididae，共6屬12種，除北美分布一單屬種Melaphis rhois外，其余各種分布于東亞，其中，我國分布有5屬11種[1]。鐵倍蚜屬除肚倍蚜指名亞種外還包括3個亞種，其中，棗鐵亞種Kaburagia rhusicola ensigallis是主要的亞種，分布較廣[2-3]。五倍子是我國傳統的中藥，以其為原料生產的單寧酸、沒食子酸和焦性沒食子酸等系列產品，廣泛應用于醫藥、化工、電子、食品和輕工等領域，前景廣闊。肚倍蚜寄生于青麩楊、紅麩楊上形成的肚倍單寧酸含量最高，約70%[3]。鐵倍蚜屬棗鐵亞種作為形成肚倍的一種重要成癭蚜，還未見有關其種群遺傳多樣性方面的研究報道。

遺傳多樣性不僅是生物多樣性的核心，而且是物種多樣性、生態系統多樣性和景觀多樣性的基礎，也是物種分化、生命進化和適應的基礎，更是評價自然生物資源的重要依據和指標[4]，DNA分子標記技術被廣泛應用于遺傳多樣性和譜系地理學、良種選育、品種鑒別、資源分類以及基因定位等方面的研究[5-8]，線粒體DNA序列標記已經成為目前物種遺傳多樣性分析的主要標記之一[9]。任竹梅[10]采用五倍子蚜mtDNA COI基因的部分序列分析了五倍子蚜的系統發育關系；龐雅文等[11]用mtDNA COI基因的部分序列對北美五倍子蚜進行了分類及其系統發育地位的研究。

本研究以線粒體DNA COI基因序列為分子標記，分析我國鐵倍蚜屬棗鐵亞種種群之間的單倍型分布、遺傳結構和變異等，旨在為更好地保護和合理利用這一生物資源、創造更大的經濟價值提供重要的指導意義。

1 材料和方法

1.1 材料

樣本采自野外7個自然種群，共58個個體。具體樣本信息列于表1。

表1 本研究所用鐵倍蚜屬棗鐵亞種樣本信息

1.2 方法

采用硅膠膜離心柱法提取蚜蟲總DNA。PCR擴增的目的片段為mtDNA COI基因部分序列，擴增引物序列及PCR擴增體系和循環程序參考文獻[12]進行。

1.3 數據分析

將測序得到的雙向序列使用Sequencher 4.5進行人工校準，拼接好的序列在ClustalX（v1.83）軟件進行對位排列和同源性比較；采用Mega 5.0，DnaSP5.0和Arlequin veision 3.0.1軟件，計算各物種間的遺傳變異指數；采用TCS1.21和PAUP軟件分別構建單倍型網絡圖和MP系統發育關系[13-16]。

2 結果與分析

2.1 序列單倍型分布及多樣性

所測定的鐵倍蚜屬棗鐵亞種mtDNA COI基因序列共產生了23個不同的單倍型（占所測定樣本的39.7%），其單倍型數量和分布列于表2。從表2可以看出，4個單倍型為共享單倍型；單倍型M17和M22為主體單倍型，分別占所測定樣本的17.24%和10.34%；剩余的單倍型獨立存在于各地理種群中，說明各地理種群中也有一定程度的基因流動。

表2 鐵倍蚜屬棗鐵亞種種群COI基因序列單倍型分布

各種群內總體單倍型多樣度為0.943±0.015，其總體核苷酸多樣度為0.020±0.002。其中，陜西安康種群（AK）的單倍型多樣度和核苷酸多樣度最大，而陜西城固種群（CG）的單倍型多樣度最小，四川通江種群個體的核苷酸多樣度最小。

2.2 種群的遺傳結構

AMOVA分析顯示，鐵倍蚜屬棗鐵亞種mtDNA COI基因序列67.23%的變異存在于種群間，32.77%的變異存在于種群內；平均Fst值為0.672 4（P＜0.001），表明鐵倍蚜屬棗鐵亞種種群間變異高于種群內變異，種群間出現顯著分化。通過種群間遺傳距離和Fst值的分析可知，五峰與城固種群間的Fst值相對較低，而水富種群與其余種群間的Fst值比較大，說明水富種群與其他種群間的分化水平較高，可能與云南水富地處金沙江與橫江交匯的三角地帶，降雨量較多，日照較少，限制了其種群的遺傳分化有關[17-19]。

2.3 譜系地理分布格局及分子聚類關系

以紅小鐵棗蚜和Melaphis rhois為外類群，構建鐵倍蚜屬棗鐵亞種不同單倍型間的MP聚類關系，運用TCS軟件構建單倍型間的網絡結構圖（圖1-A和圖1-B）。

結果顯示，棗鐵亞種mtDNA COI基因序列不同單倍型之間有一定的分歧，但不同種群間的關系基本上得到與地理分布相一致的結果；23個單倍型共形成3個大的簇群，其中，云南水富種群的所有單倍型單獨構成一個分支，來自竹山、巴中、五峰、城固和安康以及五峰、城固、安康、遵義和竹山的各10個單倍型分別聚為一支，與水富種群間的關系較遠，這3支的network沒有結點，分析認為，這3個類群應該屬于不同的種。鑒于本研究結果，在以后研究中將進一步增加種群和樣本數量，并選擇更多的分子遺傳標記進行驗證和探討。

3 結論

本研究所測得的58個樣本的鐵倍蚜屬棗鐵亞種mtDNA COI基因序列共產生了23個不同的單倍型，其中，4個單倍型為共享單倍型，其余的單倍型獨立存在于各地理種群中，因此，推斷各種群之間存在一定的基因交流。通過對鐵倍蚜屬棗鐵亞種7個種群的遺傳多樣性指數進行分析可知，陜西安康種群的單倍型多樣度和核苷酸多樣度最大，四川通江種群的核苷酸多樣度最小。AMOVA分析顯示，鐵倍蚜屬棗鐵亞種種群間變異遠高于種群內變異，種群間出現顯著分化。通過種群間遺傳距離和Fst值的分析可知，水富種群與其他種群間的Fst值比較大，說明水富種群與其他種群間的分化水平較高，這可能是由于水富種群所處的地理環境與生態條件，限制了其種群的遺傳分化。由鐵倍蚜屬棗鐵亞種不同單倍型間的MP聚類關系與其TCS網絡結構圖分析可得，不同種群間的聚類關系基本上得到與地理分布相一致的結果，23個單倍型共形成了3大簇群，并且彼此之間的network并無節點，據此推測這3大簇群應屬于不同的種。

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Population Genetic Differentiation ofKaburagia rhusicola ensigallisInferred from mtDNACOISequences

LI Jing-long，RENZhu-mei
（College ofLife Sciences，Shanxi University，Taiyuan 030006，China）

The population genetic diversity and structure of the Rhus gall aphid Kaburagia rhusicola ensigallis were examined by analyzingtheDNAsequencesofthemitochondrialcytochromecoxidasesubunitsI.The1257bpsequenceswereobtainedfrom58 individuals ofseven populations,amongwhich there were 100 variable sites,accounting for about 7.9%ofthe total measured nucleotide sequence.A total of 23 haplotypes were detected based on 58 individuals across seven populations,among which there were two main haplotypes. There were eleven haplotypes shared by only one individual from one population,and eight haplotypes were shared by the different individuals from the same population,respectively.The average diversity of haplotypes was 0.943±0.015,and the average nucleotide diversity was 0.020±0.002.The molecular variance analysis（AMOVA）showed that the population genetic differentiation in K. rhuisicola ensigallis populations was very significant.The MP phylogenetic trees and TCS network relationship suggested that there was significant difference among different populations of K.rhusicola ensigallis,especially between the SF population and the others,and which might be a different species.

Kaburagia rhusicola ensigallis;COI gene;DNAsequence;genetic diversity

S899.4

A

1002-2481（2016）04-0432-04

10.3969/j.issn.1002-2481.2016.04.02

2015-12-07

國家自然科學基金項目（31170359）；國家“863”主題項目（SS2014AA021802）

李京隆（1988-），男，山西朔州人，在讀碩士，研究方向：分子進化。任竹梅為通信作者。