铁倍蚜属枣铁亚种mtDNACOI基因序列遗传分化

李京隆，任竹梅

（山西大学生命科学学院，山西太原030006）

铁倍蚜属枣铁亚种mtDNACOI基因序列遗传分化

李京隆，任竹梅

（山西大学生命科学学院，山西太原030006）

测定铁倍蚜属枣铁亚种7个种群共58个个体的mtDNA COI基因部分序列，分析其种群遗传结构和变异。结果表明，在测得的1 257 bp COI基因序列中有100个变异位点，58条序列共产生23个单倍型，其平均单倍型多样度为0.943±0.015，核苷酸多样度为0.020±0.002，其中，4个单倍型为不同种群的共享单倍型（2个单倍型为主体单倍型），11个单倍型为独享单倍型，8个单倍型为同一种群不同个体共享。AMOVA分析显示，枣铁亚种种群间的遗传变异较高，且分化显著。TCS网络图和聚类关系综合分析显示，不同单倍型按地理分布形成较明显的簇群，其中，云南水富所有个体单独构成一个分支，与其余种群关系较远，该种群可能属于不同的种。

铁倍蚜属枣铁亚种；COI基因；DNA序列；遗传分化

五倍子蚜特指寄生在漆树科盐肤木属植物上形成五倍子虫瘿的一类经济昆虫，属昆虫纲Insecta半翅目Hemiptera蚜总科Aphidoidea蚜科Aphididae，共6属12种，除北美分布一单属种Melaphis rhois外，其余各种分布于东亚，其中，我国分布有5属11种[1]。铁倍蚜属除肚倍蚜指名亚种外还包括3个亚种，其中，枣铁亚种Kaburagia rhusicola ensigallis是主要的亚种，分布较广[2-3]。五倍子是我国传统的中药，以其为原料生产的单宁酸、没食子酸和焦性没食子酸等系列产品，广泛应用于医药、化工、电子、食品和轻工等领域，前景广阔。肚倍蚜寄生于青麸杨、红麸杨上形成的肚倍单宁酸含量最高，约70%[3]。铁倍蚜属枣铁亚种作为形成肚倍的一种重要成瘿蚜，还未见有关其种群遗传多样性方面的研究报道。

遗传多样性不仅是生物多样性的核心，而且是物种多样性、生态系统多样性和景观多样性的基础，也是物种分化、生命进化和适应的基础，更是评价自然生物资源的重要依据和指标[4]，DNA分子标记技术被广泛应用于遗传多样性和谱系地理学、良种选育、品种鉴别、资源分类以及基因定位等方面的研究[5-8]，线粒体DNA序列标记已经成为目前物种遗传多样性分析的主要标记之一[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统发育关系；庞雅文等[11]用mtDNA COI基因的部分序列对北美五倍子蚜进行了分类及其系统发育地位的研究。

本研究以线粒体DNA COI基因序列为分子标记，分析我国铁倍蚜属枣铁亚种种群之间的单倍型分布、遗传结构和变异等，旨在为更好地保护和合理利用这一生物资源、创造更大的经济价值提供重要的指导意义。

1 材料和方法

1.1 材料

样本采自野外7个自然种群，共58个个体。具体样本信息列于表1。

表1 本研究所用铁倍蚜属枣铁亚种样本信息

1.2 方法

采用硅胶膜离心柱法提取蚜虫总DNA。PCR扩增的目的片段为mtDNA COI基因部分序列，扩增引物序列及PCR扩增体系和循环程序参考文献[12]进行。

1.3 数据分析

将测序得到的双向序列使用Sequencher 4.5进行人工校准，拼接好的序列在ClustalX（v1.83）软件进行对位排列和同源性比较；采用Mega 5.0，DnaSP5.0和Arlequin veision 3.0.1软件，计算各物种间的遗传变异指数；采用TCS1.21和PAUP软件分别构建单倍型网络图和MP系统发育关系[13-16]。

2 结果与分析

2.1 序列单倍型分布及多样性

所测定的铁倍蚜属枣铁亚种mtDNA COI基因序列共产生了23个不同的单倍型（占所测定样本的39.7%），其单倍型数量和分布列于表2。从表2可以看出，4个单倍型为共享单倍型；单倍型M17和M22为主体单倍型，分别占所测定样本的17.24%和10.34%；剩余的单倍型独立存在于各地理种群中，说明各地理种群中也有一定程度的基因流动。

表2 铁倍蚜属枣铁亚种种群COI基因序列单倍型分布

各种群内总体单倍型多样度为0.943±0.015，其总体核苷酸多样度为0.020±0.002。其中，陕西安康种群（AK）的单倍型多样度和核苷酸多样度最大，而陕西城固种群（CG）的单倍型多样度最小，四川通江种群个体的核苷酸多样度最小。

2.2 种群的遗传结构

AMOVA分析显示，铁倍蚜属枣铁亚种mtDNA COI基因序列67.23%的变异存在于种群间，32.77%的变异存在于种群内；平均Fst值为0.672 4（P＜0.001），表明铁倍蚜属枣铁亚种种群间变异高于种群内变异，种群间出现显著分化。通过种群间遗传距离和Fst值的分析可知，五峰与城固种群间的Fst值相对较低，而水富种群与其余种群间的Fst值比较大，说明水富种群与其他种群间的分化水平较高，可能与云南水富地处金沙江与横江交汇的三角地带，降雨量较多，日照较少，限制了其种群的遗传分化有关[17-19]。

2.3 谱系地理分布格局及分子聚类关系

以红小铁枣蚜和Melaphis rhois为外类群，构建铁倍蚜属枣铁亚种不同单倍型间的MP聚类关系，运用TCS软件构建单倍型间的网络结构图（图1-A和图1-B）。

结果显示，枣铁亚种mtDNA COI基因序列不同单倍型之间有一定的分歧，但不同种群间的关系基本上得到与地理分布相一致的结果；23个单倍型共形成3个大的簇群，其中，云南水富种群的所有单倍型单独构成一个分支，来自竹山、巴中、五峰、城固和安康以及五峰、城固、安康、遵义和竹山的各10个单倍型分别聚为一支，与水富种群间的关系较远，这3支的network没有结点，分析认为，这3个类群应该属于不同的种。鉴于本研究结果，在以后研究中将进一步增加种群和样本数量，并选择更多的分子遗传标记进行验证和探讨。

3 结论

本研究所测得的58个样本的铁倍蚜属枣铁亚种mtDNA COI基因序列共产生了23个不同的单倍型，其中，4个单倍型为共享单倍型，其余的单倍型独立存在于各地理种群中，因此，推断各种群之间存在一定的基因交流。通过对铁倍蚜属枣铁亚种7个种群的遗传多样性指数进行分析可知，陕西安康种群的单倍型多样度和核苷酸多样度最大，四川通江种群的核苷酸多样度最小。AMOVA分析显示，铁倍蚜属枣铁亚种种群间变异远高于种群内变异，种群间出现显著分化。通过种群间遗传距离和Fst值的分析可知，水富种群与其他种群间的Fst值比较大，说明水富种群与其他种群间的分化水平较高，这可能是由于水富种群所处的地理环境与生态条件，限制了其种群的遗传分化。由铁倍蚜属枣铁亚种不同单倍型间的MP聚类关系与其TCS网络结构图分析可得，不同种群间的聚类关系基本上得到与地理分布相一致的结果，23个单倍型共形成了3大簇群，并且彼此之间的network并无节点，据此推测这3大簇群应属于不同的种。

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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

国家自然科学基金项目（31170359）；国家“863”主题项目（SS2014AA021802）

李京隆（1988-），男，山西朔州人，在读硕士，研究方向：分子进化。任竹梅为通信作者。