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西藏林芝小麦条锈菌的分子群体遗传结构分析



全 文 :麦类作物学报 2012,32(5):880-884
Journal of Triticeae Crops
网络出版时间:2012-08-23 17:19
网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20120823.1719.201205.0_030.html
西藏林芝小麦条锈菌的分子群体遗传结构分析

王雅婷1,杨敏娜2*,鲁传强1,康振生1,王保通1,胡小平1
(1.西北农林科技大学植保学院/作物逆境生物学国家重点实验室,陕西杨凌712100;
2.西藏农牧学院植物科学技术学院,西藏林芝860000)
摘 要:为了明确西藏林芝地区小麦条锈菌的分子群体遗传结构,2010年,从西藏林芝地区的米林县、
林芝县、波密县和工布江达县共采集到259个小麦条锈菌标样,利用10对小麦条锈菌SSR引物进行了群体
遗传研究。结果表明,该地区小麦条锈菌的遗传多样性水平较低,群体存在一定的遗传分化,群体间遗传变异
占总变异的12%,群体内遗传变异占88%,不同群体间存在着频繁的菌源交流。
关键词:小麦条锈菌;西藏林芝;群体遗传结构
中图分类号:S435.121;S330   文献标识码:A   文章编号:1009-1041(2012)05-0880-05
Molecular Population Genetic Structure of Puccinia striformis
f.sp.tritici in Nyingchi of Tibet
WANG Ya-ting1,YANG Min-na2*,LU Chuan-qiang1,KANG Zhen-sheng1,
WANG Bao-tong1,HU Xiao-ping1
(1.State Key Laboratory of Crop Stress Biology in Arid Areas,Colege of Plant Protection,Northwest A&F University,Yangling,
Shaanxi 712100,China;2.Tibet Agricultural and Animal Husbandry Colege,Linzhi,Tibet 860000,China)
Abstract:Nyingchi of Tibet is one of the epidemic regions of wheat stripe rust caused by Puccinia
striiformis f.sp.tritici(PST)in China,but no study on molecular population genetic diversity of
PST are found until now.Two hundred fifty nine samples of PST were colected from Milin,Nying-
chi,Bomi and Gongbujiangda of Tibet.Population genetic diversity of PST was investigated with 10
pair of SSR primers.Results showed that the population genetic diversity of PST from those regions
of Tibet was low.Genetic differentiation was found among populations.The 12%of total variation
came from among populations,88%came from within populations.Frequency exchange of PST oc-
curred among populations.
Key words:Puccinia striiformis f.sp.tritici;Nyingchi;population genetic structure
  小麦条锈病菌(Puccinia striiformis f.sp.
tritici)喜凉怕热,主要在纬度较高或高海拔地区
越夏,而且具有远距离气流传播的特点,常常造成
严重的产量损失,是我国小麦安全生产中最严重
的威胁之一[1]。我国学者已对西北、华北、西南主
要流行区的小麦条锈菌群体遗传多样性和遗传结
构进行了广泛深入的研究[2-3],研究表明,我国小
麦条锈菌保持着较高的遗传多样性水平,各种群
间存在着差异,群体间和群体内都存在着一定的
遗传分化,遗传变异主要存在于群体内部,并且发
* 收稿日期:2012-04-27   修回日期:2012-06-01
基金项目:国家自然科学基金项目(31071640,31071652和30960214);农业行业计划(200903035)资助。
作者简介:王雅婷(1984-),女,硕士研究生,主要从事植物病理学研究。
*:同等贡献作者。
通讯作者:胡小平(1971-),男,教授,博士生导师,主要从事植物病理学研究。E-mail:xphu@nwsuaf.edu.cn
现个别种群间基因交流频繁,存在共享指纹现象。
长期以来,由于西藏地区地理位置和交通等方面
的原因,关于西藏小麦条锈病的研究较少。1990
-1993年,王宗华等[4]对西藏小麦条锈病进行了
阶段性研究,基本弄清了西藏小麦条锈病区域流
行规律、越夏越冬规律[5-6]、品种抗病性变异原
因[7],开展了综合防治技术方面的研究[8],但是缺
乏关于西藏小麦条锈菌的群体遗传多样性研究。
因此,本研究利用SSR标记对从西藏林芝地区的
米林县、林芝县、波密县和工布江达县等地采集到
的259个小麦条锈菌标样,进行了群体遗传结构
研究,旨在为相关研究提供参考。
1 材料与方法
1.1 标样采集与菌种繁殖
2010年5-6月份,采集了林芝地区的米林
县、林芝县、波密县和工布江达县小麦条锈菌标样
共计435份,繁殖成活标样为259份(表1),在感
病品种铭贤169上采用单孢子堆接种方法隔离繁
殖,收集新鲜夏孢子并真空封存,于-80℃保存
备用。
表1 林芝地区小麦条锈菌标样信息
Table 1 Sample information of Puccinia striformis
f.sp.tritici colected in Nyingchi
采集地点 经度 纬度 海拔/m 采集数量 成活数量
米林县派镇岗嘎村 E94°18′45.4″ N29°16′47.6″ 2 934  39  27
米林县羌纳乡米尼村 E94°33′59.7″ N29°22′10.7″ 2 936  39  26
米林县丹娘乡啷嘎村 E94°42′11.1″ N29°26′33.6″ 2 960  27  11
米林县羌纳乡朗多村 E94°26′1.6″ N29°21′46.3″ 2 931  23  19
米林县南伊乡 E94°0′41.9″ N29°11′20.3″ 2 960  35  11
小计 ― ― ― 163  94
林芝县八一镇杰麦村 E94°25′19.4″ N29°34′15.5″ 2 962  16  10
林芝县布久乡 E94°25′1.5″ N29°8′40.1″ 2 943  17  8
林芝县布久镇 E94°26′41.4″ N29°28′30.8″ 2 943  27  21
林芝县布久乡嘎玛村 E94°27′9.6″ N29°25′59.1″ 2 938  13  12
林芝县更张乡 E94°1′50.3″ N29°45′17.1″ 3 102  30  10
林芝县百吧镇 E93°48′1″ N29°48′18.0″ 3 174  6  3
林芝县八一镇东如村 E94°20′53.6″ N29°38′12.0″ 3 000  10  5
小计 ― ― ― 119  69
波密县 E95°58′05.3″ N29°45′32.8″ 3 074  19  12
波密松宗镇 E95°48′14.8″ N29°48′37.7″ 2 812  27  20
波密帕隆藏布 E95°38′46.6″ N29°54′10.5″ 2 720  13  9
波密古乡 E95°29′9.2″ N29°54′38.3″ 2 648  7  3
波密古乡 E95°18′32.5″ N29°59′49.1″ 2 448  19  13
波密然乌镇 E95°34′4.1″ N29°33′27.2″ 3 190  9  6
波密然乌镇 E96°36′38.6″ N29°29′35.7″ 3 086  14  8
波密松宗镇 E96°5′7.5″ N29°44′47.7″ 3 046  24  13
波密县郊 E95°46′42.7″ N29°50′35.4″ 2 755  13  7
小计 ― ― ― 145  91
工布江达县 E93°36′45.8″ N29°54′21.8″ 3 249  8  5
小计 ― ― ― 8  5
总计 ― ― ― 435  259
1.2 条锈菌夏孢子基因组DNA的提取
基因组DNA的提取参照 Wang et al[9]的方
法加以改进:取10~15mg新鲜小麦条锈菌夏孢
子于1.5mL离心管中,加入50μL抽提缓冲液;
用电钻加研磨棒研磨样品(冰上操作)3~5min,
再加入300μL抽提缓冲液,涡旋混匀;每管加
·188·第5期         王雅婷等:西藏林芝小麦条锈菌的分子群体遗传结构分析
30μL 20%的SDS、20μL 5mol·L
-1 NaCl和
30μL CTAB/NaCl溶液,颠倒混匀,65℃温育1h
(20min颠倒一次);加入等体积的苯酚、氯仿、异
戊醇,轻轻颠倒混匀,12 000r·min-1,4℃离心
12min;取上清液,加350μL的氯仿,轻轻颠倒混
匀,12 000r·min-1,于4℃下离心10min;取上
清液加入等体积的预冷异丙醇,-20℃放置
1-2h;12 500r·min-1,4℃离心15min,弃液
体,加400μL 70%乙醇(预冷)清洗两次,每次洗
后4℃离心5min,弃上清,室温干燥,加入30μL
TE溶解。然后用4μL(10mg·mL
-1)RNaseA
酶37℃温育0.5-1h去除 RNA,进一步纯化
DNA。将提取的DNA用超纯水稀释至50ng·
μL
-1,-80℃保存备用。
1.3 PCR产物的扩增及检测
采用10对SSR引物(表2)对小麦条锈菌基
因组DNA进行扩增。PCR反应体系(25μL):10
×Reaction buffer 2.5μL,MgCl2(25mmol·
L-1)1.7μL,dNTP(2.5mmol·L
-1)2.0L,正向
引物(10μmol·L
-1)0.5μL,反向引物(10μmol
·L-1)0.5μL,Taq polymerase(5U·μL
-1)0.2
μL,DNA(50ng·μL
-1)1.0μL,ddH2O 16.6
μL。扩增反应在PTC-200(BIO-RAD)上进行。
PCR扩增反应程序:94℃变性4min;94℃变性45
s,64℃退火45s,每循环一次降0.7℃,72℃延伸
45s,10个循环;94℃变性45s,54℃退火45s,
72℃延伸45s,25个循环;72℃延伸10min,4℃
终止反应。扩增产物经6%变性聚丙烯酰胺凝胶
(PAGE)电泳分离和银染显示。
1.4 统计分析
电泳图谱中的每一条带视为一个分子标记,
并代表一个引物的结合位点。根据条带确定产物
分子量,排除模糊不清和无法准确标识的条带,构
建0,1二元数据矩阵。利用POPGENE version
1.32软件[10]计算多态性条带数NP、多态性条带
百分率P、等位基因观测数Na、有效等位基因数
Ne、基因多样性指数H、Shannon信息指数I。应
用Nei[11]基因多度法计算遗传分化系数Gst,总
遗传多样性Ht,群体内遗传多样性Hs,群体间遗
传多样性Dst。按照 Wright的Fst法[12]计算反
映基因流强度的居群每代迁移数(Nm),其关系
为:Nm(W)=(1-Fst)/4 Fst,Fst可认为等同于
Gst。根据POPGENE version 1.32软件计算获
得的相似系数,用 NTSYSpc-2.11F软件SHAN
程序中的 UPGMA 方法进行聚类分析,并通过
Tree plot模块生成聚类图。
2 结果与分析
2.1 林芝地区小麦条锈菌的遗传多样性水平
10对SSR引物对259份标样共扩增出43个
位点,其中多态性位点35个,多态性位点百分率
为81.40%。每一对引物扩增条带平均值为4.3
个,多态性条带平均值为3.5个,整体多态性水平
较高,各引物所揭示的遗传多样性水平不同
(图1)。
  由表3可见,不同群体的遗传多样性水平具
有显著差异。在物种水平上,观察等位基因数
(Na)为1.81,有效等位基因数目(Ne)为1.17,
Nei’s基因多样性指数(H)为0.13,Shannon信
息指数(I)为0.23。在群体水平上,多态位点百
分率(P)为9.30%~81.40%,平均为55.23%,观
察等位基因数(Na)为1.09~1.81,平均为1.55,
有效等位基因数目(Ne)为1.06~1.21,平均为
1.15,Nei’s基因多样性指数(H)为0.04~0.14,
平均为0.10,Shannon信息指数(I)为0.05~
0.24,平均为0.17。米林县和林芝县的群体遗传
多样性水平相对较高,波密县和工布江达县的遗
传多样性水平相对较低,林芝地区总体遗传多样
性水平较低。
表2 SSR体系所选用的引物
Table 2 Primers of SSR-PCR
合成引物
名称 引物序列5′-3′
退火温度
/℃
CPS08F
CPS08R
GATAAGAAACAAGGGACAGC
CAGTGAACCCAATTACTCAG 55
CPS09F
CPS09R
CGGGAGAAGACCTGAGC
AGAAAACGGAATGTAATGTG 58
CPS10F
CPS10R
TCTACTGGGCAGACTGGTC
CGGTTTGTTTTGTCGTTTC 56
RJ18F
RJ18R
CTGCCCATGCTCTTCGTC
GATGAAGTGGGTGCTGCTG 56
RJ20F
RJ20R
AGAAGATCGACGCACCCG
CCTCCGATTGGCTTAGGC 56
RJ21F
RJ21R
TTCCTGGATTGAATTCGTCG
CAGTTCTCACTCGGACCCAG 58
RJ24F
RJ24R
TTGCTGAGTAGTTTGCGGTGAG
CTCAAGCCCATCCTCCAACC 54
CPS15F
CPS15R
GATGGGGAAAAGTAAGAAGT
GGTGGGGGATGTAAGTATGTA 58
CPS34F
CPS34R
GTTGGCTACGAGTGGTCATC
TAACACTACACAAAAGGGGTC 58
CPS36F
CPS36R
TCCAGGCAGTAAATCAGACGC
ATCAGCAGGTGTAGCCCCATC 54
·288· 麦 类 作 物 学 报                  第32卷
图1 259份小麦条锈菌标样的SSR分子标记电泳图(RJ18)
Fig.1 Electrophoretogram of 259samples of Puccinia striformis f.sp.tritici scanning with SSR primer RJ18
表3 林芝地区小麦条锈病菌遗传多样性水平
Table 3 Genetic diversity of P.striformis f.sp.tritici in Nyingchi
群体 Na  Ne  H  I  NP  P/%
米林县 1.81  1.18  0.13  0.24  35  81.40
林芝县 1.74  1.21  0.14  0.23  32  74.42
波密县 1.56  1.13  0.10  0.16  24  55.81
工布江达县 1.09  1.06  0.04  0.05  4  9.30
群体平均水平 1.55  1.15  0.10  0.17  23.8  55.23
物种水平 1.81  1.17  0.13  0.23  35  81.40
  Na:观察等位基因数;Ne:有效等位基因数;H:Nei’s,基因多样性指数;I:Shannon信息指数;NP:多态性位点数;P:多态位点百
分率。
2.2 小麦条锈菌的群体遗传关系
SSR标记结果表明,林芝地区小麦条锈菌群
体总的遗传多样性(Ht)、群体内的遗传多样性
(Hs)和群体间遗传多样性(Dst)分别为0.12、
0.10和0.02,具有遗传分化现象,遗传分化系数
(Gst)为0.12,群体内遗传变异占总变异的88%,
群体间遗传变异占12%,群体内多样性大于群体
间多样性。基因流Nm参数值为1.90,表明林芝
地区群体间菌源交流频繁。聚类分析结果表明,4
个种群可分为2个类群,林芝地区的工布江达县
·388·第5期         王雅婷等:西藏林芝小麦条锈菌的分子群体遗传结构分析
为一个类群(Group B),另外3个种群为一个类
群(Group A);其中Group A又可分为两个亚群,
即米林县为一个亚群(Subgroup B),林芝县和波
密县为一个亚群(Subgroup A)(图2)。
图2 小麦条锈病菌4个自然种群的UPGMA树状聚类图
Fig.2 UPGMA dendrogram of 4populations
of P.striformis f.sp.tritici in
Nyingchi based on SSR marker
3 讨 论
传统的病原菌毒性鉴定及病害调查方法对监
测病害的流行、制定调控策略等起到了十分重要
的作用[13]。传统的小麦条锈菌生理小种鉴定因
受寄主的选择,其结果只代表了病菌群体内遗传
变异很少的一部分,不能完全反映其遗传本质,存
在一定的局限性[14]。DNA标记通常在遗传上是
中性的,可用于反映病菌菌系间的亲缘关系、群体
遗传结构及其动态[1]。西藏林芝地区位于西藏自
治区东南部,东部和北部分别与昌都地区、那曲地
区相连,西部和西南部分别与拉萨、山南两地(市)
相连,南部与印度、缅甸两国接壤,是西藏小麦的
主要种植区。本研究在西藏林芝地区四个县进行
了小麦条锈菌的大规模采样和分子标记分析,结
果发现林芝地区小麦条锈菌四个群体间的基因流
Nm为1.90,群体之间菌源相互交流十分频繁。
群体间和群体内都存在着一定的遗传分化,群体
间的遗传变异占总变异的12%,群体内遗传变异
占88%,遗传变异主要存在于群体内部,这与陈
长卿等[15-17]关于我国其他地区小麦条锈菌种群结
构的研究结果相一致。林芝地区的米林县和林芝
县小麦条锈菌群体遗传多样性相对丰富,波密县
次之,工布江达县最低,整体的遗传多样性水平并
不丰富。这可能跟当地种植的小麦品种、气候状
况、环境条件、地理特征等有关。我国西藏小麦
条锈菌与内地菌源,以及与雅鲁藏布江河谷相连
的印度、孟加拉等国家间是否存在着交流关系等
问题,尚需要进行大规模、大面积采集小麦条锈菌
标样进行研究。
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