全 文 ：收稿日期:2006-04-13
基金项目:山西省青年基金项目(20031044);山西省留学基金项目(2004044);山西农业大学创新基金项目(200142)
作者简介:周福平(1979-),男 ,山西交口人 ,在读硕士 ,主要从事小麦遗传育种研究;孙黛珍为通讯作者。
六倍体小黑麦种质资源遗传多样性分析
周福平 ,孙黛珍 ,王曙光 ,李　瑞 ,冀彩萍
(山西农业大学 农学院 ,山西 太谷　030801)
　　摘要:利用 RAPD 标记对 10份六倍体小黑麦 、1 份普通小麦和 1 份黑麦种质资源遗传多样性进行了分析 , 19 个
RAPD引物中 ,有 10 个引物(52.63%)可扩增出清晰且具多态性的条带。 10 个引物共产生 385 条 DNA片段 ,其中 384
条具有多态性 ,多态性比率为 99.74%, 不同引物扩增带数变幅为 8～ 71 条 , 平均为 38.5 条 ,扩增产物的片段大小为
298 ～ 3 054 bp , 材料间的遗传距离变化范围在 0.724～ 0.833之间。对 12 份供试材料的遗传关系进行聚类分析 , 在平
均GD值 0.77水平上可将 12 份供试材料分为 3 类。研究结果为将六倍体小黑麦的优良基因导入到普通小麦中提供
了理论依据。
关键词:六倍体小黑麦;RAPD标记;遗传多样性;聚类分析
中图分类号:S512.103　　文献标识码:A　　文章编号:1000-7091(2006)06-0033-04
Characterizing the Genetic Diversity of a Group of Hexaploid Triticale
ZHOU Fu_ping ,SUN Dai_zhen ,WANG Shu_guang , LI Rui , JI Cai_ping
(College of Agronomy , Shanxi Agricultural University ,Taigu　030801 ,China)
Abstract:The genetic diversity and genetic relationships among ten accessions of Hexaploid Triticale and one acces-
sion of wheat and rye were evaluated by RAPD markers.Totally 385 bands were detected with 10 primers , with the aver-
age of 38.5.384 polymorphic bands were detected , representing of 99.74%of polymorphic bands(PPB).8 to 71 poly-
morphic bands were generated by each primer.Among 12 material , the RAPD_based genetic distance (RAMP_GD)
ranged from 0.724 to 0.833 , with a mean of 0.77.UPGMA cluster analysis showed that these accessions could be divid-
ed into three groups.The results provide a theoretical basis for transferring fine genes from Hexaploid Triticale to wheat.
Key words:Hexaploid Triticale;RAPD marker;Genetic diversity;Cluster analysis
　　小黑麦是由小麦和黑麦人工杂交 、染色体加倍
而成的属间杂种[ 1 , 2] 。它的遗传组成既不同于小
麦 ,也不同于黑麦 ,因而是小麦族中的一个新物种 。
根据染色体组和倍性 ,小黑麦分为十倍体 、八倍体 、
六倍体和四倍体 ,其中六倍体是研究和应用最多的
一种 。六倍体小黑麦是通过四倍体硬粒小麦和黑麦
杂交和染色体加倍而成 ,在欧洲广泛种植 。小黑麦
不但保持了小麦的粒多 、粒重的特点 ,而且还结合了
黑麦的小穗多 ,抗病和抗逆性强 ,适应性广以及蛋白
质 、赖氨酸含量高 ,营养品质好等特性[ 3 ,4] 。因此 ,
将小黑麦的优良性状导入到普通小麦中 ,不仅可以
拓宽小麦的遗传基础 ,而且可为培育优质 、高产小麦
品种提供基础。
RAPD分子标记具有方法简单 、操作快速 、灵敏
度高等特点 ,目前已广泛应用于玉米 、水稻 、小麦等
禾谷类作物的遗传差异和亲缘关系的研究[ 5～ 7] 。但
利用 RAPD技术研究六倍体小黑麦种质资源遗传多
样性的研究报道甚少。本研究旨在利用 RAPD技术
分析从国外引进的 10个六倍体小黑麦种内以及与
小麦和黑麦种间的遗传差异 ,探索用 RAPD标记对
六倍体小黑麦进行分类研究的可行性 ,以期为转育
六倍体小黑麦的优良基因提供理论依据。
1　材料和方法
1.1　试验材料
供试材料为引自波兰的 1份小麦材料(编号为
华北农学报·2006 , 21(6):33-36
S1), 1份黑麦材料(编号为S12)以及10份六倍体小
黑麦新品系(编号为 S2 ,S3 ,S4 ,S5 ,S6 ,S7 ,S8 ,S9 ,S10
和S11)。
1.2　DNA提取
DNA提取参照 Thompson和 Henry 的方法[ 8] 。
1.3　RAPD扩增
PCR总反应体积为 21.5μL ,包括模板 DNA 0.5
μL ,9.75 μL 的 ddH2O2 , 0.125 μL ×10 mmol/L Tris_
HCl ,10μL×2 mmol/L MgCl2 ,0.062 5μL BSA , 0.625
μL dNTP , 0.25 μL 引物 , 0.187 5 μL Taq polymerase 。
DNA扩增在 PTC_100 Programmable Thermal Controller
上进行 , 94℃预变性 1 min;随后 10个循环 ,每循环
94℃变性 5 s ,37℃退火 30 s ,72℃延伸 30 s;接下来
35个循环 ,每个循环 94℃变性 5 s , 37℃退火 30 s ,
72℃延伸 60 s。扩增产物用 1.5%琼脂糖凝胶电泳
后在自动凝胶成相仪上观察 、照相 、记录 。
1.4　数据分析
RAPD扩增产物以 0 ,1 ,9统计建立数据库。在相
同迁移位置 ,有带记为 1 ,无带记为 0 ,扩增失败或缺
失记为9。在 NTSYS_pc统计分析软件系统中 ,按 Nei
和Li的方法[ 9]计算遗传相似系数(GS)。计算公式
为:GS=2Nij/(N i +N j),其中N ij为材料 i 和 j共有的
扩增片段数目 ,N i 为材料 i 中出现的扩增片段数目 ,
N j为材料 j中出现的扩增片段数目。不同基因型间
的遗传差异用遗传距离GD=(1-GS)来衡量 ,遗传距
离GD按不加权成对算术平均法(UPGMA)进行遗传
相似性聚类。标记位点的多态信息量(Polymorphism
information content , PIC)按公式 PIC =1 -΢Pij2 计
算[ 10] ,标记系统的有效等位基因数(Effective number of
alleles ,Ne)按公式 Ne=1/΢P ij 2 计算[ 11] ,其中 Pij表示
第 j 个引物所揭示的第 i位点的基因频率。
2　结果与分析
2.1　扩增产物的多态性
选用 19 个随机引物对供试材料进行 PCR 扩
增 ,其中 10个引物(52.63%)可扩增出清晰且具多
态性的条带(表1)。10个引物共产生 385条DNA片
段 ,其中 384 条具有多态性 ,多态性比率(PPB)为
99.74%,不同引物扩增带数变幅为 8 ～ 71条 ,平均
为38.5条 ,扩增产物的片段大小在 298 ～ 3 054 bp
之间 。材料间平均多态信息量(PIC)为 0.38 ,平均每
个位点有效等位基因数(Ne)为 1.61。表明供试材
料间 RAPD 变异大 、多态性高。图 1是引物 100 的
扩增结果 。
表 1　RAPD引物及其扩增结果
Tab.1　RAPD primers and charactrristics of the amplification products
引物
Prime
序列(5′_3′)
Sequence(5′_3′) 总条带数No.of amplified DNA fragment 片段大小Fragment size(bp)min._max. 多态性条带数No.of Polymorphic fragment
100 CCCTACCGAC 63 298 ～ 3 054 63
99 TGAACCGCCG 22 506 ～ 2 036 22
98 TACGGCTGGC 40 344 ～ 1 636 40
97 CGTTGGATGC 8 506 ～ 2 036 8
95 GCGACGCCTA 35 506 ～ 2 036 35
94 TGACATGCGA 53 506 ～ 2 036 53
92 TAGCGGCTAC 31 506 ～ 2 036 31
90 CAGTCGCGTG 47 344 ～ 1 636 47
87 ACCTCGAGCA 71 298 ～ 3 054 71
OPA09 GGGTAACGCC 15 506 ～ 2 036 14
图 1　引物 100 扩增产物琼脂糖电泳图谱
Fig.1　The amplification results by
primer 100 in 12 accessions
2.2　遗传差异分析
利用 10 个 RAPD引物对 12 份材料所获得的
385条扩增条带计算供试材料间的遗传距离(GD),
所有材料间的 GD值变化范围在 0.724 ～ 0.833 之
间 ,平均值为 0.774。其中 S1和 S5之间的 GD值最
小 ,遗传距离最近 ,遗传相似程度最高;S2 和 S3 之
间的 GD值最大 ,遗传距离最远 ,遗传相似程度最低
(表 2)。
小黑麦与黑麦 S12的遗传距离在 0.732 ～ 0.758
之间 ,平均为 0.744;小黑麦与小麦S1的遗传距离在
0.724 ～ 0.807之间 ,平均为 0.757;所有小黑麦之间
34　 华　北　农　学　报 21卷
的遗传距离在 0.734 ～ 0.833 之间 ,平均为 0.774。
表明不仅六倍体小黑麦中存在着丰富的遗传变异 ,
而且小黑麦与普通小麦和黑麦间也存在着丰富的遗
传变异。
表 2　RAPD 标记计算的各群组之间的遗传距离
Tab.2　Genetic distance between species based on RAPD markers
S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 S11 S12
S1 -
S2 0.807 -
S3 0.776 0.833 -
S4 0.740 0.776 0.813 -
S5 0.724 0.734 0.760 0.786 -
S6 0.763 0.758 0.773 0.779 0.784 -
S7 0.753 0.768 0.773 0.747 0.747 0.776 -
S8 0.747 0.779 0.779 0.784 0.753 0.807 0.828 -
S9 0.747 0.763 0.779 0.789 0.737 0.771 0.776 0.813 -
S10 0.758 0.773 0.784 0.747 0.758 0.786 0.771 0.786 0.771 -
S11 0.768 0.768 0.779 0.747 0.732 0.771 0.766 0.781 0.760 0.771 -
S12 0.745 0.740 0.745 0.740 0.740 0.753 0.732 0.758 0.732 0.742 0.758 -
2.3　聚类分析
根据 RAPD标记计算的遗传相似矩阵 ,按 UPG-
MA法构建了供试材料间的遗传关系聚类图(图 2)。
从图2 中可以看出 , 以所有材料的平均遗传距离
0.77为阈值 ,可将 12 份材料分为 3大类 。其中 S5
和S12各自成一类;S1 , S2 ,S3 ,S4 ,S6 ,S7 ,S8 ,S9 , S10
和S11为第三类。其中普通小麦 S1与 9 个六倍体
小黑麦聚为一类 ,而黑麦 S12自成一类 ,表明小麦和
六倍体小黑麦 A ,B 染色体组的同质性要比黑麦和
六倍体小黑麦 R染色体组的同质性高 。
图 2　RAPD 标记的遗传聚类图
Fig.2　Dendrogram of 12 materials from RAPD markers
3　讨论
在现代小麦育种工作中 ,由于大量使用相同的
骨干亲本 ,导致育成的普通小麦品种群体内的遗传
基础非常狭窄 ,在分子水平上的大量研究也进一步
证实了这一点[ 12～ 15] 。因此 ,采用不同来源的遗传
变异 ,拓宽小麦育种亲本的遗传基础具有十分重要
的意义 。贾继增等[ 14] 发现普通小麦的近缘种硬粒
小麦 、二粒小麦 、提莫菲维小麦 、粗山羊草 、偏凸山羊
草中存在丰富的遗传变异 ,是丰富小麦遗传多样性
的重要资源。时津霞等[ 16]研究表明 ,野生二粒小麦
与普通小麦 A , B 染色体组的遗传相似系数为
0.189 ,存在较大差异 。本研究发现 ,六倍体小黑麦
和黑麦与普通小麦之间的遗传距离平均为 0.757和
0.745 ,表明遗传差异明显 ,是拓宽小麦遗传基础的
又一重要资源 ,也为将六倍体小黑麦的优良基因转
育到普通小麦中提供了理论基础 。
六倍体小黑麦是通过硬粒小麦和黑麦杂交合成
的新物种 ,本研究发现六倍体小黑麦间的遗传差异
很明显 ,表明通过小黑麦品种间杂交也是选育新的
六倍体小黑麦优良品种的途径之一。
RAPD标记已被广泛应用于玉米 、水稻 、小麦等
禾谷类作物的遗传差异和亲缘关系的研究[ 5～ 7] ,但
关于六倍体小黑麦的研究报道甚少 ,本研究建立了
应用 RAPD标记研究六倍体小黑麦遗传关系的技术
平台 , 并且发现多态性频率高达 99.74%, 因此
RAPD标记对于评价不同六倍体小黑麦品种的基因
多样性和识别不同六倍体小黑麦品种的类型是有效
的。
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