基于葉綠體和核基因片段序列的甘蒙檉柳譜系地理研究*

溫月仙 甘紅豪 史勝青 江澤平 吳利祿 褚建民

(1. 中國林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所 國家林業(yè)和草原局林木培育重點實驗室 北京 100091； 2. 中國林業(yè)科學(xué)研究院森林生態(tài)環(huán)境與保護研究所 北京 100091)

物種地理分布區(qū)域的變化會影響種群的遺傳結(jié)構(gòu)(Ricklefs, 1987； 2010; Herzogetal., 2010)并推動物種的歷史演化進程(Petitetal., 1997; Abbottetal., 2000; Hewitt, 2000)。譜系地理學(xué)(phylogeography)，是通過重建基因譜系，追溯近緣物種或種群間等位基因的演化關(guān)系，科學(xué)地解釋物種形成現(xiàn)有地理分布格局的成因(Aviseetal., 1987； Avise， 2010)。研究表明，與造山運動相關(guān)的地質(zhì)歷史事件對現(xiàn)存植物的分布格局、遺傳結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了重大影響(于海彬等， 2013； Wenetal., 2014)。例如由于青藏高原的隆升，該地區(qū)很多植物類群經(jīng)歷過快速輻射分化(Eatonetal., 2012; 李國棟， 2013； Zhangetal., 2014; Ebersbachetal., 2017)，高大的山體阻礙了居群間的基因交流，遺傳分化加劇(張茜， 2008； Xuetal., 2010; Liuetal., 2014)。隨著喜馬拉雅和青藏高原的隆起，中國的水系也發(fā)生了一系列的演變(李吉均，1999； 程捷等， 2001)，而水系的變遷勢必會對周邊植物的分布格局產(chǎn)生重要影響(孫航等， 2011)。通過對滇欖仁(Terminaliafranchetii)、皺葉醉魚草(Buddlejacrispa)、冬麻豆(Salweeniawardii)等植物的遺傳多樣性和譜系地理學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)水系的變遷是導(dǎo)致這些植物類群由間斷分布變?yōu)檫B續(xù)分布，或由連續(xù)分布變?yōu)楝F(xiàn)代的間斷分布格局的重要原因(孫航等， 2011)。

黃河是我國第二長河，其形成演化與青藏高原的隆升息息相關(guān)。先后經(jīng)青藏運動C幕、昆黃運動和共和運動，形成了現(xiàn)代黃河(李長安等，1998； 李吉均，1999； 李吉均等， 2001)。關(guān)于黃河流域譜系地理的研究多集中于動物方面，例如 Zhou等(2016)通過研究黃河流域4個地區(qū)的赤眼鱒(Squaliobarbuscurriculus)，發(fā)現(xiàn)赤眼鱒種群在全新世發(fā)生了突然的空間擴張，推測是由于氣候變暖和黃河流域的變遷引起的； Duan等(2009)研究了黃河鯉科(Cyprinidae)Schizothoracine魚的譜系地理結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)其種群遺傳結(jié)構(gòu)與黃河的形成緊密相關(guān)。然而，黃河的形成演化對植物遺傳結(jié)構(gòu)影響的報道相對較少。

甘蒙檉柳(Tamarixaustromongolica)隸屬于檉柳科(Tamaricaceae)檉柳屬(Tamarix)，性喜水，耐干旱、鹽堿和霜凍，是我國黃河流域特有種，廣泛分布于青海、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古、陜西、山西、河南、山東等省(自治區(qū))(張鵬云等，1990； 劉銘庭， 2012； 李法曾等， 2016)，是研究黃河形成演化影響植物遺傳結(jié)構(gòu)的優(yōu)良材料。目前，對甘蒙檉柳的研究多集中于抗鹽性評價及其生理機制等方面，通過對甘蒙檉柳、枸杞(Lyciumchinense)、樟子松(Pinussylvestrisvar.mongolica)、杜松(Juniperusrigida)、白榆(Ulmuspumila)、新疆楊(Populusalbavar.pyramidalis)等樹種進行鹽脅迫試驗，綜合評價之后發(fā)現(xiàn)甘蒙檉柳的耐鹽性最強(劉克東， 2012)。對不同鹽濃度下甘蒙檉柳和檉柳(Tamarixchinensis)根系生長及生理特性進行研究，發(fā)現(xiàn)高鹽條件下，二者均通過增加根系生物量分配比例來緩解鹽分對根系的危害(宋香靜等， 2017)。但是，目前關(guān)于甘蒙檉柳的研究主要集中在宏觀生理生態(tài)領(lǐng)域，有關(guān)甘蒙檉柳進化歷史的研究則較少。Liang等(2018)利用2個葉綠體片段(trnL-F,rps16)和1個核基因ITS序列，研究了黃河形成對甘蒙檉柳(青海、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古、陜西、山西)和檉柳(陜西、山西、河南、山東)擴張的影響，發(fā)現(xiàn)甘蒙檉柳居群是從黃河上游遷移至下游的。盡管Liang等(2018)的工作對該種的遷徙有很好的解釋，但是該研究的采樣地點僅到達黃河上游甘肅省和青海省的交界處(民和縣)，而缺乏對黃河溯源加長(黃河支流溯源侵蝕進入共和盆地、興海盆地等)部分樣本的分析，無法完整地揭示甘蒙檉柳居群的遷移過程。

本文在對我國甘蒙檉柳的野生資源進行系統(tǒng)調(diào)查、收集與保存的基礎(chǔ)上，根據(jù)甘蒙檉柳的枝、葉等形態(tài)特征進行了鑒定，比較全面地采集了黃河流域自然分布的甘蒙檉柳樣品； 利用葉綠體基因trnQ-rps16片段和核基因ITS序列研究其遺傳多樣性及譜系地理結(jié)構(gòu)，探討甘蒙檉柳居群的擴張歷史，推測黃河形成對其現(xiàn)有地理分布格局的影響。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

通過查閱《中國植物志》(張鵬云等，1990)以及各省植物志、文獻資料等，對分布于我國黃河流域的甘蒙檉柳進行實地調(diào)查，記錄其原生生態(tài)資料(如經(jīng)緯度、海拔等信息)，并采集幼嫩葉片。采樣植株間距大于50 m，居群之間距離大于15 km，采集的甘蒙檉柳葉片立即干燥保存。目前，已收集到青海、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古、陜西、山西、河南、山東共8個省(自治區(qū))17個居群266個甘蒙檉柳單株葉片樣品(表1)，甘蒙檉柳的形態(tài)特征及部分省區(qū)的天然分布見圖1。以檉柳科水柏枝屬(Myricaria)的寬苞水柏枝(M.bracteata)、檉柳屬的沙生檉柳(T.taklamakanensis)和剛毛檉柳(T.hispida)為外類群，樣品取自甘肅省敦煌市。

表1 甘蒙檉柳采樣信息Tab. 1 The sampling information of Tamarix austromongolica

1.2 DNA提取、擴增、測序及引物篩選

植物總DNA提取采用改良的CTAB法(Doyle, 1991)。通過查閱文獻，選取3對葉綠體通用引物和核基因ITS序列(表2)，獲取其序列信息并合成引物(北京擎科新業(yè)生物技術(shù)有限公司)，用于甘蒙檉柳多態(tài)性葉綠體基因及核基因序列片段的篩選。PCR反應(yīng)體系為20 μL： 5×Buffer (Mg2+plus) 4 μL，dNTP 1.6 μL(各2.5 mmol·L-1)，Taq DNA聚合酶 0.5 μL (2.5 U·μL-1)(PrimeSTAR? HS DNA Polymerase，TaKaRa)，Primer 0.4 μL (10 μmol·L-1)，模板DNA 1 μL，ddH2O 12.1 μL。PCR反應(yīng)程序為： 98 ℃預(yù)變性1 min； 然后98 ℃變性10 s，58 ℃退火5 s，72 ℃延伸60 s，共35個循環(huán)； 最后72 ℃延伸7 min。利用1%的瓊脂糖凝膠電泳篩選出條帶清晰的PCR擴增產(chǎn)物，并對其進行雙向測序(北京擎科新業(yè)生物技術(shù)有限公司)，測序儀器為ABI 3730XL DNA 分析儀(Applied Biosystems，F(xiàn)oster，CA，USA)。

圖1 甘蒙檉柳的形態(tài)特征與天然分布Fig.1 Morphological characteristics and natural distribution of T. austromongolicaA. 花； B. 莖葉； C-F: 甘蒙檉柳在山東昌邑市(C)、河南濟源市(D)、內(nèi)蒙古磴口縣(E)、青海同德縣(F)的分布。A． Flower; B. Cauline and leaf; C-F: The natural distribution of T. austromongolica in Changyi city in Shandong province(C), Jiyuan city in Henan province(D), Dengkou county, Inner Mongolia Autonomous Region(E), and Tongde county in Qinghai province(F).

表2 引物基本信息Tab. 2 Information of primers

1.3 基因片段的單倍型、遺傳多樣性、遺傳結(jié)構(gòu)及歷史動態(tài)分析

使用DNASTAR Lasergene(V7.1)軟件對原始序列進行正反拼接(Swindelletal., 1997)，并參照測序峰圖進行人工校正，采用BioEdit(V7.0.5.2)軟件比對序列(Hall, 1999)。其中，ITS序列中存在簡并堿基，因此首先利用DnaSP(V5.10)軟件將比對校正后的ITS序列拆分，再進行后續(xù)計算分析(Libradoetal., 2009)。利用DnaSP(V5.10)統(tǒng)計葉綠體序列和ITS序列的單倍型，計算各居群的單倍型多樣性指數(shù)Hd、核苷酸多態(tài)性指數(shù)π、基因流指數(shù)Nm、Tajima’sD以及Fu’s Fs，并進行失配分布分析。使用NETWORK(V5.0.0.3)軟件中的Median-Joining算法構(gòu)建單倍型間的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖(Bandeltetal., 1999)，并分析各單倍型間的系統(tǒng)進化關(guān)系。運用Arlequin(V3.5)的分子方差分析模塊計算甘蒙檉柳居群內(nèi)、居群間的遺傳變異(Excoffieretal., 2010)。使用PERMUT程序計算甘蒙檉柳的總遺傳多樣性HT、居群內(nèi)平均遺傳多樣性HS、遺傳分化系數(shù)GST和NST(Nei, 1973； 1978; Ponsetal., 1996)，檢驗是否具有明顯的譜系地理結(jié)構(gòu)。

2 結(jié)果與分析

2.1 引物篩選結(jié)果

本研究中trnH-trnK 引物擴增失敗，未能獲得目標條帶；trnK引物擴增成功但無變異位點； 葉綠體基因trnQ-rps16序列以及核基因ITS序列擴增成功且發(fā)現(xiàn)變異位點(>3個)，因此采用trnQ-rps16和ITS序列對所有甘蒙檉柳樣品進行擴增、測序。

2.2 甘蒙檉柳葉綠體和核基因單倍型變異與遺傳多樣性

葉綠體trnQ-rps16片段成功測序17個居群207個甘蒙檉柳個體，比對校正后的序列長度為590 bp，其中包含3個堿基突變位點、1個插入缺失位點，得到4個單倍型。單個種群的單倍型多樣性(Hd)為0～0.6，核苷酸多樣性(π)為0～1.69 ×10-3(表3)，總的單倍型多樣性Hd為0.12，總的核苷酸多樣性π為0.21 ×10-3。其中，永靖縣太極鎮(zhèn)(TJ)的Hd(0.509)、π(0.86×10-3)最高。

采用核基因ITS片段對232個個體測序分析，經(jīng)比對后ITS序列長度為612 bp，包含29個堿基突變位點，無插入缺失，得到32個單倍型。單個種群的單倍型多樣性(Hd)為0.108～0.867，核苷酸多樣性(π)為0.18 ×10-3～4.45 ×10-3(表3)，總的單倍型多樣性Hd為0.76，總的核苷酸多樣性π為2.59×10-3。所有單倍型序列均提交至GenBank(https:∥www.ncbi.nlm.nih.gov/WebSub/?tool=genbank)，葉綠體基因trnQ-rps16序列的接收號為MK392589-MK392592，核基因ITS序列的接收號為MK392593-MK392624。

2.3 甘蒙檉柳葉綠體和核基因單倍型分布與種群遺傳結(jié)構(gòu)

葉綠體單倍型H1出現(xiàn)頻率最高(194/207=93.7%)，分布于所有居群中，且位于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖中心位置，推測為古老單倍型； H2(6/207)、H4(5/207)次之，H2分布于積石山縣(JS)、永靖縣蘭永公路(LY)，H4分布于永靖縣太極鎮(zhèn)(TJ)、蘭永公路(LY)； H3為昌邑市(CY)特有單倍型(圖2A，表3)； H5-H8為外類群單倍型。

核基因單倍型R1頻率最高(211/464=45.5%)，除永濟市(YJ)、濱州市(BZ)外均有分布，R2(24/464)、R3(58/464)、R4(39/464)、R5(44/464)次之(表3)。由核基因ITS單倍型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖可看出，甘蒙檉柳居群可分為R1、R5兩個亞群，每個亞群又各自發(fā)生分化。單倍型R1分布范圍廣，頻率最高，處于單倍型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖的中心位置，推測R1為古老單倍型(圖2B，表3)。單倍型R33-R39為外類群單倍型。

表3 甘蒙檉柳居群內(nèi)單倍型分布及多態(tài)性①Tab. 3 Distribution and polymorphism of haplotypes in each population of T. austromongolica

①n: 序列數(shù)目；H: 所含單倍型數(shù)目；Hd: 單倍型多樣性；π: 核苷酸多樣性。n: Number of sequences sampled;H: Number of haplotypes;Hd: Diversity of haplotypes;π: Nucleotide diversity.

圖2 甘蒙檉柳單倍型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Fig.2 The haplotypes network of T. austromongolicaA. 葉綠體基因單倍型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)； B. 核基因單倍型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。A. The network of cpDNA haplotypes; B. The network of nDNA haplotypes.

對葉綠體基因片段分析發(fā)現(xiàn)，甘蒙檉柳總的遺傳多樣性HT為0.13，居群內(nèi)平均遺傳多樣性HS為0.109； 居群間遺傳分化系數(shù)GST為0.19、NST為0.15(P>0.05)，基因流Nm=1.38。核基因ITS序列結(jié)果顯示，甘蒙檉柳的整體遺傳多樣性HT為0.82，居群內(nèi)平均遺傳多樣性HS為0.618； 居群間遺傳分化系數(shù)GST為0.24、NST為0.22(P>0.05)，基因流Nm=0.89。分子方差分析(AMOVA)結(jié)果表明，葉綠體基因76.4%的遺傳變異存在于居群內(nèi)，核基因居群內(nèi)的遺傳變異為75.7%，顯著高于居群間的遺傳變異(cpDNA:16.53%； ITS:16.92%)(表4)。

表4 甘蒙檉柳種群的分子方差分析Tab. 4 Analysis of molecular variance(AMOVA)in T. austromongolica populations

2.4 種群歷史變化動態(tài)分析

葉綠體基因的Tajima’sD值為-1.389 49，F(xiàn)u’s Fs值為-2.813； 核基因的Tajima’sD值為-1.736 39，F(xiàn)u’s Fs值為-23.317。葉綠體和核基因的Tajima’sD和Fu’s Fs值均為負值，此外，失配分析發(fā)現(xiàn)甘蒙檉柳期望擴張群體的分布曲線與實際觀測所得分布曲線基本吻合，呈現(xiàn)單峰分布(圖3)，表明甘蒙檉柳種群經(jīng)歷過快速擴張。

圖3 甘蒙檉柳葉綠體基因(A)和核基因(B)的失配分析Fig.3 Mismatch-distribution analysis of cpDNA (A) and nDNA (B) in T. austromongolica

3 討論

3.1 甘蒙檉柳的遺傳多樣性

甘蒙檉柳葉綠體基因trnQ-rps16片段的結(jié)果顯示，居群總的單倍型多樣性Hd為0.12，總的核苷酸多樣性π為0.21 ×10-3，總的遺傳多樣性HT為0.13，低于Petit等(2005)所匯總的170個物種的葉綠體變異的平均值(0.67)，表明甘蒙檉柳葉綠體基因在物種水平上的遺傳多樣性較低。Liang等(2018)通過研究甘蒙檉柳和檉柳2個物種的譜系地理結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)葉綠體基因的遺傳多樣性較低。張如華(2011)基于3對cpSSR引物對檉柳進行遺傳多樣性分析，結(jié)果顯示檉柳的遺傳多樣性為0.28，同樣處于較低水平。這可能是由于葉綠體DNA為母系遺傳，靠種子進行傳播，而甘蒙檉柳的種子小且被毛，無休眠期，遇水即可萌發(fā)，可隨風(fēng)力或水力遠距離傳播，也可附著于動物身上進行傳播(Hamilton, 1962； 王仲禮， 2005)，居群間基因交流較為容易，加之葉綠體基因相對保守，導(dǎo)致甘蒙檉柳葉綠體基因的遺傳多樣性水平較低。

基于核基因ITS序列的研究發(fā)現(xiàn)甘蒙檉柳物種水平上的遺傳多樣性較高，居群總的單倍型多樣性Hd為0.76，總的核苷酸多樣性π為2.59 ×10-3，總的遺傳多樣性HT為0.82，高于Petit等(2005)基于77個物種的核基因標記得出的被子植物核基因變異的平均值(0.137)。張如華(2011)采用SSR分子標記研究了10個檉柳居群的遺傳多樣性，結(jié)果顯示檉柳物種水平的基因多樣度為0.590 6； 李銳(2007)對6個檉柳居群研究發(fā)現(xiàn)其Nei多樣性指數(shù)(h)為0.456； 趙景奎等(2008)通過RAPD技術(shù)，研究的黃河三角洲3個自然檉柳居群的種水平基因多樣度為0.406 1。本研究結(jié)果與上述研究結(jié)果一致，均表明檉柳屬在物種水平上具較高的遺傳多樣性。物種的繁育系統(tǒng)是影響其遺傳多樣性的重要因素，廣泛分布的、異交長壽木本植物具有較高的遺傳多樣性(Hamricketal., 1989; Nybometal., 2000)。甘蒙檉柳為多年生木本植物，廣泛分布于黃河流域，適應(yīng)性強，性喜水也耐鹽堿，一般為優(yōu)勢種和建群種，群體數(shù)量較大，保留了較豐富的遺傳多樣性。另外，核基因為雙親遺傳，通過連鎖互換、自由組合等形式發(fā)生基因重組，增加了居群的遺傳變異。甘蒙檉柳的繁育系統(tǒng)為兼性異交，需要靠蠅類和蜜蜂等多種昆蟲為其傳粉，大大增加了異交的機會； 此外，甘蒙檉柳一年三季開花，花期5—9月，花朵和花序數(shù)量眾多，且每朵花中含10～20個胚珠，為產(chǎn)生大量種子提供了基礎(chǔ)，果實成熟期和種子萌發(fā)期較短(王仲禮， 2005)，龐大的種子庫為其遺傳多樣性提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。

3.2 甘蒙檉柳的遺傳結(jié)構(gòu)

居群遺傳分化系數(shù)GST是基于單倍型頻率的遺傳指數(shù)(Nei, 1973； 1978)，而NST是基于單倍型的頻率和遺傳距離的遺傳指數(shù)，因此，當NST顯著大于GST時，表明居群間存在明顯的譜系地理結(jié)構(gòu)，當NST等于或小于GST時，表明居群間遺傳分化不明顯(Ponsetal., 1996)。本研究中，通過對葉綠體基因片段研究發(fā)現(xiàn)，居群遺傳分化系數(shù)GST為0.19，NST為0.15(P>0.05)，小于Petit等(2005)總結(jié)的124種被子植物母系遺傳的葉綠體遺傳分化系數(shù)GST(0.637)，表明甘蒙檉柳居群間遺傳分化較小，且NST、GST均不顯著(P>0.05)，NST小于GST，表明居群間無明顯的譜系地理結(jié)構(gòu)。居群總的遺傳多樣性HT(0.13)與居群內(nèi)平均遺傳多樣性HS(0.109)數(shù)值相近，說明居群間基因交流較為頻繁，本研究中甘蒙檉柳居群間具有較高葉綠體基因流(Nm=1.38)也證實了這一點。與其他使用葉綠體基因序列對廣布種天然居群的研究相比，如朱仁斌(2016)利用5條葉綠體DNA對自然分布區(qū)的文冠果(Xanthocerassorbifolium)研究發(fā)現(xiàn)，其遺傳分化系數(shù)GST為0.783，基因流為0.03； 孫榮喜(2017)對楓香樹(Liquidambarformosana)的研究結(jié)果顯示GST為0.645，Nm為0.18； 本研究中的遺傳分化系數(shù)GST較低，基因交流相對頻繁，這可能與甘蒙檉柳特殊的生境有關(guān)。甘蒙檉柳為黃河流域特有種，大多生長在黃河周邊，楊維康等(2002)調(diào)查研究了新疆境內(nèi)檉柳屬植物的分布與群落類型，表明水在檉柳屬植物現(xiàn)代地理分布形成中起決定性作用，甘蒙檉柳的種子可隨風(fēng)力或水力遠距離傳播，也可附著于動物身上進行傳播(Hamilton, 1962； 王仲禮， 2005)，居群間較為頻繁的基因交流，可能是導(dǎo)致遺傳分化較小的主要原因。

核基因ITS序列的結(jié)果顯示，居群間遺傳分化系數(shù)GST為0.24，NST為0.22(P>0.05)，雖高于Petit等(2005)總結(jié)的基于雙親遺傳標記的22種植物的平均遺傳分化程度(GST=0.15)，但GST和NST均不顯著，且NST小于GST，說明居群間無明顯的譜系地理結(jié)構(gòu)。AMOVA結(jié)果亦顯示甘蒙檉柳的遺傳變異主要發(fā)生在居群內(nèi)(75.68%)，明顯高于居群間(16.92%)的遺傳變異。張如華(2011)通過SSR分子標記對10個檉柳居群的遺傳變異進行研究，SSR結(jié)果顯示檉柳居群的遺傳分化系數(shù)GST為0.050 3，基因流為4.736 5； 趙景奎等(2008)基于RAPD標記對黃河三角洲的3個檉柳居群進行研究，發(fā)現(xiàn)GST為0.050 7，基因流為9.356 4。本研究中的GST(0.24)值大于上述研究結(jié)果，基因流相對較小，一方面可能是由于分子標記的不同所導(dǎo)致的差異，另一方面因為本研究中所采集的樣本范圍廣泛，西起青海省，東至山東省，地理距離在一定程度上限制了居群間的基因交流。但甘蒙檉柳的結(jié)果亦顯示居群間遺傳分化較小，遺傳變異主要存在于居群內(nèi)，這可能與甘蒙檉柳的生境以及種子易于傳播有關(guān)，河流促進了各居群間的基因交流，致使其遺傳分化系數(shù)降低。

3.3 甘蒙檉柳種群的歷史動態(tài)分析

河流可作為非生物物理屏障，也可為有些物種分布和基因流提供地理便利或通道(劉慎諤，1985； Gengetal., 2015)。劉慎諤(1985)在河流流向?qū)χ参锓植嫉挠绊懼刑岬剑壗z花(Rosaroxburghii)多分布于四川、貴州，而云南僅大理有分布，推測該物種是沿著金沙江古道擴散至大理的。Zhang等(2011)探討了河流被襲奪或改道對滇欖仁分布格局和遺傳多樣性變化的影響，發(fā)現(xiàn)滇欖仁現(xiàn)存的間斷分布模式與紅河改道造成河流重建的地質(zhì)事件有關(guān)。本研究中發(fā)現(xiàn)甘蒙檉柳居群經(jīng)歷過快速擴張(圖3)，這可能與黃河的貫通有關(guān)。

單倍型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖可以反映單倍型的進化關(guān)系，研究表明，一般位于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖的中間位置、頻率較高、地理分布廣泛的單倍型更為古老(Freelandetal., 2012)，本研究中葉綠體單倍型H1、核基因單倍型R1的頻率最高，位于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖的中心位置，且地理分布最為廣泛(圖2)，可能為古老單倍型?；诘旎咝?yīng)，原始居群的遺傳多樣性要比遷移擴散形成的居群高，具有更多的特有單倍型(Hewitt, 2000)。本研究中，葉綠體基因結(jié)果顯示，永靖縣太極鎮(zhèn)(TJ)的Hd、π最高，積石山縣(JS)次之，具特有單倍型H2、H4； 核基因ITS的結(jié)果顯示，永靖縣蘭永公路(LY)的π最高，Hd較高，具特有單倍型R31、R32(表3)，而永靖縣與積石山縣以黃河為界，隔河相望，因此，認為該地區(qū)附近可能為甘蒙檉柳居群的起源中心。種群遺傳結(jié)構(gòu)與物種地理分布區(qū)的變化息息相關(guān)(Ricklefs, 1987; Abbottetal., 2000; Hewitt, 2000)。青藏運動C幕時期，湟水谷底和黃河蘭州段首次形成了連續(xù)分布的河流沖積層，在蘭州發(fā)現(xiàn)了黃河最高級階地，此處的黃河最為古老(李吉均等，1996； 李長安等，1998)。永靖縣臨近于湟水與黃河的交匯處，東北與蘭州市接壤，這也支持了甘蒙檉柳起源中心在永靖縣與積石山縣附近的推測。

葉綠體基因為母性遺傳，無重組，具有獨立的進化歷史，相對于核基因更能反映居群的歷史動態(tài)(Kingetal., 1998; Schaaletal., 1998; Petitetal., 2005)，本研究中的葉綠體結(jié)果顯示，TJ、LY、JS的單倍型種類豐富，多態(tài)性高，而其他居群大多只有1種單倍型(H1)，推測甘蒙檉柳居群是從甘肅省分別向上游的青海省和中下游省份遷移的，奠基者效應(yīng)造成新建成的居群遺傳多樣性較低。黃河經(jīng)昆黃運動、共和運動，古黃河一支流——劉家峽水系向高原溯源侵蝕，先后進入青海省的循化盆地、共和盆地、興海盆地等，并貫通了中下游段的一系列古湖泊、峽谷，最終形成現(xiàn)代統(tǒng)一的黃河(李長安等，1998； 李吉均，1999； 李吉均等， 2001)。因此，推測黃河的形成貫通是導(dǎo)致甘蒙檉柳居群遷移擴散的重要因素。

4 結(jié)論

本研究探討了我國特有種甘蒙檉柳的譜系地理結(jié)構(gòu)及居群遷移演化進程。甘蒙檉柳葉綠體基因的遺傳多樣性水平較低，核基因的遺傳多樣性較高。居群間的遺傳分化小，遺傳變異主要發(fā)生在居群內(nèi)，無明顯的譜系地理結(jié)構(gòu)。該居群經(jīng)歷過快速擴張，這可能與黃河的貫通有關(guān)，單倍型H1、R1為古老單倍型，甘蒙檉柳的起源中心可能為甘肅省積石山縣、永靖縣附近，隨著黃河的形成從甘肅省分別向黃河上游(青海省)和中下游遷移。