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基于SSR标记的8个山荆子居群遗传多样性和遗传关系分析

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基于SSR标记的8个山荆子居群遗传多样性和遗传关系分析基于SSR标记的8个山荆子居群遗传多样性和遗传关系分析 基于SSR标记的8个山荆子居群遗传多样 性和遗传关系分析 植物资源与环境2012,21(1):42—46 JournalofPlantResourcesandEnvironment 基于SSR标记的8个山荆子 居群遗传多样性和遗传关系分析 王雷宏,郑玉红.,汤庚国 [1.安徽农业大学林学与园林学院,安徽合肥230036;2.江苏省?中国科学院植物研究所(南京中山植物园),江苏南京210014; 3.南京林业大学森林资源与环境学院,江苏南京2100...

基于SSR标记的8个山荆子居群遗传多样性和遗传关系分析
基于SSR标记的8个山荆子居群遗传多样性和遗传关系分析 基于SSR标记的8个山荆子居群遗传多样 性和遗传关系分析 植物资源与环境2012,21(1):42—46 JournalofPlantResourcesandEnvironment 基于SSR标记的8个山荆子 居群遗传多样性和遗传关系分析 王雷宏,郑玉红.,汤庚国 [1.安徽农业大学林学与园林学院,安徽合肥230036;2.江苏省?中国科学院植物研究所(南京中山植物园),江苏南京210014; 3.南京林业大学森林资源与环境学院,江苏南京210037] 摘要:采用l0对SSR引物对8个山荆子[Malusbaccata(L.)Borkh.]居群140个单株的基因组总DNA进行PCR扩 增,并据此对8个居群的遗传多样性和遗传关系进行了分析.结果 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明:用l0对SSR引物共扩增出91条带,多态 性条带百分率达100.o0%.8个居群的遗传多样性参数差异较大,有效等位基因数为1.4379,1.5350,Nei's基 因多样性指数为0.2560,0.3092,Shannon信息指数为0.3767,0.4592,多态性条带百分率为64.84%一 85.71%.居群间的有效等位基因数为1.6169,Nei's基因多样性指数为0.3551,Shannon信息指数为0.5285,均 明显高于居群内;8个居群问的基因流为1.7395,基因分化系数为0.2233,显示居群间的基因交换较多.UPGMA 聚类分析结果表明:在Nei's遗传距离0.1486处,8个居群被分为3组,河北塞罕坝居群单独为一组,山西五台山 居群和北京东灵山居群为一组,其余5个居群为一组.据此推测:山荆子起源于中国华北和东北地区,山西灵空 山,黑龙江小兴安岭,吉林长白山和山西中条山居群可能是其遗传多样性的核心居 群.熊 关键词:山荆子;居群;遗传多样性;遗传关系;SSR标记;聚类分析" 中图分类号:Q946—33;$661.9文献标志码:A文章编号:1674—7895(2012)01— 0042—05 AnalysesofgeneticdiversityandgeneticrelationshipofeightpopulationsofMalusbaccatabased onSSRmarkerWANGLei—hong.ZHENGYu—hong.TANGGeng— guo(1.SchoolofForestryand LandscapeofArchitecture,AnhuiAgriculturalUniversity,Hefei230036,China;2.InstituteofBotany, JiangsuProvinceandtheChineseAcademyofSciences,Nanjing210014,China;3.CollegeofForest ResourcesandEnvironment,NanjingForestryUniversity,Nanjing210037,China),J.PlantResour.& Environ.2012,21(1):42—46 Abstract:PCRamplificationoftotalgenomicDNAfrom140individualsofeightpopulationsofMalus baccata(L.)Borkh.wascarriedoutbyusingtenpairsofSSRprimers,andhereby,theirgenetic diversityandgeneticrelationshipwereanalyzed.Theresultsshowthattherearetotally91bands amplifiedbytenpairsofSSRprimersandpercentageofpolymorphicbandis100.O0%.Thedifferenceof geneticdiversityparametersofeightpopulationsisgreat.andeffectivenumberofalleleis1.4379— 1.5350.Nei'sgenediversityindexis0.2560—0.3092.Shannoninformationindexis0.3767 — 0.4592.percentageofpolymorphiebandis64.84%一 85.71%.Theeffectivenumberofallele.Nei's genediversityindexandShannoninformationindexamongeightpopulationsare1.6169.0.3551and 0.5285,respectively.whichisobviouslyhigherthanthosewithinpopulation.Thegeneflowandgene differentiationcoefficientofeightpopulationsare1.7395and0.2233.respectively.indicatingthatthe geneexchangeamongpopulationsismore.TheresultofUPGMAclusteranalysisshowsthateight populationsofbaccataaredividedintothreegroupswhereNei'sgeneticdistanceis0.1486.In which.thepopulationinSaihanbaofHebeiProvinceisagroupindividually,twopopulationsinMt. WutaiofShanxiProvinceandMt.DonglingofBeijingCityareagroup.theotherfivepopulationsarea group.Basedontheseresults.itispresumedthatM.baccataisoriginatedfromtheNorthandNortheast ofChina.M.baccatapopulationsinMt.LingkongofShanxiProvince.XiaoxinganlingofHeilongjiang 收稿日期:2011—01—19 基金项目:安徽省自然科学基金资助项目(10040606Q18) 作者简介:王雷宏(1977一),男,山西五台人,博士,讲师,主要从事树木学教学与科研 工作. 第1期王雷宏,等:基于SSR标记的8个山荆子居群遗传多样性和遗传关系分析43 Province,Mt.ChangbaiofJilinProvinceandMt.ZhongtiaoofShanxiProvincemaybecorepopulations ofgeneticdiversity. Keywords:Malusbaccata(L.)Borkh.;population;geneticdiversity;geneticrelationship;SSR marker;clusteranalysis 山荆子[Malusbaccata(L.)Borkh.]是苹果属 (MalusMil1.)脱萼组(Sect.GymnomelesKoehne)种类 中分布范围最广的一个种,集中分布于中国,为东亚 分布型,是典型的多型性发达种?.山荆子生长速 度快,易繁殖,与苹果(M.pumilaMil1.)嫁接后亲和力 强,耐寒性强,是东北,华北和西北山区苹果嫁接的主 要砧木材料;山荆子花,果美丽,果实,种子,嫩叶和木 材等均具有很高的经济价值,是苹果属的珍贵野生植 物资源J.有关该种形态变异,遗传多样性等方面 的研究结果表明:山荆子居群问的遗传分化和亲缘关 系较为复杂..J.Neil71认为:物种表型进化是由相 互作用的基因突变引起的,不同分类等级物种的表型 多样性是新突变和遗传基因的累积产物,新突变基因 通过自然选择和基因漂变被纳入基因组中并产生遗 传保守性,从而影响表型进化的方向;Rouzine等通 过对植物的病毒学实验,认为:低多样性居群受中性 变异控制,高多样性居群受自然选择控制,不同物种 的遗传变异差异明显.因此,探明山荆子的居群遗传 表1供试的8个山荆子居群概况 Table1StatusofeightpopulationsofMalusbaccata(L.)Borkh.tested 结构和遗传分化规律及地理居群的多样性是阐明其 系统进化和演化的主要途径,对山荆子的物种起源和 遗传进化研究具有重要意义. 作者采用SSR标记技术对山荆子主要分布区的 8个居群140个单株的遗传多样性,居群遗传结构以 及居群问的亲缘关系进行了分析,以期为该种的起源 和地理演化规律研究提供一定的实验依据. 1材料和方法 1.1材料 选取分布于黑龙江,吉林,河北,山西和北京等地 的8个山荆子居群进行取样,各居群的概况见表1. 每个居群随机选取20株以上生长状况良好的植株作 为样株,总株数不足20株的居群则全部选为样株, 8个居群共计140个样株.在样株上采集健康的幼 嫩叶片,用变色硅胶迅速干燥并带回实验室,常温条 件下保存,备用. 1.2方法 参照Doyle等的CTAB法提取叶片基因组总 DNA.将获得的DNA溶解于灭菌双蒸水中,"20? 贮存,备用.根据文献[10一l2]确定30对引物进行扩 增反应预实验,通过预实验筛选出扩增条带丰富,信 号强的10对引物用于SSR扩增反应.引物均由上海 英骏生物 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 技术有限公司合成. 采用PE一9700PCR仪(美国GeneAmp公司)进 行SSR—PCR扩增反应,PCR反应相关试剂均购自宝 生物工程(大连)有限公司.反应体系总体积1OL, 包含0.4mo1.L的dATP,dGTP,dCTP和dTTP,1X TaqDNA聚合酶缓冲液(含有10mmol?L—Tris— HC1,50mmol?LKC1和体积分数0.1%TrionX一 100,pH8.4),2.5mmol?L,MgC12,0.5UTaqDNA 植物资源与环境第21卷 聚合酶,20ng模板DNA,0.4mol-L上下游引物, 双蒸水补足至10L.扩增程序为:94?预变性4 min;94?变性30S,55oC,60oC退火1min,72c【=延 伸1min,共35个循环反应;最后于72?延伸5rain. 扩增产物置于4?冰箱中保存. 用质量体积分数10%的聚丙烯酰胺凝胶对扩增 产物进行电泳检测,采用50bpMarker[购自宝生物工 程(大连)有限公司]进行分子量标记,电压240V,电 泳时间1h.电泳结束后用银染法染色,染色方法为: 凝胶先用体积分数10%乙醇和体积分数0.5%冰乙 酸混合溶液固定12min,然后用质量体积分数0.2% AgNO水溶液处理12min;水洗后用含质量体积分数 1.5%NaOH,体积分数0.4%甲醛和质量体积分数 0.02%NaS0的混合液显色5—10min,至谱带清晰 为止.染色结束后,将凝胶用自来水冲洗干净,用 FR一200A凝胶成像系统(上海复日科技有限公司)观 察电泳结果并拍照. 1.3数据分析 人工判读条带,并应用POPGENEv1.31软件. 计算等位基因数,有效等位基因数,Nei'S基因多样性 指数,Shannon信息指数和多态性条带百分率;基于等 位基因频率,在假设遗传平衡的条件下,计算居群间 的基因分化系数(Gst)和基因流(Nm),并用UPGMA 法进行聚类分析. 2结果和分析 2.1SSR扩增结果分析 采用10对SSR引物对8个山荆子地理居群140 个单株的基因组总DNA进行SSR扩增,引物的序列 及扩增结果见表2.10对引物共扩增出91条带,平 均每对引物扩增出9.1条带,多态性条带百分率达 100.00%.其中,引物CH02bl2扩增出的条带最多, 达l3条;引物U78949扩增出的条带最少,仅4条. 表28个山荆子居群的SSR-PCR扩增结果 Table2AmplifiedresultsofSSR-PCRofeigiltpopulationsofMalusbaccata(L.)Borkh. 2.2居群的遗传多样性分析 根据SSR标记分析结果得出的8个山荆子居群 的遗传参数见表3.由表3可知:吉林长白山山荆子 居群的有效等位基因数最大,为1.5350;山西中条山 山荆子居群的Nei's基因多样性指数和Shannon信息 指数最高,分别为0.3092和0.4592;河北塞罕坝居 群的有效等位基因数和Nei'S基因多样性指数最低, 分别为1.4379和0.2560;山西管涔山居群的 Shannon信息指数最低,为0.3767.吉林长白山居群 和山西中条山居群的多态性条带最多,均为78条;山 西五台山居群的多态性条带最少,仅59条.从居群 的多态性条带百分率来看,山西五台山居群最低,为 64.84%;吉林长白山居群和山西中条山居群最高,均 为85.71%. 由表3还可以看出:供试的8个山荆子居群间的 有效等位基因数为1.6169,Nei'S基因多样性指数为 0.3551,Shannon信息指数为0.5285,多态性条带百 分率达100.00%,居群间的各项遗传多样性指数均高 于居群内. 2.3居群的聚类分析结果 基于Nei'S遗传距离获得的8个山荆子居群的 UPGMA聚类结果见图1.在Nei'S遗传距离0.1486 第1期王雷宏,等:基于SSR标记的8个山荆子居群遗传多样性和遗传关系分析45 表3基于SSR标记分析的8个山荆子居群的遗传多样性分析结果 Table3AnalysisresultsofgeneticdiversityofeightpopulationsofMalusbaccata(L.)Borkh. basedonSSRmarkeranalysis 1:河北塞罕坝居群Popul~ioninSaihanbaofHebeiProvince;2:山西灵空山居群Popul~ioninMt.LingkongofShanxiProvince;3:黑龙江小兴 安岭居群Popul~ioninXiaoxing'anlingofHeilongjiangProvince;4:山西管涔山居群PopulationinMt.GuancenofShanxiProvince;5:吉林长白 山居群PopulationinMt.ChangbaiofJilinProvince;6:山西中条山居群PopulationinMt.ZhongtiaoofShanxiProvince;7:山西五台山居群 Popul~ioninMt.WutaiofShanxiProvince;8:北京东灵山居群 Popul~ioninMt.DonglingofBeijingCity. 处,8个居群被分成3个大组:第1组包括山西五台山 居群和北京东灵山居群;第2组包括山西中条山居 群,吉林长白山居群,黑龙江小兴安岭居群,山西灵空 山居群和山西管涔山居群;第3组仅含河北塞罕坝 1个居群.由图1可见:发生明显地理分化的是山西 五台山居群,北京东灵山居群,山西管涔山居群和河 Nei's遗传距离 Nei'sgeneticdistance l:河北塞罕坝居群PopulationinSaihanbaofHebeiProvince;2:山西灵 空山居群Popul~ioninMt.LingkongofShanxiProvince;3:黑龙江小兴 安岭居群PopulationinXiaoxing'anlingofHeilongjiangProvince;4:山西 管涔山居群PopulationinMt.GuancenofShanxiProvince;5:吉林长白 山居群PopulationinMt.ChangbaiofJilinProvince;6:山西中条山居群 PopulationinMt.ZhongtiaoofShanxiProvince;7:山西五台山居群 PopulationinMt.WutaiofShanxiProvince;8:北京东灵山居群 Popul~ioninMt.DonningofBeijingCity. 图1基于SSR标记分析结果的8个山荆子居群的UPGMA聚类图 Fig.1UPGMAclusterdendrogramofeightpopulationsofMalus baccata(L.)Borkh.basedonSSRmarkeranalysisresult 北塞罕坝居群;山西灵空山居群,黑龙江小兴安岭居 群,吉林长白山居群和山西中条山居群可能是山荆子 的多样性核心居群.山西五台山居群和北京东灵山 居群的地理位置较近,遗传关系也最近,而其他居群 间的遗传关系与地理位置没有明显的相关性. 2.4居群间的基因分化分析 对8个山荆子居群进行基因分化分析,居群间的 基因分化系数(Gst)为0.2233,说明在总的遗传变异 中有22.33%存在于居群间;基因流(Nm)为1.7395, 说明居群间的基因交换较多. 3结论和讨论 采用l0对SSR引物对8个山荆子居群的基因组 总DNA进行PCR扩增,根据其基因位点多态性可知: 山西中条山居群的遗传多样性最高,其Nei'S基因 多样性指数(日)为0.3092,Shannon信息指数(,)为 0.4592;山西灵空山居群的遗传多样性也较高,H为 0.3056,,为0.4532.陈曦等根据山荆子居群的 RAPD分析结果,认为山西灵空山居群的遗传多样性 =0.3045,,=0.4526).虽然2种方法的结 最高(日 果不一致,但从绝对数值来看,二者差异不大.本研 究结果表明:与苹果属植物的遗传多样性相比,山 荆子居群间的遗传多样性(H=0.3551,,=0.5285) 明显低于苹果属野生种(=0.86,,=2.07)及苹果砧 木(=0.76,,=1.63),其原因与居群划分方法的不 植物资源与环境第21卷 同有关;但本研究结果与苹果属其他种类,如新疆野 苹果[Malussieversii(Ledeb.)Roem.]E83,湖北海棠 [M.hupehensis(Pamp.)Rehd.]?,变叶海棠[ toringoides(Rehd.)Hughes]?和小金海棠( xiaofinensisChengetJiang)等种类的遗传多样性水 平相近. 聚类分析结果表明:在Nei'S遗传距离0.1486 处,供试的8个山荆子居群被分成3组,居群间的 Nei's遗传距离最大值为0.2274,与RAPD标记的聚 类分析结果相似(RAPD标记的Nei'S遗传距离最大 值为0.2249)J.但是,同一地域内小居群间基于 SSR和RAPD标记的遗传关系分析结果并不完全一 致,其中山西中条山和管涔山居群以及黑龙江小兴安 岭居群的差异较大,推测这些山荆子居群在遗传上可 能具有特定的杂合性和分化方向,也可能与这些居群 处于从随机进化向定向进化的过渡状态有关. 基于SSR标记的8个山荆子居群的遗传组成和 基因流大小与其RAPD标记和ISSR分析?的结 论基本一致,按照Wright19]的理论,表明山荆子群体 相对稳定,不存在遗传漂变,但分化程度较高.聚类 结果显示:地理位置相近的居群并没有聚在一起,如 山西五台山居群,北京东灵山居群和山西管涔山居群 地理位置相近,但仅前二者紧密相聚,山西管涔山居 群则与中部的核心居群聚在一起.推测山荆子的迁 移扩散可能是从核心居群向外扩展,由于同区域内小 居群间基因流不对称或不均等,加之特定地理居群可 能受到强有力的外界选择压力,产生了遗传分化.结 合"多样性中心就是起源中心"的理论推测:山荆子起 源于我国的华北和东北地区,向四周扩散后在基因流 不对称和生境的强有力选择压力下形成了现有的多 样性分布格局. 参考文献: [1]梁国鲁,李晓林.中国苹果属植物染色体研究[J].植物分类学 报,1993,31(3):236—251. 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