全 文 ：采用 ISSR方法研究簇毛麦属与偃麦草属染色体组的遗传关系
徐国庆 (山东省青岛市胶南实验中学，山东青岛 266400)
摘要 ［目的］确证簇毛麦属(Dasypyrum)与偃麦草属(Thinopyrum)物种不同基因组的系统发生关系。［方法］采用 ISSR引物对 12个
小麦族物种扩增后进行了聚类分析。［结果］多年生簇毛麦(D． breviaristatum)、中间偃麦草(Th． intermedium)和二倍体长穗偃麦草(Lo-
phopyrum elongatum)亲缘关系最近而聚在一起，而二倍体簇毛麦(D． villosum)与拟鹅观草(Pseduoroengeria spicata)聚在一起。［结论］多
年生簇毛麦 Vb 基因组与偃麦草 E基因组关系较近;二倍体簇毛麦和多年生簇毛麦未聚在一起，支持“多年生簇毛麦不是二倍体簇毛麦
加倍产生”的观点。
关键词 簇毛麦属;偃麦草属;ISSR;聚类分析;遗传进化
中图分类号 S188 文献标识码 A 文章编号 0517 －6611(2011)14 －08210 －02
Study on the Genetic Relationships between Dasypyrum and Thinopyrum by Using ISSR Technique
XU Guo-qing (Experimental Middle School of Jiaonan，Qingdao，Shandong 266400)
Abstract ［Obejective］The aim was to study the validate phylogenetic relationships between Dasypyrum and Thinopyrum genomes．［Method］
ISSR primer was used to amplify the Triticeae species and then carry out cluster analysis．［Result］D． breviaristatum，Th． intermedium and Lo-
phopyrum elongatum clustered into one group，while D． villosum and Pseduoroengeria spicata clustered into another group．［Conclusion］Vb genome
of D． breviaristatum and E． genome of Lo． elongatum had the nearest relationship compared to other species genomes tested． D． breviaristatum and
D． villosum were not clustered into one group，supporting the view that D． breviaristatum was not directly derived from D． villosum．
Key words Dasypyrum;Thinopyrum;ISSR;Cluster analysis;Genetic evolution
簇毛麦属(Dasypyrum)物种具有蛋白质含量高，抗逆性
和抗病性强［1］，特别是对白粉病的绝大多数生理小种表现免
疫和高抗的特点［2］，而偃麦草属(Thinopyrum)物种具有耐盐
碱、耐干旱和抗三锈病、白粉病、大麦黄矮病毒病等特性，它
们都是改良小麦的优异基因源［3 －5］。偃麦草属物种已在小
麦育种中发挥了和正在发挥着巨大作用［1，5 －6］。虽然簇毛麦
属物种二倍体簇毛麦正在小麦育种中发挥着巨大作用［1，6］，
但关于多年生簇毛麦在小麦育种中的应用报道较少。研究
表明，簇毛麦属和偃麦草属具有一定的亲缘关系［7 －8］，为了
进一步探究二者之间的遗传进化关系，明确二者在小麦族中
的分类地位，指导多年生簇毛麦在小麦中的育种实践，笔者
以小麦族的多年生簇毛麦(D． breviaristatum)、二倍体簇毛麦
(D． villosum)、二倍体长穗偃麦草(Lo． elongatum)等 12 个物
种为材料，采用 ISSR方法对其扩增后进行了聚类分析。
1 材料与方法
1． 1 材料 以 12个小麦族物种为供试材料(表 1)。
表 1 供试材料
Table 1 Tested species
序号
No．
物种
Species
染色体数目
Number of
chromosome
染色体组
Genomes
编号
Accession No．
来源
Origin
1 中国春 Chinese spring 42 ABD CS 美国 Missouri植物园
2 园柱小麦 T． teres 28 DDAuAu SCND1355 四川农业大学人工合成［11］
3 节节麦 Aegilops tauschii 28 DDDD SCND1389 四川农业大学
4 栽培大麦 Hordeum vulgare L． 14 HH SCND1354 四川农业大学
5 Crithopsis KK Crithopsis 28 K SCND1559 四川农业大学
6 中间偃麦草 Th． intermedium 42 EESt PI401225 美国 NPGS
7 二倍体长穗偃麦草 Lo． elongatum 14 E PI153179 美国 NPGS
8 多年生簇毛麦 D． breviaristatum 28 Vb PI546317 美国 NPGS
9 二倍体簇毛麦 D． villosum 14 V SCND1365 四川农业大学
10 拟鹅观草 Ps． spicata 14 St PI232131 美国 NPGS
11 非洲黑麦 Secale． africanum 14 Ra CN41211 美国 Missouri植物园
12 秦岭黑麦 S． cereale cv． Qingling 14 R SCND1364 四川农业大学
1． 2 方法
1． 2． 1 DNA提取。参试材料种子发芽后按单株取片，参照
Yang等［4］的方法提取 DNA。
1． 2． 2 ISSR分析。ISSR 引物购自成都天泰生物科技有限
公司，100条引物的浓度均为 10 μmol /L。PCR 扩增反应体
系和程序参照唐祖强等［9］的方法。
基金项目 国家自然科学基金项目(30671288，30871518);教育部新世纪
优秀人才资助项目(NCET-06-0810)。
作者简介 徐国庆(1979 － )，男，山东胶南人，中学二级教师，从事植物
分子进化研究，E-mail:xvgq@ sina． com。
鸣 谢 电子科技大学杨足君教授对本文提出了宝贵意见，谨此致谢。
收稿日期 2011-02-18
2 结果与分析
2． 1 引物筛选结果及 ISSR 标记的多态性 利用 ISSR 方
法从 100条引物中选出扩增效果较好的 20 条进行 ISSR 同
源性分析。在相同位置上有 ISSR带的记为 1，无带记为 0，
结果利用 popgen软件进行分析。结果表明，20 个随机引物
共扩增出 172 条带，其中具有多态性的有 127 条，占
73． 8%。各引物扩增的条带数在 5 ～ 12 条不等，平均每个
引物扩增出的带数为 6． 4条。各引物对供试材料扩增的多
态性也不同，其中引物 801 扩增效果较差，只扩出 5 条带，
812、830 和 890 扩增条带数相对较少(5 ～ 8 条) ，多态性相
对较差;而引物 841的扩增效果最好，共扩增出 12 条带纹，
责任编辑 乔利利 责任校对 李岩安徽农业科学，Journal of Anhui Agri． Sci． 2011，39(14):8210 － 8211，8214
DOI:10.13989/j.cnki.0517-6611.2011.14.190
其中多态性带纹 12 条(图 1)。
注:1 ～ 12 分别与表 1 中物种序号相对应。
Note:The serial number of the species 1 － 12 are the same as in
table 1．
图 1 引物 841 对 12 个物种的扩增结果
Fig． 1 The amplification result of 12 species by ISSR primer 841
2． 2 遗传距离分析 利用 127 条多态性 ISSR 标记计算材
料间相似系数(GS) ，共得到 66 个 GS 值，据此计算出相应
的遗传距离(GD)。由表 2 可知，供试材料间的 GD 值变异
范围为 0． 165 ～ 0． 339，平均值为 0． 275。二倍体长穗偃麦草
与多年生簇毛麦的 GD 值最小;普通小麦中国春与二倍体
簇毛麦的 GD值最大;多年生簇毛麦与二倍体簇毛麦的 GD
值为 0． 222，遗传关系较远。
2． 3 聚类分析 根据 ISSR 引物扩增出的条带对供试物种
进行了聚类分析。结果显示，12个供试物种聚为两大类，其
中中国春、圆柱小麦、节节麦、栽培大麦以及 KK 聚为第一
大类;其他物种聚为第二大类。第一大类中，中国春和圆柱
小麦聚在一起，为第一小类;栽培大麦和 KK 聚为第二小
类;节节麦则单独聚类，为第三小类。第二大类中，中间偃
麦草、二倍体长穗偃麦草和多年生簇毛麦聚为第一小类;二
表 2 12 个物种间的遗传距离
Table 2 Genetic distance among the tested species
序号
No． 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
2 0． 204
3 0． 303 0． 228
4 0． 319 0． 232 0． 303
5 0． 331 0． 287 0． 184 0． 295
6 0． 308 0． 261 0． 258 0． 246 0． 290
7 0． 296 0． 249 0． 278 0． 266 0． 274 0． 312
8 0． 339 0． 279 0． 226 0． 319 0． 278 0． 277 0． 261
9 0． 315 0． 287 0． 285 0． 289 0． 336 0． 315 0． 173 0． 308
10 0． 336 0． 308 0． 269 0． 313 0． 309 0． 215 0． 272 0． 305 0． 323
11 0． 324 0． 281 0． 229 0． 308 0． 277 0． 317 0． 290 0． 215 0． 336 0． 313
12 0． 281 0． 221 0． 189 0． 269 0． 165 0． 223 0． 231 0． 222 0． 286 0． 258 0． 234
注:1 ～ 12 序号分别代表中国春、圆柱小麦、中间偃麦草、节节麦、二倍体长穗偃麦草、非洲黑麦、栽培大麦、二倍体簇毛麦、Crithopsis KK、秦岭黑
麦、拟鹅观草和多年生簇毛麦。
Note:1 － 12 stand for Chinese Spring，T． teres，Th． intermedium，Aegilops tauschii，Lo． elongatum，S． africanum，Hordeum vulgare，D． villosum，Crithopsis，
S． cereale cv． Qingling，Ps． spicata and D． breviaristatum，respectively．
倍体簇毛麦和拟鹅观草聚为第二小类;非洲黑麦和秦岭黑
麦则聚为第三小类。同属物种基本都能够聚在同一小类
中，如对照材料小麦、黑麦都能各自聚在一起，说明 ISSR 能
够较好地反映物种间的亲缘关系，即利用 ISSR 对小麦族物
种进行亲缘关系研究具有可行性。
图 2 12 个物种间遗传相似关系聚类分析
Fig． 2 Cluster analysis of the genetic similarity of the tested
species
3 讨论
(1)物种间的遗传多样性和遗传进化关系等方面的知
识有利于杂交亲本的选配、物种的系统发生关系等研
究［10］。利用 RAPD技术对小麦族物种进行聚类分析结果
表明，中间偃麦草和多年生簇毛麦聚在一起，而二倍体簇毛
麦和拟鹅观草、二倍体长穗偃麦草聚在一起［8］。GISH研究
结果显示，二倍体簇毛麦较多年生簇毛麦与拟鹅观草有更
近的遗传关系［7］。Liu 等研究发现，反录 Sabrina 重复序列
高拷贝存在于偃麦草属和簇毛麦属物种中，而极低拷贝存
在于小麦族的黑麦属、山羊草属和鹅观草属等属物种
中［11］，说明这两属较小麦族其他属可能具有较近的亲缘关
系，在进化上具有相似性。以上研究都是基于基因组水平
(GISH)或重复序列水平进行的，而未见有关利用 ISSR 技
术即考察微卫星间隔区水平的研究。该研究从微卫星间隔
区水平对两属物种遗传关系进行了探讨，发现中间偃麦草、
多年生簇毛麦、二倍体长穗偃麦草聚在一起，而二倍体簇毛
麦和拟鹅观草则聚在一起。该聚类结果同时支持来自
RAPD聚类和 GISH研究结果，表明偃麦草属与簇毛麦属在
重复序列和微卫星间隔区上都具有相似性。此外，叶绿体
DNA［12］、淀粉粒结合淀粉合成酶基因［13］、RNA聚合酶基
(下转第 8214页)
112839 卷 14 期 徐国庆 采用 ISSR方法研究簇毛麦属与偃麦草属染色体组的遗传关系
活最高的为突变株 DES-4，其壳聚糖酶活达到 8． 12 U /ml，是
原始菌株的 2． 7倍。对菌株 DES-4 进行传代试验，传代 1 ～
10次的酶活分别为 8． 15、8． 20、7． 87、7． 93、8． 06、8． 11、8． 11、
8． 24、8． 03、7． 97 U /ml，可以看出 DES-4能稳定产酶。
3 结论
试验中，Y-4菌株在以壳聚糖为唯一碳源的平板上生长
产生的透明圈较大(透明菌直径与菌落直径的比值为 6． 5) ，
而且摇瓶复筛的结果表明，其发酵液壳聚糖酶活力(3． 00
U /ml)也较高。结合其形态特征和18S rDNA鉴定，大致判定
产壳聚糖酶的 Y-4 菌株为烟曲霉。与其他筛选出来的菌株
相比，烟曲霉 Y-4酶活力高于其他可产酶的菌株。DES诱变
处理后得到的菌种酶活(8． 12 U /ml)比筛选前提高了 170%，
经过紫外诱变筛选后的菌种产酶活力(8． 92 U /ml)比筛选前
(3． 00 U /ml)提高了 198%。显然，紫外诱变较 DES 诱变效
果好，为以后紫外和 DES复合诱变打下了坚实的基础，也为
后续工作对其发酵条件的研究提供了数据支持。
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1979．
(上接第 8211 页)
因［14］以及磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因［15］序列的聚类结果
也都分别将这两属物种聚在了一起。由此可见，这两属聚在
一起决非偶然，而可能是由于在进化过程中，二者的进化“遭
遇”和基因组中部分序列的进化速度非常类似所致。
(2)染色体 C带和基因组原位杂交证实，1 年生二倍体
簇毛麦的 V染色体组与多年生四倍体簇毛麦的 Vb 染色体组
在异染色质和重复序列等在染色体上的分布均有较大差
异［16 －17］，即二者在遗传进化关系上不明确。并且，来自酯
酶、酸性磷酸酶的数据与来自叶绿体 DNA 的数据仍存在矛
盾，因而簇毛麦属在小麦族中的分类地位仍未解决［18］。Ohta
等利用形态学和减数分裂观察的方法研究了 Dasypyrum 的
基因组关系，认为多年生簇毛麦的染色体组形成 Vb 可能发
生了大量的重组［19］。Chen 等认为，中间偃麦草基因组为
JJSSt，JS 可能是 J的重组修饰而来的［20］。但到目前为止，JS
的来源仍未完全明确。因此，笔者推断可能是因为基因组的
重组导致了物种系统发生学上分类地位的不明确。小麦族
中的基因组重组现象并不多见，而很多基因组的重组现象都
是由转座子或反转录转座子大量“爆发”引起的［21］，结合前
人及该研究都“将二者聚在一起”的结论，笔者推测多年生簇
毛麦 Vb 基因组与中间偃麦草中 JS 的这种重组很有可能是由
同一类甚至是同几类转座子或反转录转座子引发的。
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