Genetic Diversity and the Survival of Populations

Abstract: In this comprehensive review, a range of factors is considered that may influence the significance of genetic diversity for the survival of a population. Genetic variation is essential for the adaptability of a population in which quantitatively inherited, fitness-related traits are crucial. Therefore, the relationship between genetic diversity and fitness should be studied in order to make predictions on the importance of genetic diversity for a specific population. The level of genetic diversity found in a population highly depends on the mating system, the evolutionary history of a species and the population history (the latter is usually unknown), and on the level of environmental heterogeneity. An accurate estimation of fitness remains complex, despite the availability of a range of direct and indirect fitness parameters. There is no general relationship between genetic diversity and various fitness components. However, if a lower level of heterozygosity represents an increased level of inbreeding, a reduction in fitness can be expected. Molecular markers can be used to study adaptability or fitness, provided that they represent a quantitative trait locus (QTL) or are themselves functional genes involved in these processes. Next to a genetic response of a population to environmental change, phenotypic plasticity in a genotype can affect fitness. The relative importance of plasticity to genetic diversity depends on the species and population under study and on the environmental conditions. The possibilities for application of current knowledge on genetic diversity and population survival for the management of natural populations are discussed.     

Genetic Diversity among Ancient Nordic Populations

Using established criteria for work with fossil DNA we have analysed mitochondrial DNA from 92 individuals from 18 locations in Denmark ranging in time from the Mesolithic to the Medieval Age. Unequivocal assignment of mtDNA haplotypes was possible for 56 of the ancient individuals; however, the success rate varied substantially between sites; the highest rates were obtained with untouched, freshly excavated material, whereas heavy handling, archeological preservation and storage for many years influenced the ability to obtain authentic endogenic DNA. While the nucleotide diversity at two locations was similar to that among extant Danes, the diversity at four sites was considerably higher. This supports previous observations for ancient Britons. The overall occurrence of haplogroups did not deviate from extant Scandinavians, however, haplogroup I was significantly more frequent among the ancient Danes (average 13%) than among extant Danes and Scandinavians (∼2.5%) as well as among other ancient population samples reported. Haplogroup I could therefore have been an ancient Southern Scandinavian type “diluted” by later immigration events. Interestingly, the two Neolithic samples (4,200 YBP, Bell Beaker culture) that were typed were haplogroup U4 and U5a, respectively, and the single Bronze Age sample (3,300–3,500 YBP) was haplogroup U4. These two haplogroups have been associated with the Mesolithic populations of Central and Northern Europe. Therefore, at least for Southern Scandinavia, our findings do not support a possible replacement of a haplogroup U dominated hunter-gatherer population by a more haplogroup diverse Neolithic Culture.     

濒危植物连香树居群的遗传多样性和遗传分化研究

利用ISSR分子标记技术对濒危植物连香树10个居群的遗传多样性和遗传变异进行了分析,结果表明:连香树物种水平遗传多样性较高,多态位点百分率(PPB)达到69.59%,Nei’s基因多样性指数(H)和Shannon信息指数(I)分别为0.231 3和0.351 4;而在居群水平上,多态位点百分率(PPB)为30.61%,Nei’s基因多样性指数(H)和Shannon信息指数(I)分别为0.115 6和0.173 3。遗传变异分析表明,居群间遗传分化程度高,遗传分化系数(GST)为0.500 3,居群间基因流Nm为0.527 3。Mantel检测,居群间的遗传距离和地理距离之间不存在显著的相关性。生境的片断化使居群间的基因流受阻,可能是导致居群间高遗传分化和居群水平低遗传多样性的主要原因。     

箭叶淫羊藿居群形态及遗传多样性比较研究

箭叶淫羊藿（Epimedium sagittatum）是淫羊藿属中分布最广、形态变异最大、分类学最难处理的一个物种,不同箭叶淫羊藿居群其形态、活性成分等差异较大,质量极其不稳定。本实验选择湖北罗田等12个不同的箭叶淫羊藿地理居群,在武汉植物园进行同园栽培,分析其主要形态数量性状及遗传多样性。结果发现箭叶淫羊藿不同居群在形态上表现出各自明显的差异。基于AFLP数据进行的遗传多样性分析显示,各居群聚类关系与地理分布密切相关,柳州居群（LZ）、西南居群（CL、HH、ZY）、华东华中居群（YT、WN、NF、HS、QZ、SG、LY、LT）依次分出。而形态分层聚类分析显示各居群形态变异复杂,只有部分与遗传多样性有一定的相关性。本研究结果对箭叶淫羊藿分类研究及资源筛选具有重要指导作用。     

水杉栽培居群的遗传多样性研究

利用RAPD技术,对9个水杉(Metasequoiaglyptostroboides)栽培居群的遗传多样性进行了初步研究。用10bp的随机引物16条,共扩增出103个位点,其中37个为多态位点,占35.92%。各居群的多态位点百分率在16.50%~33.01%之间。POPGENEversion1.31软件处理结果如下:居群的Shannon’s信息指数为0.1930。遗传距离在0.0130~0.0650之间,遗传一致度在0.9370~0.9871之间。AMOVA分析结果显示遗传变异主要存在于居群内,占89.05%,居群之间有一定的分化。上述结果表明水杉栽培居群的遗传多样性略低于自然居群,涵盖了自然居群近80%的遗传多样性。由此可以确认栽培水杉的种源是经过混合的,它们在相当程度上代表了自然居群的遗传多样性水平。采自潜江的9株丛枝水杉(Metasequoiaglyptostroboidesvar.caespitosa)没有扩增出特有位点,将其视为一个居群根据遗传一致度作UPGMA聚类分析时,该居群和湖北的3个居群及南京(NJ)、成都(CD)居群聚在一起;单株聚类时丛枝水杉也没有聚成独立的一支,而是比较分散,因此不支持将丛枝水杉作为水杉的一个变种的分类处理。从亲缘关系上看,丛枝水杉应当归属于湖北潜江蚌湖种子园(BH)和湖北潜江广华(GH)居群,这与其分布现状也是吻合的。     

Genetic Diversity of Orobanche cumana Populations in Serbia

In this study, we report genetic characterization of Orobanche cumana, the causal agent of sunflower wilting in Serbia. The genetic diversity of this parasitic plant in Serbia was not studied before. Random amplified polymorphic DNA (RAPD) markers and partial rbcL gene sequences analysis were used to characterize the O. cumana populations at the molecular level. While phylogenetic analyses of RAPD-PCR amplicons were performed using unweighted pair-group Method analyses, rbcL gene sequences were analyzed using neigbor joining method and minimum spanning tree. Molecular analyses of RAPD-PCR analysis revealed high genetic diversity of O. cumana populations which indicated high adaptive potential of this parasitic weed in Serbia. Further analyses of rbcL gene using minimum spanning tree revealed clear differences among diverse sections of Orobanche genus. Although this molecular marker lacked the resolution to display intrapopulation diversity it could be a useful tool for understanding the evolution of this parasitic plant. Our results suggested that O. cumana has great genetic potential which can lead to differentiation of more virulent races which is important for determining crop breeding strategies for their control.     

Rh系统单倍型在中国人群中的分布

对中国已发表的125个人群Rh血型系统表型分布频率数据进行了收集和整理。用累积计算法（Counting method)重新计算单倍型频率,通过各单倍型的分布差异分析中国不同地区不同种族、人群的遗传差异,分组比较了不同地区汉族和少数民族人群的基因多样度和基因分化度,结果表明南方少数民族和北方少数民族民族亚群体基因多样度有明显差异,用不同方法计算中小组遗传距离并进行聚类分析。最后,计算了除维吾尔族和哈萨克族外的68个人群间的遗传距离并聚类比较,结果表明Rh基因单倍型的分布与地理分布基本相符。     

白檀自然居群遗传结构与遗传多样性研究

采用ISSR分子标记技术分析了湖南省5个地区6个居群白檀的遗传多样性水平和遗传结构。结果表明,9条ISSR引物对6个居群的149份白檀样品PCR扩增检测到122个扩增位点,其中多态性位点113个,多态性比率高达92.62%。Nei's基因多样性指数(He)为0.3264,Shannon多样性指数(I)为0.4873,居群之间产生较大的遗传变异(Gst=0.5215,Nm=0.4588),AMOVA分子差异分析表明白檀居群间遗传分化程度高,51.07%的变异存在于居群间,48.93%的变异存在于居群内;UPGMA聚类分析将6个白檀居群分为3大类:大围山和龙山居群为一类,岳阳和道县居群组成另一类;衡山居群单独成一类,聚类原则跟地理位置不一致,与海拔高度有一定的相关性。     

广东高州普通野生稻(Oryza rufipogon Griff)的遗传多样性和居群遗传分化研究

利用30对SSR引物对广东高州普通野生稻3个群体进行了遗传多样性分析和居群遗传分化研究.结果表明,30对引物中只有20对表现出多态,多态位点比率P为66.7%;在20个多态位点中共检测出81个等位变异,平均等位变异数(Ap)为4.05 个;3个群体总的遗传多样性(Ht)为0.61,其中,居群内的遗传多样性为居群间的遗传多样性的3倍多,说明总的遗传多样性主要来自居群内;虽然居群间的遗传分化系数(G ST)较低,仅为0.2427,但当遗传相似系数临界值增加时,3个群体在聚类图上相对独立 ,说明3个群体既存在着高度的遗传相似性,又具有一定程度的遗传分化,可以作为3个居群进行原生境保护.     

缢蛏种群遗传多样性的周年变异分析

利用线粒体COI标记分析了福建省宁德市漳湾镇横屿村滩涂5个月份缢蛏群体(S3,S5,S7,S9,S11)的遗传结构,以期评估不同月份时期种群的遗传多样性差异。基于线粒体COI基因的结果表明,5个缢蛏群体的平均核苷酸差异数位于2.7836-3.6894之间,核苷酸多样性指数位于0.0050-0.0066之间,遗传多样性水平大致表现为S3和S5群体较高于S7和S9群体,明显高于S11群体。AMOVA分析结果显示,群体间遗传变异量占总变异的7.18%,而群体内变异达到了92.82%,说明遗传差异主要来自于群体内部。由此可见,从3月份到11月份,缢蛏群体的遗传多样性水平呈现出下降趋势,尤其是在11月份,差异最为明显。     

刺槐不同居群遗传多样性的ISSR分析

利用ISSR标记对全国10个刺槐居群子代100个个体的遗传多样性进行了比较分析,从65个随机引物中筛选出10个多态性引物进行扩增,共检测到91个位点,多态位点数(AP)为85,多态位点百分率(P)为93.41%.刺槐在种级水平的遗传多样性参数略高于居群水平,多态位点百分率(P)分别为95.60%、69.01%,Shannon′s信息指数(I)分别为0.6145、0.3733,Nei′s基因多样性指数(H)分别为0.4337、0.2514.居群间的遗传分化指数Gst、Nei′s基因多样性指数和Shannon′s信息指数统计结果,均显示出中国刺槐居群内遗传多样性大于居群间遗传多样性.利用PopGen32软件对10个居群进行聚类分析可知,10个刺槐群体可分为三大类,亲缘关系和地理分布呈一定的相关性,但没有形成明显的地理变异模式.     

西南地区硬枝野荞麦(Fagopyrum urophyllum)居群的遗传多样性研究

采用等位酶电泳技术了云南省中北部昆明、富民、宾川3县（市）及四川省西南布拖县的硬枝野荞麦（Fagopyrum urophyllum)6个天然居群的遗传多样性和分化。硬枝野荞麦居群内维持有较高的遗传多样性,多态位点比率为50．0％,预期杂合度和观察杂合度分别为0．251和0．471。并对硬枝野荞麦（F.urophyllum)与栽培荞麦之间遗传变异作了比较。     

吉富罗非鱼群体遗传多样性的AFLP分析

为了分析吉富罗非鱼的遗传多样性,为其育种提供理论依据,本实验利用5对引物组合(E-AGG/M-CTT, E-AGG/M-CTG, E-AAC/M-CAG, E-ACA/M-CTG, E-ACA/M-CAG)对广东省化州光辉养殖场有限公司新选育的吉富罗非鱼第16代群体(F16)进行遗传多样性的AFLP分析.27个个体共检出187个扩增位点,其中多态位点163个,平均每对引物扩增出32.6个位点,多态位点比例87.17%;平均Nei's基因多样性0.2886;平均Shannon's指数0.4339.结果说明实验群体存在较丰富的遗传多样性且保持有较高的遗传杂合度,具有进一步育种和开发的价值.     

内蒙古布氏田鼠地理种群遗传多样性

以MHCⅡ类基因第二外显子为分子标记,利用限制性内切酶分析法和序列分析法对8个布氏田鼠Lasiopodomys brandtii地理种群进行遗传多样性分析。结果显示,8个布氏田鼠地理种群的MHCⅡ类基因第二外显子酶切共检测到6个等位基因,定义21种单倍型,其中有3个单倍型为不同区域种群共享,经卡方检验,6个酶切多态性位点上基因型频率不符合Hardy-Weinberg平衡;序列分析显示,在261 bp的核苷酸序列中,有57个变异位点,单倍型多样性为0.746 5~0.873 3、核苷酸多样性为0.006 06~0.016 55。谱系分析得到3个稳定的分支:锡林浩特、二连浩特、东乌珠穆沁旗和西乌珠穆沁旗4个种群形成一个单元分歧的进化分支(A区域),新巴尔虎左旗、陈巴尔虎旗和新巴尔虎右旗3个种群成一个单元分歧的进化分支(B区域),而位于浑善达克沙漠南部的正镶白旗种群形成一个独立单元分歧的进化分支(C区域),分别与采集的地理种群相吻合。AMOVA分析结果表明,区域类群间的遗传变异占总变异比率的64.08%,区域内种群间占7.78%,种群内占28.14%。除正镶白旗种群外,布氏田鼠种群具有较丰富的遗传多样性,遗传变异主要发生在区域类群之间和种群内。     

大鳞副泥鳅5个野生群体的遗传多样性分析

利用微卫星分子标记分析了天津地区于桥水库、大黄堡湿地、七里海湿地、团泊水库和潮白新河5个野生大鳞副泥鳅群体的遗传多样性。5个群体在12个微卫星位点共检测到98个等位基因,平均等位基因数为8.500;有效等位基因数为2.713;平均观测杂合度为0.526;平均期望杂合度为0.544。5个群体间的遗传分化指数介于0.021~0.106之间,平均遗传分化指数为0.059,属中低水平的遗传分化。AMOVA分析结果显示,在总的变异中,94.1%的遗传变异来自群体内,5.90%的遗传变异来自于群体间。根据Nei’s遗传距离所绘制的系统树显示,于桥水库、团泊水库、七里海湿地和大黄堡湿地4个群体的遗传距离相对较小聚为一支,潮白新河群体单独为一支。遗传瓶颈效应分析表明,该5个群体近期未经受遗传瓶颈效应,处于突变-漂移平衡。总体来看,天津地区5个野生大鳞副泥鳅群体的遗传多样性较高,可作为品种选育的基础群体。     

广东5个野生大豆居群的遗传多样性分析

采用SSR分子标记对来自广东省5个县野生大豆居群的遗传多样性进行了分析,为广东野生大豆资源保护和利用提供依据。结果显示:(1)5个野生大豆居群在60个SSR位点共检测出263个等位变异,同一位点上等位基因数目最多为10个,最少为2个,平均为4.38个;不同群体中特有等位基因数不同,其中连州(LZ)和南雄(NX)野生大豆的特有等位基因数目较多,分别为19个和16个;Shannon指数(I)变化范围为0.162~2.174,期望杂合度(He)的变化范围为0.073~0.899。(2)广东连州(LZ)野生大豆居群的遗传多样性最高,而仁化(RH)野生大豆的遗传多样性最低,二者的Shannon指数(I)分别为0.811、0.113;群体分子方差(AMOVA)分析结果揭示,居群间变异占51%,群体内变异占49%,且仁化居群与其他居群间基因流较小。(3)依据遗传距离可将连州(LZ)和连南(LN)聚类为一类,乳源(RY)和南雄(NX)为一类,仁化(RH)单独为一类。研究表明,广东不同野生大豆居群间遗传多样性差异较大,而且居群内基因类型多,其中连州(LZ)和乳源(RY)野生大豆居群的遗传多样性较高,证明广东野生大豆群体保存了丰富的基因资源。     

滇牡丹天然居群的遗传多样性分析

以云南中部及西北部的6个滇牡丹(Paeonia delavayi)天然居群为研究对象,进行株高、新枝长等9个表型性状的表型多样性分析和ISSR分析。结果表明:9个表型性状变异幅度为0.9%~39.8%,平均值达到了18.9%;居群间生殖器官的变异较大,居群内营养器官更容易产生变异。利用居群间欧式距离进行聚类分析,6个居群聚为4个类群,没有与实际地理位置相吻合,说明表型特征的性状与地理距离的相关性不大。遗传多样性分析结果表明:利用筛选得到的10条引物,在取自6个自然居群、180个个体中,检测到56个多态位点。在居群水平上,多态位点百分率(PPB)为60.2%,Nei's基因多样性指数(H)和Shannon's信息指数(I)分别为0.281和0.414。在物种水平上,Nei's基因多样性指数(H)和Shannon's信息指数(I)分别为0.409和0.596。居群间的遗传分化系数(Gst)达0.319。结果显示,表型性状在居群间和居群内均存在广泛变异。滇牡丹遗传多样性水平较高,居群间遗传分化较大,滇牡丹并不濒危。     

二色胡枝子遗传多样性ISSR分析

利用ISSR分子标记技术对二色胡枝子的遗传多样性进行分析,16个ISSR引物共扩增出229条带,多态性条带209条,多态性比率为91%,居群的平均多态性位点比率为68.24%,胡枝子总遗传多样性Ht为0.392,Shannon指数为0.576,群体间基因分化系数Gst的变动范围非常大,平均值为0.2434,居群间基因流Nm为1.052。种群内的基因多样性占总群体的75.66%,种群间占24.34%,表明二色胡枝子种群具有丰富的遗传多样性,在育种上具有很大的遗传潜力。根据居群间遗传相似系数聚类,14个居群被聚成3大类群,且居群的遗传多样性参数与其地理、生态因子相关均不显著,遗传多样性无明显的地域性分布格局。     

浙江省境内乌药种群遗传多样性研究

利用ISSR分子标记方法对浙江省境内的8个乌药自然种群的遗传多样性和遗传分化进行了研究。从100个引物中筛选出12个用于正式扩增的ISSR引物,在8个种群160个个体中共检测到125个位点,其中多态位点100个,多态位点百分率(P)为80%,各种群P平均为60.5%。乌药总的Shannon信息指数(I)为0.3762,Nei指数(h)为0.246 4,各种群I平均为0.317 3,h平均为0.213 1。AMOVA分析表明在总的遗传变异中,11.44%的变异发生在种群间,88.56%的变异发生于种群内,种群间的遗传分化系数(Gst)为0.134 9,乌药种群间的基因流(Nm)为3.205 2。8个种群间的平均遗传距离为0.049 4,利用算术加权平均数法(UPGMA)对乌药8个种群进行聚类,结果可分为2大类群,台州市的水磨坑、上泮、苍山等3个种群聚为一类,其余5个种群聚为另一类。     

二色胡枝子遗传多样性AFLP分析

利用AFLP对二色胡枝子14个居群的161个个体的遗传多样性进行分析,5对引物共扩增出253条带,多态带百分率（P）为96.8%,二色胡枝子种群的平均位点等位基因数（Ao）为1.968,平均有效等位基因数（Ae）为1.643,Nei’s基因多样性指数（H）为0.369,Shannon信息指数（I）为0.544。14个种源的平均多态性条带数为159条,平均多态带百分率为62.9%,平均Nei’s基因多样性指数为0.257,I＝0.373。二色胡枝子遗传多样性的76.68%分布于种源内（Φst＝0.233 2）,各种源间的差异显著。聚类结果表明,二色胡枝14个种源可划分为三个大类,居群的遗传多样性参数与其地理、生态因子均不显著相关,遗传多样性无明显地域分布格局。