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莲种质遗传特性分析

莲种质遗传特性分析

本文作者:欧阳冬梅1刘凰1徐金星2刘春华2邹东旺1杨良波2唐记平1谢克强1作者单位:1.江西广昌县白莲产业发展局2.广昌县白莲科学研究所

我国是莲的原产地之一,莲在我国不仅栽培历史悠久,而且分布广泛,且是最具特色、栽培面积最大、品种资源最丰富的水生经济作物[1]。迄今为止,中国拥有花莲品种资源800多个[2],藕莲品种和子莲品种资源分别数十个。莲是常异花授粉植物,不同品种间的基因交流很容易通过昆虫的授粉来完成,导致品种间遗传资源的混合和品种内的遗传差异较大[3]。目前,我国莲同种异名现象时有发生,同一地区品种单一化现象严重,大大增加了莲栽培的风险性。为了避免这一现象,选取了40份代表性品种(材料)进行SRAP遗传多样性分析,以期明确它们的遗传背景,探讨全国各地主要传统型品种与广昌县现有栽培品种的关系,从而为莲品种选育提供理论依据。

1材料与方法

1.1试验材料

试验所用40份莲品种(材料)为国内外莲主要产区在20世纪初期广泛应用于生产的优异材料。材料取自广昌县白莲科学研究所博览园内。这40份材料包括野生莲、全国各地传统品种、广昌县现栽培品种和花莲品种,材料详细信息见表1。

1.2样品制备

采集莲幼嫩叶片置于塑料袋中(自封袋),再加入变色硅胶,摇动使叶片与硅胶充分均匀接触。一般来说,硅胶与叶片质量比应为10∶1,以保证叶片在12h内干燥,一旦发现硅胶从深蓝变为粉红,及时更换硅胶,干燥的叶片材料在室温下保存即可。

1.3DNA的提取

选取上述硅胶干燥的叶片30mg,用液氮磨成粉状,再用DNA提取试剂盒提取植物基因组DNA。DNA质量检测用1%的琼脂糖凝胶进行,电泳缓冲液为0.5×TBE,电压100V,电泳30min。

1.4SRAP分析

PCR扩增反应总体积为15μL,反应混合液中包括:50ng/μLDNA模板1μL,10×PCRbuffer1.5μL,10mmol/LdNTPs0.6μL,10mmol/L上下游引物各0.5μL,2U/μLTaqDNA聚合酶0.5μL,不足部分用无菌水补充。PCR扩增反应程序为95℃5min;95℃1min,35℃1min,72℃1min,5个循环;95℃1min,50℃1min,72℃1min,35个循环;72℃延伸10min,温度降到4℃即完成扩增。扩增产物加上10μL的上样缓冲液94℃预变性5min,采用6%的变性聚丙烯酰胺凝胶,0.5×TBE缓冲液,65W恒功率电泳1.5h。银染检测电泳结果。

1.5SRAP数据处理

对各莲材料各引物扩增情况作统计,有带记为无带记为0,缺失记为2。作矩阵图输入计算机,应用平均距离法进行聚类分析,并采用NTSYS-pc(Version2.1)软件处理,建立聚类图。

2结果与分析

2.1多态性分析

从40对SRAP引物中筛选出11对扩增稳定、多态性适中的引物对这40份材料进行扩增,11对引物共扩增产生184条带,平均每个引物对扩增出16.7条。其中多态性条带127条,多态性频率为69.0%。不同引物对多态性频率差异较大,多态性频率最高的为EM14+ME10和EM11+ME10,为100%,多态性频率最低的为EM9+ME10,为52.6%(表2)。

2.2指纹图谱的构建

以“0”“1”和“2”分别表示扩增的“有”、“无”和“缺失”,将11对多态性引物产生的127个多态性位点进行排序,形成一个数据距阵(表3),建立品种计算机化的DNA指纹,以区分供试品种(材料)。结果显示,每一份种质都有自己独特的指纹图谱。

2.3聚类结果

根据这11对多态性引物的扩增结果,经NTSYS-pc聚类分析,得出品种(材料)间的聚类图(图1)。结果表明,各品种(材料)间相似系数在0.68~0.93。其中以雪湖贡莲和马当莲的相似系数最大,为0.93,说明它们之间的遗传差异很小。在相似系数为0.79的位置,可将参试品种分为三大类。第Ⅰ类包括大部分野生莲品种和一个花莲品种(桌上莲);第Ⅱ类包括泰国野生莲Ⅳ、Ⅵ,传统子莲品种和一个子莲花莲兼用品种(星空牡丹);第Ⅲ类为花莲品种。另外,从聚类图上还可以看出,各种质材料的聚类结果与地理位置有一定的联系,来自同一个地方的种质除个别外(如泰国野生莲Ⅳ和Ⅵ),大部分都聚在了一起。这反映出同一个地方的品种材料的亲本可能相同或者相近,表明同一地区品种单一化程度较高。

3小结与讨论

SRAP(特征序列扩增多态性),以全基因组为靶标,通过设计的引物对ORFs进行扩增,上游引物对外显子进行特异性扩增,下游引物对内含子区域、启动子区域进行特异扩增。与其他分子标记相比,该标记具有简便、稳定、中等产率的特点,是一种较理想的分子标记[4,5]。本研究利用11对SRAP标记基本区分了40份莲品种材料,证明了SRAP标记应用于莲种质资源鉴定的可行性。雪湖贡莲和马当莲相似系数为0.93,可能由于供试品种之间很相似,或是因为供试品种较多,而可用的SRAP引物有限,两者的特异性条带较少,使这两个品种未能很好地分开。莲在我国栽培历史悠久,依据其利用目的已明显演化为三大类群:子莲、藕莲和花莲。在本研究中,40份莲品种材料也分为三大类,与园艺学分类系统相吻合[6],说明莲三大类型之间遗传分化十分明显。本研究中来自全国各地的野莲材料表现为叶片厚实、花无或少量、不结实或瓣化,在农艺性状上与藕莲极其相似,生产上习惯将它们划分为藕莲品种,泰国野生莲Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅴ,在农艺性状上也与藕莲相似,在聚类图上得到了证实,与野生莲聚在了第Ⅰ类群。而泰国野生莲Ⅳ和Ⅵ在农艺性状上与子莲相似,表现为花多且结实,在聚类图中与传统子莲品种聚在第Ⅱ类群。这说明泰国野生莲品种之间遗传背景差异较大,在利用这些野生莲品种进行育种时,需根据育种目标的不同,选择不同的材料做亲本。同时也说明,分子鉴定应该与形态学分类相结合,两者互相佐证,才能在分类上更加准确可信。我们还发现本研究中的40份莲品种材料表现出很强的地域相似性,与前人的研究结果相似[7],这说明来自同一个地域内的品种分化程度低,遗传多样性不丰富,极易造成品种单一化,在生产上需多加注意。在本研究中,古代莲和野生莲聚成一类,古代莲是考古出土的千年古莲子萌发繁育的后代,野生莲生长在自然湖泊中,很少有人工驯化积累的变异,而藕莲在长期的栽培过程中,只以产藕为驯化目的。野莲分布很广,前人一致认为野莲是现在栽培莲的共同祖先,根据聚类结果,野莲与藕莲的遗传差异相对较小,暗示藕莲可能是由野生莲直接驯化而来[8]。

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