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罗田板栗种质资源ISSR分子标记初步鉴定

时间:2022-03-04 08:29:28  浏览次数:

摘要:试验以湖北省罗田县的15个板栗主要栽培品种为材料,利用ISSR分子标记对15个板栗品种进行初步认证及亲缘关系分析。结果表明,从35条ISSR引物中筛选出17条能够扩增出清晰、稳定条带的引物;17条引物共扩增出392条带,其中多态性条带有344条,多态性条带比率为87.8%。应用NTSYS 2.10e软件进行UPGMA法聚类分析,15个板栗品种大致被分为三类。其中普通八月红和特殊八月红基本无遗传差异,玫瑰红与乌壳栗,六月暴和桂花香亲缘关系较近。初步鉴定结果可为板栗品种鉴别、分类及种质资源的有效利用提供理论依据。

关键词:罗田板栗;ISSR标记;品种鉴定

中图分类号:S664.2 文献标识码:A 文章编号:0439-8114(2012)14-3096-05

A Preliminary Identification on the Genetic Resources of Luotian Chestnut by

ISSR Markers

CHENG Shui-yuan1,2,YUAN Hong-hui1,2,CHENG Hua1,2,LI Lin-ling1,2,WANG Yan1,XU Feng1,JIANG De-zhi1,2

(1. Hubei Key Laboratory of Economic Forest Germplasm Improvement and Resources Comprehensive Utilization, Huanggang 438000,Hubei,China; 2. College of Chemistry and Life Science, Huanggang Normal University, Huanggang 438000,Hubei,China)

Abstract: The genetic resources of 15 chestnut varieties from Luotian county of Hubei provinces were analyzed by means of inter-simple sequence repeat (ISSR) markers. The results showed that 17 proper primers with rich polymorphism were selected from 35 ISSR primers. With these 17 primers, a total of 392 bands were amplified from the genome DNAs of the 15 varieties, among which 344 bands were polymorphism bands, with a polymorphism rate of 87.8%. 15 Luotian chestnut varieties could be divided into three categories by UPGMA cluster analysis of NTSYS 2.10e software. And there was almost no genetic difference between ordinary Bayuehong and special Bayuehong, the genetic relationship of Meiguihong and Wukeli, Liuyuebao and Guihuaxiang was very close to each other. It provided a theoretical foundation for the identification of chestnut varieties and the efficient utilization of the germplasm resources.

Key words: Luotian chestnut; ISSR marker; variety identification

板栗(Castanea mollissima Blume)俗称栗子,又名瑰栗、毛栗、风栗,是壳斗科栗属的植物,落叶乔木。我国板栗栽培历史悠久,种质资源丰富,在复杂的地理条件和气候条件下,形成许多生态类型和地方品种[1],河北、山东、湖北(罗田、麻城、大悟)、河南罗山、陕南镇安等地均是板栗著名的产区,其中尤以湖北罗田板栗最为著称。罗田栽培板栗品种多样,其中玫瑰红、浅刺大板栗、六月暴、乌壳栗、白毛早、红毛早、青毛早等品种栽培甚为广泛,对这些品种的划分传统方法主要依据板栗的形态特征、生物学特性等来鉴别,但在实际生产中对形态相似的品种仅依靠形态特征难以在苗木期就准确鉴别,且木本植物结实周期长,因而不利于优良品种的生产、推广和种质资源保存。如何准确鉴别品种,及时对新品种予以审定、注册、保护,建立准确可靠的品种特异性检测方法,对提高板栗的经济效益具有非常重要的实际价值[2]。

ISSR标记是近几年在微卫星分子标记基础上发展起来的一种新型分子标记技术[3],与其他分子标记如AFLP、RFLPs、SSRs、RAPD相比,具有多态性高、稳定性好、操作简便、费用低等优点。ISSR标记能有效揭示种群内的遗传多样性,进而分析其系统分化规律,研究群体遗传结构及其多样性程度[4]。因此,ISSR标记技术在园艺植物种质资源研究、遗传关系分析、变异品种鉴定等方面具有广泛应用[5-9]。

目前,ISSR分子标记在板栗中的应用研究报道并不多见,仅见艾呈祥等[10]采用ISSR分子标记对山东省内10个板栗居群的297个个体的遗传多样性水平及居群遗传结构进行了研究;韩继成等[11]通过优化的ISSR反应体系对河北省板栗生态型进行分析,以确定河北省板栗居群的遗传多样性。

本研究选用ISSR技术来探讨罗田板栗种质资源概况,以期能够更快速、准确、方便地获得板栗种质资源的遗传信息,从分子水平上为板栗种质资源的丰富和发展提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 植物材料 试验材料为湖北省罗田县板栗产区的15个栽培品种,每个品种随机选取10~20片幼嫩叶片装入做好标记的袋中,于-40 ℃冰箱中冷冻保存。材料来源和编号见表1。

1.1.2 主要试剂 琼脂糖、5×TBE缓冲液、2×Taq PCR MasterMix购自北京天根生化科技有限公司;Maker DL 2000购自宝生物工程(大连)有限公司;CTAB DNA提取试剂盒、30%聚丙烯酰胺、过硫酸胺、TEMED、硝酸银、氢氧化钠、甲醛、无水乙醇、冰醋酸等,购自武汉贝尔生物技术有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 板栗基因组DNA的提取与检测 本试验参考魏春红[12]、程丽莉等[13]的CTAB提取法略作改进,提取15个板栗品种叶片的总基因组DNA。0.8%琼脂糖凝胶电泳检测提取的DNA质量,紫外分光光度计检测DNA浓度,提取的总DNA于-20 ℃保存,备用。

1.2.2 引物来源及ISSR-PCR扩增反应体系的建立 试验所用引物是依据板栗EST文库,筛选出SSR序列,参照加拿大哥伦比亚大学网站公布的ISSR引物序列,共设计出35条扩增引物,由上海生工生物工程技术服务有限公司合成。

ISSR-PCR扩增反应体系为30 μL: 2×Taq PCR MasterMix反应液(0.1 U Taq Polymerase/μL、500 μmol/L dNTPs、20 mmol/L Tris-HCl、100 mmol/L KCl、3 mmol/L MgCl2 及稳定剂和增强剂)15 μL,引物3 μL,DNA模板50 ng,ddH2O 9 μL。反应程序设为:94 ℃预变性4 min;94 ℃变性30 s,41~55 ℃退火40 s(具体参考表2),72 ℃ 3 min,共35个循环; 72 ℃延伸10 min。

1.2.3 引物筛选 选用基因组DNA纯度较高的板栗样品为模板,分别对35个引物采用以上扩增程序进行PCR扩增。扩增产物先用0.8%的琼脂糖凝胶电泳初步检测,再用6%的聚丙烯酰胺凝胶电泳进一步分析,筛选出多态性较高的引物用于15个板栗样品的鉴定。

1.2.4 数据统计与分析 将选扩的PCR产物用6%的聚丙烯酰胺凝胶电泳分离,在90V电压下电泳约50 min,经硝酸银染色,氢氧化钠显影,所获得的扩增条带以0、1统计建立数据库。条带统计以其清晰可重复为基本原则,采用人工读带法,在相同迁移位置,有带记为1,无带记为0。在NTSYS 2.10e分析软件中,根据SM相似系数法求得品种间的遗传相似性矩阵,再用UPGMA进行聚类分析,构建系统进化树[14]。

2 结果与分析

2.1 引物筛选结果

随机选取普通八月红、北丰羊毛栗2个品种的DNA为模板,分别对35条ISSR扩增引物进行筛选,淘汰无扩增产物和多态性差的引物,选留扩增条带清晰且有明显多态性片段的引物。根据0.8%的琼脂糖电泳得到的初步检测结果(图1),结合6%的聚丙烯酰胺电泳(图2)的进一步分析,从中筛选出了17个引物(表2)。这些引物均能在供试板栗中扩增出清晰、稳定、重复性和多态性较高的条带。

图1结果显示,在泳道1~7、9~12、14~17、24~26、31、33~35中均有多态性条带,说明对应编号的引物都可为ISSR引物筛选提供参考。对其他泳道没有显示多态性条带的引物予以淘汰。

由图2聚丙烯酰胺电泳检测结果分析知,泳道1~7、10~12、15~17、24~26、31、33、34多态性条带数清晰且条带数均在6条以上,再结合图1初步筛选的结果确定了以下17条引物(表2)用于罗田15个板栗栽培品种的认证和鉴定。

2.2 ISSR多态性分析及指纹分析

用筛选出的17个引物分别对15个罗田板栗栽培品种DNA进行PCR扩增,经统计共扩增出392条DNA带,其中多态性条带344条,平均每个引物扩增出23.1条带,平均多态性位点百分率为87.8%,具体扩增结果见表2。不同引物扩增出的条带数有较大差异,引物L12、L1扩增出的条带较多,分别为31、30条;引物L24扩增出的条带数最少,为12条。引物多态性达90%以上的有L1、L2、L6、L11、L17、L24、L33共7个,其中引物L2的多态性最高,为100%。17条引物分别建立了相应的DNA指纹图谱,由各引物扩增效果所反应出的DNA条带多态性,能较好地区分开各板栗品种。

2.3 板栗品种间的遗传相似性分析

用NTSYS 2.10e软件计算板栗品种间的Dice遗传相似系数(见表3)。由表3可知,15个板栗品种间的遗传相似系数范围为0.53~0.97,平均遗传相似性系数为0.67。结果显示普通八月红与特殊八月红遗传相似性系数最大,为0.97,说明这两个品种亲缘关系很近,有可能为同一品种。其次是玫瑰红与乌壳栗、六月暴与桂花香,相似性系数分别为0.89、0.87,表明它们之间的亲缘关系很接近,遗传差异较小。而普通八月红与处暑红、白毛早与特殊八月红、特殊八月红与处暑红之间均具有最小遗传相似性系数,为0.53,可见它们遗传差异比较大,两两品种间的亲缘关系较远。

2.4 聚类分析

在获得两两不同品种间的Dice遗传相似系数基础上,以344个位点的谱带为原矩阵,采用UPGMA法构建了15个板栗品种间的系统进化树(图3)。树状图与品种间的遗传相似系数反应的情况基本一致,即遗传相似系数越高,亲缘关系越近,品种间差异就越小。从图3可以看出,在相似性系数0.59处,15个品种资源划分成A、B两支,B群由白毛早和处暑红构成,两品种间的相似系数为0.65。其余13个品种聚为A群,在相似系数0.65处A群分为A1和A2两个亚群。A1亚群包括普通八月红、特殊八月红、胜利羊毛栗早熟、浅刺大板栗和中果早栗,在遗传相似系数0.69处,5个品种又被聚为两个小类群,前3个为一个小类群,其中以普通八月红与特殊八月红相似性系数最高,而胜利羊毛栗早熟也可与它们归为一类,从15个品种的17个ISSR指纹图谱中也可以明显看出,这3个品种的指纹图谱非常接近。浅刺大板栗和中果早栗则聚为第二个小类群,两者的遗传相似系数为0.78。

A2亚群包括北丰羊毛栗、玫瑰红、乌壳栗、六月暴、桂花香、胜利羊毛栗迟熟、红毛早、青毛早8个板栗品种,其中玫瑰红与乌壳栗、六月暴和桂花香遗传相似系数均在0.85以上,品种间的亲缘关系很近。胜利羊毛栗迟熟品种与六月暴、桂花香归为一个类群,从17个ISSR指纹图谱中可以反映出来。总体来看,15个板栗品种之间的遗传多样性比较丰富,ISSR分子标记可基本将其区分为3个大类,白毛早和处暑红归为第一类,两者的亲缘关系一般;第二类为A1亚群的5个品种,普通八月红和特殊八月红遗传差异很小,且胜利羊毛栗早熟品种与它们的亲缘关系非常近;第三类为A2亚群的8个品种,彼此之间的亲缘关系都比较近,但以玫瑰红与乌壳栗、六月暴和桂花香的亲缘关系最近。

3 小结与讨论

近年来,板栗分子标记的研究取得了突破性进展,许多新型分子标记用于板栗种属特异性鉴定,品种(无性系)苗木鉴别,品种遗传多样性分析,种质资源遗传多样性及起源与进化等方面[15],对栽培品种的分子鉴别及遗传分析的相关研究主要有张新叶等[16]应用RAPD分子标记鉴别了湖北省12个主栽板栗品种,用绘制的DNA指纹图谱对这些品种进行遗传多样性分析。项燕等[17]利用RAPD方法对14个板栗品种遗传多样性进行了分子标记分析,从100条随机引物中筛选到20条引物对14个板栗品种的基因组DNA进行扩增,得到140条谱带。通过对多态性条带的聚类,分析了板栗品种的系统发育并提出重点保存的板栗品种。由于我国目前生产上应用的品种达300多个,且品种南北分布不一,各地生产应用良莠混杂[18],前人的研究主要是对各地区栽培种的研究,或是对居群的研究[10,19],因此研究的对象比较局限,对各板栗品种的区分也不能非常全面,本研究主要是对罗田板栗产区15个栽培品种进行初步鉴定,用17条ISSR引物对15个板栗品种扩增,共产生392条带,多态性条带344 条,平均多态性比率为87.8%,体现出板栗具有丰富的遗传多样性,说明选用ISSR标记是非常适合的。结果分析中普通八月红和特殊八月红的DNA指纹图谱差异非常小,说明两者在分子水平上基本无遗传差异。同时结果中还发现胜利羊毛栗早熟品种与普通八月红和特殊八月红的亲缘关系很近,可将其聚为一类。另几个品种中玫瑰红与乌壳栗的遗传相似系数达到0.89,六月暴和桂花香为0.87,说明这些品种之间确实具有较近的亲缘关系,但在居群间的遗传变异较大。研究表明,在实际栽培生产中,板栗居群间遗传变异存在一定的地域性,主要与居群间的基因交流受到限制有关[10]。因此加强地区性板栗种质资源的保护和利用,充分挖掘当地资源优势,开展多种方法选育改良板栗品种,成为板栗可持续发展利用的当务之急。

试验中影响ISSR扩增效果的因素很多,建立稳定的反应体系非常重要。其中板栗DNA提取质量是关键。由于板栗叶片中次生代谢物质含量很多,因此如何得到大量的DNA同时减少多糖、酚类等杂质的干扰,是ISSR试验分析稳定的基础。本试验采用聚丙烯酰胺凝胶电泳显示指纹图谱,建立了比较可靠的银染反应体系,其高灵敏度和清晰度的特点保证了试验结果的准确性。

参考文献:

[1] 张宇和,梁维坚,张育明.中国果树志[M].北京:中国林业出版社,2005.

[2] 周连第,兰彦平,韩振海. 板栗品种资源分子水平遗传多样性研究[J]. 华北农学报,2006,21(3):81-85.

[3] ZIETKIEWICZ E, RAFALSKI A, LABUDA D. Genome fingerprinting by simple sequence repeat (SSR)-anchored polymerase chain reaction amplification[J]. Genomics,1994,20(2): 176-183.

[4] 杨玉玲,马祥庆,张木清. ISSR分子标记及其在树木遗传育种研究中的应用[J]. 亚热带农业研究,2006,2(1):18-24.

[5] 毛伟海,杜黎明,包崇来,等. 我国南方长茄种质资源的 ISSR标记分析[J]. 园艺学报,2006,33(5):1109-1112.

[6] 缪恒彬,陈发棣,赵宏波.85个大菊品种遗传关系的分析[J]. 园艺学报,2007,34(5):1243-1248.

[7] 王家保,王令霞,杜中军,等. 部分杧果品种亲缘关系的ISSR分析[J]. 园艺学报,2007,34(1):87-92.

[8] 罗海燕,陈业渊.ISSR分子标记及其应用[J].安徽农学通报,2008,14(12):34-37.

[9] 吴学尉,崔光芬,吴丽芳,等. 百合杂交后代ISSR鉴定[J].园艺学报,2009,36(5):749-754.

[10] 艾呈祥,张力思,魏海蓉,等. 山东实生板栗居群遗传多样性ISSR分析[J]. 生物工程学报,2007,23(4):628-632.

[11] 韩继成,刘庆香,王广鹏,等.板栗 ISSR反应体系的优化及河北省板栗生态型的分析[J].河北农业科学,2008,12(4):64-65.

[12] 魏春红,李 毅.现代分子生物学实验[M]. 北京:高等教育出版社,2006.

[13] 程丽莉,苏淑钗,秦 岭,等. 板栗叶片DNA的提取及AFLP反应体系的建立[J]. 北京农学院学报,2005,20(2):5-9.

[14] LIU Y, LIU D C, WU B, et al. Genetic diversity of pummelo (Citrus grandis Osbeck) and its relatives based on simple sequence repeat markers[J]. Chinese Journal of Agricultural Biotechnology,2006,3(2):119-126.

[15] 丁向阳. 分子标记技术在板栗研究中的应用进展[J]. 福建林业科技,2007,34(1):4-8.

[16] 张新叶,黄敏仁. 湖北省主栽板栗品种的分子鉴别[J]. 南京林业大学学报(自然科学版),2004,28(5):93-95.

[17] 项 燕,朱苏文,程备久.14个板栗品种遗传多样性的RAPD分析[J]. 激光生物学报,2003,12(4):259-263.

[18] 丁向阳. 河南板栗品种资源及丰产栽培技术[J]. 果树科学,1993,10(4):184-185.

[19] 田 华,康 明,李 丽,等. 中国板栗自然居群微卫星(SSR)遗传多样性[J]. 生物多样性,2009,17(3):296-302.

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