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鸢尾属部分种质资源遗传多样性的SRAP分析

2019-07-01童俊毛静董艳芳

湖北农业科学 2019年4期
关键词:遗传多样性

童俊 毛静 董艳芳

摘要:利用SRAP分子标记对40份鸢尾属种质资源进行遗传特性及亲缘关系的分析研究,从170个SRAP随机引物中筛选出条带清晰、多态性高、重复性好且稳定性强的引物10个,共检测到168个位点且全部为多态位点,多态性条带比例为100%,表明供试材料具有丰富的遗传多态性。各种质之间的DICE遗传相似系数在0.067~0.740,平均相似系数为0.281。UPGMA聚类分析结果显示,当遗传系数为0.265时,可将供试材料分为7个类群。其中,19份德国鸢尾品种聚到一起,扁竹兰、喜盐鸢尾、德国鸢尾‘Queen分别各自聚为一类,上海引种的马蔺和宁夏引种的马蔺聚为一类,而内蒙古马蔺则和路易斯安那鸢尾聚到一起,西伯利亚鸢尾、花菖蒲、黄菖蒲和3个德国鸢尾品种聚为一类,主坐标分析所反映的关系和UPGMA聚类图相似。

关键词:鸢尾属;SRAP;遗传多样性;亲缘关系

中图分类号:S682.1+9         文献标识码:A

文章编号:0439-8114(2019)04-0088-05

Abstract: Sequence-related amplified polymorphism (SRAP) was used to detect the genetic diversity among 40 Iris L. materials. 10 primers which could produce clear, polymorphic and steady bands, screened out of 170 random primers, which were used and produced 168 bands totally. All of bands were polymorphic(100%), which indicated that the genetic diversity of Iris L. was rich. The genetic similarity coefficient among the accessions ranged from 0.067 to 0.740, and the average was 0.281. At the point of the similarity coefficient 0.265, all the accessions might be separated into seven groups. 19 accessions of Iris germanica were brought together. Iris confusa Sealy, Iris halophila and Iris germanica ‘Queen were classified separately. Iris lactea Pall. var. chinensis from Shanghai and Ningxia were lumped into the same category, while Iris lactea Pall. var. chinensis from Inner Mongolian and Iris louisiana were lumped together. Iris sibirica, Iris ensata, Iris pseudacorus and three accessions of Iris germanica were lumped into the same category. The results of principal coordinates showed similarity to the UPGMA dendrogram.

Key words: Iris L.; SRAP; genetic diversity; relationship

鳶尾是世界上著名的宿根花卉,品种繁多,叶片优美,花型多样,花色艳丽,花期较长,具有“宿根皇后”的美誉。鸢尾既可观花又可观叶的双重价值可广泛用于园林绿化、盆栽及切花等。鸢尾属是鸢尾科中最大的一个属,全世界鸢尾野生种约280种,中国约有60个种、13个变种及5个变型,主要分布于西北、西南及东北等地[1,2]。因受到数量与观赏性的制约,这些原种在世界各地园林中用于栽培观赏的却不多,真正在园林中广泛应用的是鸢尾园艺品种。目前鸢尾园艺类群包括根茎类无髯鸢尾、根茎类有髯鸢尾和球根鸢尾。其中球根鸢尾一般用于切花生产,在园林中较为少见。有髯鸢尾花型和花色最为丰富,是欧美园林中最为盛行的一类鸢尾。而无髯鸢尾生态类型一般为湿生或中生型,适应性相对较广,随着现代育种工作的开展,鸢尾品种也日渐丰富,逐渐受到人们的青睐,其中以西伯利亚鸢尾、日本鸢尾和路易斯安那鸢尾等最为著名[3]。

国内外一直在积极开展鸢尾属植物系统分类学、细胞发育学、繁殖生物学、分子生物学及植物化学等多方面的研究,采用分子标记和序列分析等手段分析鸢尾属植物的系统发育学与种类亲缘关系也是现代鸢尾属植物研究的新焦点。牟少华等[4]对中国鸢尾属植物的地理分布、种质资源保存状况及园林应用情况进行了概述,并提出了今后研究的4个主要方向。张敏等[5]对鸢尾属国内分布的25个野生鸢尾种(变型、变种和居群)和6个国外分布种的37份材料进行了遗传分析,利用ISSR分子标记对德国鸢尾种内部分的栽培品种间进行了遗传分析检测,得到的多态性位点百分率为99.7%。

SRAP技术由于多态性好,稳定重复性好,操作简便,广泛运用于遗传多样性、遗传稳定性和遗传分化及亲缘关系等[6-9],此前SRAP标记仅见于对鸢尾属植物中新疆喜盐鸢尾的研究[10]。本试验利用SRAP分子标记对武汉市农业科学院林业果树研究所收集的德国鸢尾、路易斯安那鸢尾、西伯利亚鸢尾、日本鸢尾花菖蒲的一些栽培品种和国内的部分鸢尾属野生资源开展多样性评价及亲缘关系的分析,以期为鸢尾属植物的遗传改良和种质创新工作提供科学指导和理论依据。

1  材料与方法

1.1  材料

供试鸢尾属材料共40份(表1),主要是从北京、南京、上海及荷兰等地引进的鸢尾属良种,包括德国鸢尾、路易斯安那鸢尾、西伯利亚鸢尾、日本鸢尾花菖蒲的一些栽培品种和国内的部分鸢尾属野生资源。全部材料种植于武汉市农业科学院林业果树研究所武湖科技园鸢尾资源圃内。

1.2  DNA提取

植物总DNA提取以鸢尾嫩叶为材料,从同一供试种质的不同单株上摘取3 g幼嫩叶片混合,洗净晾干剪碎混合后于液氮中研磨,采用改良CTAB法提取叶片总DNA[11]。总DNA经RNaseA酶解纯化后,用等体积的氯仿和异戊醇(体积比为24∶1)混合液抽提。用无水乙醇沉淀后溶于TE,用1%琼脂糖凝胶电泳检测DNA的分子质量并根据荧光强度确定DNA浓度,将DNA浓度调到20 ng/μL待用。

1.3  SRAP检测

选取叶片纤维发达程度不同的鸢尾材料3份,从170对SRAP引物中筛选出条带清晰、多态性高、重复性好且稳定性强的引物10个,引物均由英骏生物技术有限公司合成(引物序列见表2)。Taq DNA聚合酶购自Thermo Scientific公司。在对鸢尾属植物SRAP分析及PCR扩增体系优化后,确定反应总体积为20 μL,其中Taq DNA聚合酶1 U、10×PCR Buffer 2 μL、1.5 mmol/L的氯化镁、0.2 mmol/L dNTP、0.25 μmol/L上游引物、0.25 μmol/L下游引物、20 ng模板DNA,其余用无菌水补充。

SRAP-PCR采用复性变温法,开始95 ℃变性3 min,反应前7个循环94 ℃ 1 min,35 ℃ 1 min,72 ℃ 1 min条件下运行,之后37个循环为94 ℃ 1 min,50 ℃ 1 min,72 ℃ 1 min,循环结束后,72 ℃延伸10 min,4 ℃保存。扩增产物在2%的琼脂糖凝胶中电泳,85 V电压,电泳100 min,溴化乙锭染色后在凝胶成像仪上观察并照相记录。

1.4  数据分析

PCR扩增产物的电泳位置在凝胶的某个相同迁移率位置上有DNA条带记为1,无DNA条带记为0。利用NTSYS-PC软件计算种质间DICE遗传相似系数,采用SHAN程序中的UPGMA法进行聚类分析,构建聚类图。采用DCENTER程序对相似系数矩阵进行转换,再用EIGEN程序进行主坐标分析得出二维图。

2  结果与分析

2.1  SRAP扩增多态性分析

由表2可知,10个SRAP随机引物在供试材料中共扩增出168条带,全部条带均为多态性条带,多态性条带比例为100%,说明供试鸢尾属材料之间具有丰富的遗传多态性。各引物扩增的DNA带数在13~21条,平均每个引物扩增條带数和检测的SRAP多态性的平均数都为16.8,说明供试鸢尾属植物间的异质性较高,遗传基础差异较大。部分引物扩增出的基因组DNA指纹图谱见图1。

2.2  遗传多样性分析

基于SRAP分子标记的40份鸢尾种质的DICE相似系数介于0.067~0.740,平均相似系数为0.281。其中,德国鸢尾‘Tiny Charm(材料11)和引种自宁夏马蔺3号(材料40)的相似系数最小,为0.067,表明两者亲缘关系最远,前者为有髯鸢尾,后者为无髯鸢尾。而花菖蒲3号和花菖蒲4号(分别为材料37和材料38)的相似系数最大,为0.740,表明这两个品种亲缘关系最近,遗传相似程度最高。

2.3  聚类分析

用NTSYS-PC软件对40份鸢尾种质资源进行聚类分析并构建出分子系统树(图2),从聚类图上可以反映出物种间亲缘关系的远近。为了便于分析,在聚类图的遗传距离0.265处划结合线,将供试鸢尾属的40份材料划分为7个类群。其中Ⅰ群有19份材料,全部为须毛状附属物亚属的德国鸢尾。Ⅱ群由无附属物亚属的扁竹兰单独聚为一类。Ⅲ群有10份材料,包括西伯利亚鸢尾、花菖蒲、黄菖蒲和3个德国鸢尾品种。Ⅳ群由上海引种的马蔺和宁夏引种的马蔺聚为一类。Ⅴ群由喜盐鸢尾单独聚为一类。Ⅵ群由路易斯安那鸢尾和内蒙古引种的马蔺聚为一类。Ⅶ群由德国鸢尾‘Queen单独聚为一类。

2.4  主坐标分析

为了更好地反映材料间的亲缘关系,进行主坐标分析,如图3所示。主坐标二维图所反映的关系和UPGMA聚类图的基本相似。以横坐标轴-0.00处将图3分为两半,左边全部为德国鸢尾(对应图2的Ⅰ群),其中中高生德国鸢尾品种分布在左下部,矮生德国鸢尾品种分布在左上部。路易斯安那鸢尾和内蒙古引种的马蔺集中分布在右下角(对应图2的Ⅵ群),其他西伯利亚鸢尾和花菖蒲分布在右上部(对应图2的Ⅲ群)。扁竹兰、两个马蔺、喜盐鸢尾和德国鸢尾‘Queen分布在中间(分别对应图2的Ⅱ、Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ群)。

3  小结与讨论

本试验的40份材料包括德国鸢尾、路易斯安那鸢尾、西伯利亚鸢尾、日本鸢尾的一些栽培品种和国内的部分鸢尾属野生资源。其中,有髯鸢尾原产欧洲中部和南部地区,主要是由有髯鸢尾亚属有髯鸢尾组的原种杂交获得,其品种异常丰富,一般认为德国鸢尾是有髯鸢尾重要杂交亲本之一。西伯利亚鸢尾原产中欧和亚洲,是所有鸢尾中适应性最广和抗病虫害能力最强的一个类群。日本鸢尾又常称为花菖蒲,是指原产于日本,由玉蝉花杂交选育所获得的一个鸢尾类群。路易斯安那鸢尾是对无髯鸢尾亚属路易斯安那鸢尾系杂交品种的统称,该系大部分原种均原产自美国路易斯安那地区,故得此名。10个有效引物共检测到168个位点且全部为多态位点,多态性条带比例为100%。SRAP分子标记本身具有多态性高的特点,这个结果与童俊等[12]利用ISSR分子标记对34个鸢尾属园艺品种开展遗传多样性研究检测得到的多态性位点百分率(100%)结果一致,从而表明SRAP和ISSR两种标记技术对鸢尾属种质资源的遗传多样性的分析具有较高的一致性,也进一步证实了供试鸢尾种质资源具有较高的遗传多样性。

依据10个有效引物所产生的168个SRAP标记为表征性状所建立的鸢尾40份种质资源UPGMA聚类图,将鸯尾40份种质资源划归为7个类群,其中Ⅰ群有19份材料,全部为须毛状附属物亚属的德国鸢尾。Ⅱ群由无附属物亚属的扁竹兰单独聚为一类。Ⅲ群有10份材料,包括西伯利亚鸢尾、花菖蒲、黄菖蒲和3个德国鸢尾品种。Ⅳ群由上海引种的马蔺和宁夏引种的马蔺聚为一类。Ⅴ群由喜盐鸢尾单独聚为一类。Ⅵ群由路易斯安那鸢尾和内蒙古引种的马蔺聚为一类。Ⅶ群由德国鸢尾‘Queen单独聚为一类。40份材料的平均相似系数为0.281。其中,德国鸢尾‘Tiny Charm和宁夏引种的马蔺相似系数最小,表明两者亲缘关系最远。而花菖蒲3号和花菖蒲4号的相似系数最大,表明这两个品种亲缘关系最近。花菖蒲3号和花菖蒲4号均为花菖蒲的栽培品种,仅花色不同。

遗传多样性和种质间亲缘关系的研究,不仅与种质资源的收集、保存和更新密切相关,而且是种质资源创新和品种改良的基础。物种的遗传多样性程度是物种长期进化的产物,物种遗传多样性越高,表明种质资源在DNA分子水平存在差异越大,对环境变化的适应能力就越强,越容易扩展其分布范围和开拓新的环境,可供进一步选择、保存和利用的空间就越大。种质间的亲缘关系较近,说明其来源于共同的祖先种的可能性大,在DNA分子水平的差异较小,种质间含有的相同基因的概率高,可供选择和利用的余地就小。由此,本研究利用SRAP分子标记的方法,在分子水平揭示所收集的鸢尾属种质资源的亲缘关系,结合形态特征和园艺特性,就可以进一步在遗传多样性高的群体筛选和保留种质,同时为进一步新品种选育提供优质的亲本材料,提高保存和利用种质的效率。

参考文献:

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[2] 赵毓棠.鸢尾欣赏与栽培利用[M].北京:金盾出版社,2005.

[3] 胡永红,肖月娥.湿生鸢尾——品种赏析、栽培及应用[M].北京:科学出版社,2012.

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[12] 童  俊,周  媛,毛  靜,等.鸢尾属部分园艺品种遗传多样性的ISSR分析[J].北方园艺,2015(10):104-107.

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