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毛竹种源遗传多样性的AFLP和ISSR分析

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维普资讯 http://www.cqvip.com 第28卷第2期 浙江林业科技 VO1.28 No.2 2 0 0 8年3月 JOUR. OF Z唧IANG FOR. SCI. & TECH Mar.,2 0 0 8 文章编号:1001—3776(2008)02—0029—05 毛竹种源遗传多样性的AFLP和ISSR分析 阮晓赛 ' 林新春 ,娄永峰 ,郭小勤 ,方 伟 ,陈存及 (1.浙江林学院浙江省现代森林培育技术重点实验室,浙江临安311300;2.北京林业大学资源与环境学院,北京100083; 3.福建农林大学林学院,福建福州350002) 摘要:运用AFLP和ISSR分子标记对17个毛竹种源的遗传多样性进行分析,结果如下:①通过Mantel检测, AFLP和ISSR标记得到的遗传相似性矩阵呈显著相关(r=O.925,P=O.005),说明2种分子标记均适合用于毛 竹种源遗传多样性的分析;②17个毛竹种源问的亲缘关系较近,但仍存在着一定的遗传变异,它们之问的遗传距 离变化范围为0.020一O.1 82,通过聚类分析(UPGMA)将17个毛竹种源分成6个组,发现陈存及等根据产量等 指标确立的4个毛竹优良种源位于不同的组,表明不同种源间存在性状差异。 关键词:毛竹;种源;AFLP;ISSR;遗传多样性 中图分类号:¥795 文献标识码:A Genetic Diversity of Phyllostachys heterocycla var.pubescens Provenances by AFLP and ISSR RUAN Xiao—sai ,LIN Xin-chun 。,LOU Yong.feng ,GUO Xiao.qin ,FANG Wei ,CHEN Cun-ji2 (J.ZheifangForestryUniversity Zh ̄iangProvincialKeyLabforModernSilviculturalTechnology,Lin'an311300,China; 2.BeOmg Forestyr Universiyt College ofResources and Environment,BeOing 100083,China; 3.FujianAgriculture andForestyrUniversity CollegeofForestry,Fuzhou350002,Chian) Abstract:Ampfiifed fragment length polymorphism(AFLP)and Inter-simple sequence repeat(ISSR)markets were used to analyze the genetic diversity of脚llostachys heterocycla vat.pubescens from 17 provenances.The result showed that genetic similarity of tsetde provenances had signiifcant correlation based on AFLP and ISSR(r=0.925,P--0.O05)by Mantel test which indicatde that both AFLP nad ISSR molecular markers were applicable in this study.Genetic relationships among 17 provenances were close,but limitde genetic variatiom,and their genetic distances ranged from0.020to0.182.17 provenances ofPh.heterocyclavat.pubescensweredividedinto6 groupsbasedonUI ̄MA cluster,but4 goodprovenances belongedtodiferentgroups,meansdiferentcharacters amongdifferentprovenances. Key WOrds:Phyllostachys heterocycla vat.pubescens;provenance;AFLP;ISSR;genetic idversity 毛竹(Phyllostachys heterocycla var.pubescens)是我国竹类植物中分布区域最广、栽培面积最大的竹种【1]。 随着毛竹产业的迅速发展,良种问题日益突出。由于毛竹开花周期不确定,开花后结实率低,不易获得种子等 原因,杂交育种研究进展缓慢【2】。研究表明,在不同的毛竹分布区域内竹笋、竹材产量和质量、病虫害抗性等 方面存在明显差异,选用现有的优良无性系是一种比较现实的获得遗传增益的办法【3一,但目前很多地区在开展 毛竹造林时并未考虑到毛竹种源间存在着以上差异。 分子标记是研究毛竹遗传多样性非常有效的方法。Lai和Hsiao利用13个RAPD(randomly ampliifed of polymorphic DNA)引物对台湾岛内的毛竹遗传变异进行研究,发现台湾岛内的毛竹遗传变异非常有限【5】。张守 峰结合形态学标记和RAPD标记对毛竹的遗传多样性及其在居群间的分布格局进行了探讨,发现不同标记所反 映出的遗传分化程度和多样性水平是不一致的嘲。魏瑜应用RAPD标记对毛竹天然居群和l6个毛竹种源的遗传 收稿日期:2007—10—12;修回日期:2008.01—15 基金项目:浙江省科技厅重大农业科技项目“毛竹新品种选育与快繁技术研究”(2005C12002・01) 作者简介:阮晓赛(1982一),男,湖北成宁人,硕士生,从事林木生物技术研究; 通讯作者。 维普资讯 http://www.cqvip.com 30 浙江林业科技 28卷 多样性和遗传结构进行了分析,发现毛竹种源间遗传距离较小[ 。 AFLP和ISSR分子标记在基因序列未知的情况下,利用少数几对引物对基因组的多态性进行检测,结果稳 定可靠 。 。两种分子标记都已经广泛地应用于禾本科植物和竹类植物的遗传多样性和亲缘关系的研究中 ¨ 。 本研究利用AFLP和ISSR技术对我国9个省17个毛竹种源的遗传多样性进行分析,为毛竹优良种源的选择提 供参考意见。 1材料和方法 1.1 实验材料 毛竹种源实验样地位于福建省建瓯市南雅镇头村林场。实验样地和毛竹种源栽培情况见陈存及等研究 钔。 2007年7月分别采集l7个毛竹种源的幼叶,硅胶快速干燥后带回实验室一70 ̄(2保存。供实验用的17个毛竹种 源的地理位置及编号见表1。 表1 17个毛竹种源地理位置及编号 编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 种源点 江苏句容 江苏宜兴 安徽霍山 湖北武汉 湖南株洲 浙江衙县 江西九江 江西上饶 广东乐昌 纬度/oN 31.9 31.3 31l4 30 5 28.0 28.9 29.7 28.5 25.2 经度/。E l19.14 l19.79 l16.29 l14.32 l13 18 l18.88 l15.90 l17.99 l13.40 海拔/m 280 340 320 230 200 280 300 370 600 编号 10 l1 12 13 14 15 16 17 种源点 广东从化 福建武夷 福建松溪 福建建瓯 福建沙县 福建华安 福建龙海 广西柳州 纬度,。N 23.5 27.9 27.6 27.1 26 4 25.0 24.4 24.3 经度/oEl13 60 l18.03 l18.78 l18.33 l17.83 l17.54 l17.64 109.40 海拔/m 100 430 400 280 250 280 170 300 1.2方法 1.2.1基因组DNA的提取采用改良后的CTAB法提取毛竹基因组DNA[181。用质量浓度为0.8%琼脂糖凝胶电 泳检测DNA质量。最后将DNA定量至100 ng/ul备用。 1.2.2 AFLP和ISSR分析AFLP实验程序与Vos等发明的方法基本相 引,仅对实验程序进行了优化。凝胶 的银染方法参照Promega公司的试剂盒说明书(技术手册号码:TMD004)进行。 从96个ISSR引物(University ofBritish Columbia公布的引物序列,上海生工合成)中筛选出16个能够 获得清晰条带,反应稳定的ISSR引物。ISSR的扩增反应体系和条件参照Bao等研究【仃】。扩增反应在Applied Biosystems 9700 PCR仪上进行。所用试剂均购自Takara公司。PCR产物在含有0.5 ug/ml溴化乙锭的1.5%琼脂 糖凝胶中电泳,在紫外凝胶成像系统中观察并照相。 1.2.3数据处理只选清晰可辨的电泳条带,以1和0分别记录条带的有无。在相同片段位置上有带记为1,无 带记为0。利用NTSYS.pc(version2.10e)分析软件 】对数据进行分析,采用Nei&Li的遗传相似系 。 (genetic similar ,GS)计算种源间的遗传相似度,其计算公式为: GSAB: ! 【Nu+No1)+(N11+ oJ 式中Ⅳl。表示A和B共有的条带,Ⅳlo表示A有而B没有的条带,Ⅳ0。表示A没有而B有的条带。 遗传距离(genetic distance,GD)GD=1-GS。采用非加权配对算术平均法(UPGMA)进行聚类分析。最 后对AFLP和ISSR的遗传相似性矩阵的相关性以及种源地理距离与遗传距离的相关性进行Mantel检测【 “。 2结果与分析 2.1 AFLP和ISSR多态性分析 12对AFLP引物共检测出523个位点(表2),平均每对引物为43个位点,多态性位点199个,多态性位 点的比率是38%,不同引物组合产生的多态性条带的百分率相差较大,从20%到56o/ ̄等。选取的清晰可辨的 维普资讯 http://www.cqvip.com 2期 阮晓赛,等:毛竹种源遗传多样性的AFLP和ISSR分析 31 条带大小在100~800 bp。 M 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1O l1 12 13 14 15 16 17 图1 扩增产物在6%变性聚丙烯凝胶 图2 引物UBC854对17个毛竹种源 上的电泳结果 扩增的ISSR带型 (引物组合:EcoRI AACC/MscI CTGT) Fig.1 Electrophoregram of ampliifed material Oil Fig.2 ISSRbands of17Ph.heterocyclavat.pubescens 6%denaturing polyacrylamide gel provenances amplified by UBC854 表2 AFLP引物组合及扩增的条带数 引物序列 扩增总带数差异带数 引物序列 扩增总带数差异带数 引物序列 扩增总带数差异带数 E.AACA,M.CTGA 37 12 E.AACT I—C1’GC 52 24 E.AACG,M.CTGA 35 7 E.AACA,M.CTGT 43 16 E.AACT I.CTGG 53 2l E—AACG,M-(=1fGlT 45 15 E.AACT/M.CTGA 44 2O E.AAC( Ⅵ.CTGT 41 13 E.AACG,M.CI℃G 46 17 E.AAcT I.CI’GT 5O 28 E.AACC,M.CTGG 42 1 6 E.AACG,M.CATT 35 1O 16个ISSR引物共检测到138个遗传位点(表3),其中多态性位点55个,平均每个引物为8.6个位点, 多态性位点的比率是39.9%,各引物检测到的多态性位点的比例从28.6%到62.5%。选取的清晰可辨的条带大小 在200~3 000 bp。 ‘ 表3 ISSR引物及扩增的条带数 引物编号 引物序列 扩增总带数差异带数 引物编号 引物序列 扩增总带数差异带数 引物编号 引物序列 扩增总带数差异带数 UBC812 5'-fGA)8A-3’ 14 5 UBC84O 5’.(GA)8YT.3’ 9 3 UBC855 5’・(AC)8YT一3’ 7 2 UBC8l5 5’.fCT)8G-3’ 9 4 UBC841 5'-fGA)8YC.3’ 12 6 UBC857 5'-(AC)8YG-3’8 4 UBC822 5’一frC)8A-3’ 9 3 UBc843 5’-(CT)8gA-3’ 7 2 UBC869 5'-(GTT)5・3’ 5 2 UBC825 5’.(AC)8T-3’ 7 2 UBC844 5’.(CT)8RC.3’ 8 2 UBC876 5’・(GATA)2-3’8 5 UBC834 5’.(AG)8Yr.3’ ll 4 UBC845 5’ (CT)8RG.3’ 7 3 UBC835 5'-(AG)8YC-3’ 9 5 UBC854 5’-rrC)8RG-3’8 3 2.2毛竹种源的遗传距离与聚类结果 利用NTSYS-pc(version2.10e)软件分别计算出AFI.P和ISSR的遗传相似性矩阵。通过Mantel检测,两 者呈显著相关(r=0.925,P:0.005)。把AFLP和ISSR数据综合起来,计算产生一个总的遗传距离矩阵,结 果表明各种源间的遗传距离在0.020~0.182。根据UPGMA聚类的结果,在遗传相似系数为0.960时可将17个 毛竹种源划为6个组:第1组为江苏句容种源;第Ⅱ组为广东乐昌种源;第Ⅲ组由江苏宜兴、湖北武汉、湖南 株洲、浙江衢县、江西九江、广东从化、福建松溪、江西上饶、福建建瓯和福建龙海1O个种源组成;第Ⅳ组包 含福建沙县、福建华安2个种源;第V组由福建武夷和广西柳州2个种源组成;第Ⅵ组仅安徽霍山1个种源。 此外,对种源地理距离与遗传距离相关性进行了Mantel检测,发现种源地理距离与遗传距离的相关性不明显(r =0.104,P=0.258),这与利用形态学标记来研究毛竹居群遗传多样性的结果一致嘲。 3 讨论 毛竹是以无性繁殖为主的植物,RAPD研究的结果表明,毛竹种源间的遗传距离值在0.006 4—0.095 3t , 维普资讯 http://www.cqvip.com 32 浙江林业科技 28卷 江苏句容 广东乐昌 江苏宜兴 湖北武汉 湖南株洲 浙江衢县 江西九江 广东从化 福建松溪 江西上饶 福建建瓯 福建龙海 福建沙县 福建华安 福建武夷 安徽霍山 0.84 088 0.92 0.96 1.00 .图3毛竹种源Nei&Li系数聚类树系 Fig.3 Nei&Li debdrigram of different Ph.heterocycla vat.pubescens provenances 遗传变异程度很小。但部分无性繁殖植物的遗传多样性程度并非如早期人们认为的那样低【22】。毛竹的遗传变异 可能有以下来源:①毛竹这个种群最初是由多个不同基因型个体组成的,在广泛引种栽培之前就具有了稳定的 遗传变异,引种以后还保持着原先的遗传变异 ;②在长期的进化过程和不同的生态环境之下,毛竹会发生基 因突变,主要是毛竹自身体细胞的突变,且可能被保存下来;③尽管毛竹开花周期不确定,开花后结实率低等 原因造成杂交困难,但是在长期的栽培过程中,有毛竹人工杂交育种和毛竹个体间发生杂交的可能。 通过AFLP和ISSR分子标记对17个毛竹种源进行分析,发现毛竹种源间的平均遗传距离为0.067,同时笔 者也利用AFLP和ISSR分子标记对毛竹及其9个变种的遗传变异做了分析,发现它们间的平均遗传距离为0.078 (未发表的数据),这说明变种间的变异大于种源间的变异。根据形态学上的分析,毛竹的变种在竿的颜色、 节间的形状等方面存在诸多明显差异。 陈存及等[4】在毛竹多性状的综合评价中,把16个毛竹种源分为5类。本研究在遗传相似系数为0.960时, 17个毛竹种源可分为6组。第1、Ⅱ、Ⅵ组中均只包含1个种源,其中江苏旬容和安徽霍山是2个纬度最高的 种源,可能是地理隔离和气候等原因导致这2个种源产生较多的遗传变异。第Ⅲ组由10个种源组成,组内的 10个种源间地理距离相隔不远,大都位于25—3O。N,且邻省之间互相引种的可能性较大,因而种源间亲缘关 系较近。第Ⅳ组包含福建沙县,福建华安这两个地理距离较近的种源。第V组由福建武夷和广西柳州2个种源 组成,两者地理距离较远,但是通过分子标记的分析,两者的遗传距离较近,有可能是两地的毛竹起源于同一 区域。 各毛竹种源经过长期的自然选择,产生的某些变异是可遗传的,这就为选择优良种源而获得显著的遗传增 益提供了基础,因而在毛竹人工林造林时,就必须考虑不同种源在竹笋、竹材的产量和质量、病虫害抗性等方 面的差异,进而合理选择毛竹种源造林。 陈存及等[4】根据各毛竹种源在鲜笋产量、新竹胸径、单株竹重、病虫害抗性等方面的差异,初步确定武夷、 建瓯、沙县和上饶4个种源为优良毛竹种源。本研究聚类分析后,发现上述4个优良毛竹种源位于不同的组中, 说明优良种源间存在一定的变异,这为今后毛竹优良种源的杂交育种提供了种质资源。 早期对毛竹遗传多样性和亲缘关系的研究主要是利用RAPD分子标记 ,但RAPD标记容易受到反应条件 的影响,实验结果的可靠性和重复性较差。AFLP标记可检测到不同品种、近缘种之间极细微的遗传变异,且 结果可靠,重复性强 】。ISSR的引物序列比RAPD引物序列长,退火温度高,反应系统更为稳定,可靠性也较 强 。 运用AFLP和ISSR分子标记研究毛竹种源的遗传多样性,发现AFLP标记产生的总条带数和总多态性条带 数远远大于ISSR标记产生的条带数,说明AFLP标记有较强的分辨能力。然而我们发现ISSR标记揭示的多态 性(39.9%)比AFLP标记(38.0%)要高,这是由于ISSR扩增的是两个简单重复序列之间的片段,而简单重 维普资讯 http://www.cqvip.com 2期 阮晓赛,等:毛竹种源遗传多样性的AFLP和ISSR分析 33 复序列的突变率较高,因而锚定ISSR.PCR可以检测到基因组内许多位点的差异,这与在水稻研究中发现的结 果相吻合n7】。 选择包含有4个选择性碱基的EcoRI/MseI引物组合的主要原因是由于3个选择性碱基的引物组合产生的总 条带较多,但无法产生足够多的多态性条带,可能是由于:①毛竹基因组较大(约2 034 Mb) 】,基因组经过 酶切后产生的片段很多,增加选择性碱基的个数可以减少大量的共有条带的扩增而提高特异性闯;②毛竹主要 通过无性繁殖,其遗传变异程度较小。例如,Isagi 利用EcoRI+3/MseI+3选择性引物对毛竹开花的规律进 行研究;③对引物扩增出1 10条带,其中多态性条带仅9条,引物的选择性不够好。 在毛竹种源遗传多样性研究中,AFLP和ISSR两种分子标记均得到了较好的结果,且两者的结果较一致, 在今后的竹类植物遗传多样性研究中可以广泛采用。 致谢:在毛竹种源采集过程中,建瓯市林业局黄勇来高级工程师给予了大力支持;浙江林学院特聘教授、中国水稻研究 所郑康乐研究员和浙江林学院汤定钦教授在实验分析过程中提供了宝贵的意见,在此表示衷心感谢! 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