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龙须菜数量性状及AFLP分析



全 文 :第 54卷 第 6 期
 2008 年 12 月
武汉大学学报(理学版)
J.Wuhan Univ.(Nat.Sci.Ed.)
Vol.54 No.6  
Dec.2008 , 739 ~ 744
  收稿日期:2008-04-18    通讯联系人 E-mail:xczhang@ou c.edu .cn
基金项目:国家自然科学基金资助项目(30671603);国家高技术研究发展计划(863)项目(2006AA10A413)
作者简介:程晓杰(1974-),女 ,博士生 ,现从事海藻遗传学研究. E-mail:chengx xjj@163.com
文章编号:1671-8836(2008)06-0739-06
龙须菜数量性状及 AFLP分析
程晓杰 , 任雪莹 , 刘 滨 , 张学成
(中国海洋大学海洋生命学院 ,山东 青岛 266003)
  摘 要:对 6 株不同的龙须菜材料进行了生长速度和光合色素含量等数量性状及 AFLP 分析 ,其中 3 株分别
采自中国的青岛 、石岛 、龙须岛 , 2 株分别来自南非和委内瑞拉 , 1株为青岛野生型选育品系 981 , 以细基江蓠繁枝变
型做种外对照.分析结果显示 , 与青岛野生型相比 , 981 生长速度和光合色素含量发生了不同程度的改变 ,两者在亲
缘关系极其相近的同时 ,又存在一定的遗传差异 ,本文通过 AFLP标记检测到的这些差异位点很可能包含着与上
述性状有关的遗传信息.4 株中国龙须菜和 1 株南非龙须菜中 ,南非材料生长最快 ,龙须岛材料光合色素组成差异
最明显 ,不同材料间的遗传距离有随地理间距增大而逐渐增大的趋势.此外 , 数量性状和 AFLP 分析均表明委内瑞
拉材料与其他各株龙须菜间存在高度的差异 ,有的遗传距离甚至超过了种外对照 , 为将其划分到江蓠属中龙须菜
以外的种增添了更加有力的新的证据.
关 键 词:龙须菜(Gracilaria lamenei formis);数量性状;生长速度;色素含量;AFLP
中图分类号:Q 813   文献标识码:A
0 引 言
  生物的许多重要性状 ,如产量 、品质 、生长速度
和抗逆性水平等 ,通常表现为连续变异 ,一般都是多
基因控制的数量性状.数量性状遗传基础复杂 ,且容
易受环境影响 ,表型与基因型间没有明显的对应关
系 ,遗传学研究十分困难[ 1] .经典的遗传分析方法只
能把控制数量性状的多个基因作为一个整体 ,难以
有效地研究控制性状表达的基因数目 、基因在染色
体上的位置以及基因的效应及其作用方式.这种情
况制约了人们在育种中对数量性状的遗传操纵能
力.分子标记技术的出现 ,为深入研究数量性状的遗
传基础提供了可能.与其他分子标记相比 ,扩增片段
长度多态性(ampli fied f ragment leng th polymor-
phism , AFLP)技术在检测全基因组多态性方面表
现出明显的优越性 ,它结合了限制性片段长度多态
性(RFLP)技术和 PCR的优点 ,具有比 RFLP 和随
机扩增多态 DNA(RAPD)技术更大的优越性 ,已被
广泛用于许多生物遗传连锁图谱构建[ 2 , 3] 、重要性
状 QT L 定位[ 4 ~ 7] 和遗传多样性研究中[ 8 ~ 12] .
目前 ,AFLP 技术在红藻中应用的报道还十分
有限.1998 年 Donaldson 等[ 13] 首次将 AFLP 技术
用于皱波角叉菜(Chondrus crispus S tackh)的遗传
标记研究中 ,从居群间或居群内鉴定了一批保守或
多变标记 ,并且一些标记对某些个体来说是独特的.
杨锐等[ 14 , 15] 应用 AFLP 技术分别研究了不同品系
坛紫菜(Porphy ra haitanensis)和条斑紫菜(Por-
phy ra yezoensis)的遗传多样性 ,而将 A FLP 分子标
记技术应用到江蓠属海藻研究中尚未见报道.
本文以我国重要的经济海藻龙须菜(Gracilar-
ia lamenei formis)为研究对象 ,比较了不同品系 、不
同产地龙须菜生长速度及光合色素含量等数量性
状 ,并将 AFLP 分子标记技术应用到江蓠属海藻
中 ,分析了各实验材料间的遗传差异 ,以期为进一步
研究与这些数量性状紧密连锁的分子标记积累数
据.
1 材料与方法
1.1 材料与培养
7株实验材料中 ,5株龙须菜分别来自中国的青
岛 、石岛 、龙须岛以及南非和委内瑞拉 , 1株为大规
模栽培品种 981 , 1 株为细基江 蓠繁枝变型
DOI :10.14188/j.1671-8836.2008.06.024
武汉大学学报(理学版) 第 54卷
(Gracilaria tenuist ipitata var .liui)做种外对照.采
用 f/2培养基 ,温度(23 ±1)℃,光强 53.5 ±5 μE·
m-2·S-1 ,光暗周期 12∶12 ,每周更换新鲜培养基.实
验材料的产地及形态学特点详见表 1.
表 1 不同龙须菜材料与细基江蓠繁枝变型的来源及特点
序号 名称 代号 采集地 采集时间 世代性别 藻体特点
1 青岛野生型龙须菜 QD 青岛 2005.11 四分孢子体 藻体红褐色 ,枝条较粗
2 主要栽培龙须菜品种 981 汕头 2006.03 四分孢子体 藻体红褐色 ,分枝多 , 生长速度快 ,耐高温性能好
3 石岛野生型龙须菜 SD 石岛 2006.06 四分孢子体 藻体略带绿色
4 龙须岛野生型龙须菜 LXD 龙须岛 2006.06 四分孢子体 藻体略带绿色
5 南非龙须菜 Sa 学术交流 不详 藻体基部略带绿色 ,枝条较细
6 委内瑞拉龙须菜 Lv 学术交流 不详 藻体红色 ,枝条柔软
7 细基江蓠繁枝变型 Ten 海口 2004.06 不详 藻体黄褐色 ,枝条细密 , 易断裂 ,生长速度快
1.2 数量性状测定
线生长速度测定 每个样品取 20个长度 10 mm
幼嫩藻尖置于培养皿中培养 ,每周更换新鲜培养基 ,
两周后测定长度 ,将所有分枝计入总长;切回 10
mm 长 ,重复 2次 ,取平均值 ,单位以 mm/d表示.
生物量累积速度测定 每个样品取鲜重 0.5 g
藻体 ,500 mL 三角瓶中充气培养 ,每周更换新鲜培
养基 ,两周后测定鲜重;切回鲜重 0.5 g 重复 2次 ,
取平均值 ,单位以“鲜重%”表示.
光合色素含量测定 色素提取及含量计算参照
张学成等[ 16] 和 Kursar 等[ 17] 的方法 ,每个样品从研
磨步骤开始做 3个平行样.依据测定的吸光值和相
应公式分别计算出别藻蓝蛋白(APC)、藻蓝蛋白
(PC)、藻红蛋白(PE)、总藻蛋白(PBP)和叶绿素 a
含量 ,其中 PBP 为 APC 、PC 、PE 三者之和 ,单位均
以 mg/g 鲜重藻体表示.
1.3 AFLP分析
AFLP 实验步骤参照 Vos等[ 18] 的方法并加以
改进.基因组 DNA采用 Takara公司 Unive rsal Ge-
nomic DNA Extraction Kit Ver.3.0提取 ,1%琼脂
糖凝胶电泳检测完整性.基因组 DNA 经限制性内
切酶组合 EcoRⅠ(Fermentas)和 TaqⅠ(Takara)酶
切后 ,通过 T4连接酶(Takara)与人工接头连接 ,连
接产物稀释 10 倍后进行预扩增 ,预扩增产物稀释
80 倍后再进行选择性扩增.选择性扩增产物通过
6%变性聚丙烯酰胺电泳分离 ,银染显色 ,自然干燥.
PCR反应 Taq酶和 dN TPs为 MDBio 产品 ,人工接
头及扩增引物由上海英俊公司合成 ,序列列于表 2 .
表 2 AFLP 分析中所用人工接头和引物序列
名称     序  列       
EcoRⅠ Adapter 5′-CTC GTA GAC TGC GTA CC-3′
3′-CAT CTG ACG CAT GGT TAA-5′
TaqⅠ Adapte r 5′-GAC GAT GAG TCC TGA G-3′
3′-TA CTC AGG AC T CGC-5′
P rime rs for +1 PCR E0-A/ T0-A:5′-GACTGCGTACCAATTCA-3′/ 5′-GATGAGTCCTGAGCGAA-3′
P rime rs for +3 PCR E0-AAC/ T0-ACA E0-AAG/ T0-AGC E0-ACT/ T0-AGT E0-ACG/ T0-ACA
E0-AAC/ T0-AGC E0-ACA/ T0-AGA E0-ACT/ T0-AAC E0-ACG/ T0-AC T
E0-AAC/ T0-ACT E0-ACA/ T0-AGC E0-ACC/ T0-AGT E0-AGC/ T0-AGC
E0-AAC/ T0-ATG E0-ACA/ T0-ACT E0-ACC/ T0-AC T E0-AGG/ T0-AGT
  数据分析以电泳后扩增清晰的带为标准进行标
记分析.将电泳图谱中的每一条带的迁移位置记为
一个位点 ,相同迁移位置的扩增带出现时记为 1 ,缺
失记为 2 ,模糊不清记为 0.
多态位点比例 P =多态位点数/所测位点总数
×100%.
通过上述 1 、2 、0 谱带矩阵 ,利用种群遗传分析
软件包 TFPGA(Tools fo r Population Genetic A na-
lyses)进行遗传距离计算以及 UPMGA 聚类分析.
2 结 果
2.1 数量性状比较
2.1 .1 生长速度比较
对 7株不同材料线生长速度和生物量累积速度
测定结果列于表 3中.
740
第 6 期 程晓杰 等:龙须菜数量性状及 AFLP分析
表 3 不同龙须菜材料与细基江蓠繁枝变型生长速度及色素含量的比较
材料
生长速度 光合色素含量/ mg·g -1(鲜重藻体)
线生长/mm·d-1 生物量累积/ % APC PC PE PBP Chl a
QD 0.54 3.62 0.31 0.47 2.25 3.03 0.27
981 0.87 5.63 0.26 0.50 2.06 2.82 0.29
SD 0.34 1.87 0.22 0.37 2.40 2.99 0.21
LXD 0.36 1.31 0.17 0.29 1.40 1.86 0.19
Sa 0.72 6.13 0.24 0.55 1.17 1.96 0.23
Lv 0.82 7.10 0.17 0.41 1.51 2.09 0.16
Ten 0.92 9.20 0.88 1.29 1.65 3.82 0.33
  线生长速度比较结果表明 ,不同品系 、不同产地
以及不同物种间均显示出较为明显的差异.养殖品
系 981比 QD野生型高 61%;5 株不同产地龙须菜
中 ,线生长最快的是 Lv(0.82 mm/d),其次是 0.72
mm/d的 Sa ,QD则为 0.54 mm/d ,SD和 LXD线生
长相对较慢 ,分别为 0.34 和 0.36 mm/d ;作为种外
对照的 Ten线生长最快 ,为 0.92 mm/d .
从每日生物量累积速度来看 ,养殖品系 981 比
QD高 56%;与线生长速度不同的是 ,5株不同产地
龙须菜中 ,最快的为 7.1%的 Lv , Sa为6 .13%,接下
来是 QD和 SD ,最慢的为 LXD ,只有 1.31%,而最
快的 Lv 约是最慢的 LXD 的 5 .4倍;此外 ,种外对
照 Ten同样拥有最快的生物量累积速度.总体上不
同材料线生长速度和生物量累积速度两个生长指标
比较结果的趋势相近 ,但后者差幅更大.
2.1.2 光合色素含量的比较
不同材料各种光合色素含量见表 3.以 QD 为
参考标准 ,养殖品系 981四种色素含量变化幅度都
在 20%以内 , 其中 APC 和 PE 含量分别减少了
16.3 %和 8.8%, PC 和 Chl a 含量则分别增加了
7.5%和 10%;不同产地水平上 , LXD 和 Lv 中 4 种
色素含量全部低于 QD ,差别幅度介于 10%~ 50 %
间 ,SD的 APC 、PC和 Chl a 比 QD低 20%~ 30%,
PE 含量略高 ,而 Sa 的 APC 、PE 和 Chl a 含量比
QD低 10%~ 50%,PC 含量则高 16.3%;种间水平
上 , Ten各种色素含量相差幅度相对都较大 ,特别是
APC 和 PC ,均比 QD 高 170%以上 , 而 PE 则低
26.9 %,Chl a 含量高 25.8%,如此大的幅度充分反
映了不同物种之间的差异.
3种藻胆蛋白中 , APC 、PC 和 PE 的差异程度
有高有低 ,幅度有大有小 ,没有明显的规律.总藻胆
蛋白(PBP)含量数据显示 ,养殖品系 981比 QD 低
7%, 5株不同产地龙须菜中 PBP 由高到低的顺序
为 QD 、SD 、Lv 、Sa 和 LXD ,其中最低的 LXD 是最
高的 QD的 61%,种外对照 Ten 的 PBP 含量高于
所有的龙须菜材料.
2.2 AFLP分析
根据优化后的 AFLP 反应步骤 ,利用 16 种引
物组合对 7株材料进行了选择性扩增 , PCR产物经
6%变性聚丙烯酰胺凝胶电泳 ,银染显色 ,共记录了
762个位点 ,其中 698个位点呈多态性 ,多态性比例
达 91 .6%.图 1显示了部分引物组合凝胶电泳扫描
结果.
图 1 不同龙须菜材料与细基江蓠繁枝变型
部分引物组合的选扩 PAGE 结果
  1~ 7分别为 QD 、981 、SD、LXD、S a、Lv 和 T en;引物组合:
a:E1T1;b:E2T3;c:E3T3
  TFPGA 软件计算的遗传距离列于表 4 .其中
981与 QD间的遗传距离最小 ,为 0.042 ;不同产地
5株龙须菜间 ,来自中国的 3 株遗传距离均小于
0.132 ,最大的遗传距离存在于 Lv 与 QD之间 ,高
达 0.883 ,并且 Lv 与其他龙须菜之间的遗传距离也
都在 0.79以上 ,有的甚至略微超过种外对照 Ten.
从地理间隔的角度看 , LXD与 SD 间的遗传距离为
0.086 ,小于 LXD与 QD间的 0.117 ,而后者又小于
LXD与 Sa间 0 .197的遗传距离.
  以得到的 AFLP 标记为数据源 ,根据 7 株材料
间的遗传距离进行UPGMA分析的结果如图2所
741
武汉大学学报(理学版) 第 54卷
表 4 不同龙须菜材料与细基江蓠繁枝
变型基于 AFLP标记的遗传距离
QD 981 SD LXD Sa Lv Ten
QD —
981 0.042 —
SD 0.074 0.110 —
LXD 0.117 0.132 0.086 —
Sa 0.242 0.259 0.262 0.197 —
Lv 0.883 0.888 0.865 0.792 0.851 —
Ten 0.819 0.851 0.874 0.837 0.797 0.742 —
图 2 不同龙须菜材料与细基江蓠繁枝变型基于
AFLP指纹分析的 UPMGA 聚类树
示.中国的 4株龙须菜 QD 、981 、SD和 LXD与南非
龙须菜在遗传距离为 0.262处聚合成一大个群 ,而
在中国的 4株实验材料中 , QD 与 981最先聚为一
支 ,SD 与 LXD聚为另一支 ,然后两支再聚合在一
起.在另一个大群中 ,由 Lv 与种外对照 Ten聚合 ,
并且与其他 5株龙须菜间的遗传距离非常大.
3 讨 论
一般来说 ,表型的差异是遗传基础不同造成的
差异与环境条件不同造成的差异之和.尽管张学成
等[ 19]曾对中国青岛 、石岛和龙须岛 3个不同产地龙
须菜的光合色素进行过比较分析 ,但是他们所用的
实验材料是直接从自然环境中采集的藻体 ,生长环
境差异很大.而根据 Kursar 等的研究报道 ,江蓠藻
体的生长速度和色素含量分析受到诸多因素的影
响 ,如培养基 、培养条件 、取样组织部位等 ,甚至连藻
体的生长状态都会影响到实验结果[ 17] .因此 ,为保
证得到稳定可靠的数据 ,本文用于测定的材料都是
在相同培养条件下处于旺盛生长状态的新生组织.
养殖品系 981是在青岛野生型龙须菜基础上通
过高温压力筛选出来的一个品系 ,数量性状比较的
结果显示 ,981 的线生长速度和生物量累积速度分
别比 QD高 61 %和 56 %,光合色素组成方面虽然也
表现出差异 ,但差异程度没有生长速度明显.表型差
异源于基因型的不同 ,对每一个数量性状来说 ,都有
许多的基因参与 ,生长速度和色素含量都属于数量
性状 ,据保守估计 ,仅 3种藻胆蛋白合成过程中 ,就
需要至少 30 个以上的基因产物[ 17] .AFLP 图谱分
析表明 , 981与 QD在亲缘关系极其相近的同时 ,又
存在一定的差异位点 ,检测到的这些差异位点很可
能包含着与上述性状有关的遗传信息.
龙须菜的生长环境比较特殊 ,多生长在低潮带
至潮下带有沙覆盖的岩石上[ 20] ,特殊的海滩生态条
件要求造成了龙须菜分布的不连续性.另一方面 ,与
其他植物不同的是 ,红藻的精子是不游动的 ,这就大
大降低了遗传物质互相交换的几率和程度 ,使得不
同产地龙须菜间的地理隔离造成了遗传信息交换的
隔离 ,起到了保持遗传稳定性的作用.对 4株中国和
南非产地龙须菜数量性状比较结果表明 , Sa生长最
快 , LXD光合色素组成差异最明显.AFLP 分析发
现 , LXD与 SD 、QD 、Sa间的遗传距离存在随地理间
距增大而逐渐增大的趋势 ,但在龙须菜中遗传距离
与地理间距是否成正相关的问题 ,仍需对更多的材
料进行更加深入细致的研究来验证.
在 5株不同产地龙须菜中 , Lv 的情况比较特
殊 ,数量性状分析的结果表明 ,与其他 4株材料在各
个测定指标中都显示高度的差异 ,包括最快的生长
速度和最低的叶绿素 a含量.同时基于 AFLP 指纹
图谱得到的遗传距离分析也支持这一结论 , Lv 与实
验中任何一株龙须菜的遗传距离都在 0 .79以上 ,甚
至有的遗传距离超过了作为种外对照的 Ten .Lv 特
殊的遗传背景同样在有关的 RAPD和 ISSR分析中
也有发现[ 21 , 22] .此外 ,隋正红等[ 23] 在对克隆的 Lv 藻
红蛋白基因系统学分析中也得出 Lv 与青岛产地龙
须菜之间应为同属不同种关系的结论.本文利用
AFLP 技术 ,比较了 Lv 与其他多个龙须菜材料整个
基因组 DNA 中 762 个位点的差异 ,涵盖的信息量
更大 ,范围更全面 ,所计算的遗传距离更具可靠性 ,
为将 Lv 划分到龙须菜以外的种增添了更加有力的
新的证据.
在数量性状存在明显差异的同时 ,又具有较近
的亲缘关系 ,是进行 Q TL 分析的前提条件.本研究
中所用 4株中国产地龙须菜都是四分孢子体 ,亲缘
关系又比较近 ,两两之间都可以进行杂交 ,本文已经
得到了青岛与石岛杂交 F 1四分孢子体及其配子体 ,
组成了一个包含亲代四分孢子体 、亲代雌雄配子体 、
杂交四分孢子体和杂交配子体在内的良好的材料体
系 ,如利用相关分子标记技术 ,以这个材料体系为作
图群体 ,在构建遗传连锁图的基础上 ,进行包括生长
速度和光合色素组成有关的 QT L 分析 ,将有望获
742
第 6 期 程晓杰 等:龙须菜数量性状及 AFLP分析
得与相关数量性状紧密连锁的分子标记 ,为实现分
子标记辅助育种提供理论依据.
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Analyses on Quantitative Traits and AFLP Molecular
Markers of Gracilaria lemaneif ormis (Rhodophyta)
CHENG Xiaojie , REN Xueying , LIU Bin , ZHANG Xuecheng
(Co lleg e of Ma rine Life Sciences , Ocean Unive rsity o f China , Qingdao 266003 , Shandong , China)
  Abstract:Quantitative trait s of g row th rate and pho to synthe tic pigment contents as w ell as amplified
f ragment leng th polymorphism(AFLP)were analy zed in six st rains of Graci laria lemanei formis , three of
w hich w ere co llected in Qingdao , Shidao and Longxudao of China , the forth named 981 w as the high-tem-
perature selected st rain f rom Qingdao sample , the o ther tw o st rains came from South Africa and Venezue-
la , respectively , and Graci laria tenuistipi tata var.l iui was used as out-g roup control.The results showed
that , compared to Qingdao w ild type , g row th ra te and pigment contents of 981 changed w ith different ex-
tent , and genetic v ariat ion w as detected by AFLP technique despite of thei r highest genet ic simila rity ,
these different loci may well include gene tic info rmation linked to the studied t rait s.Among the 4 stains G.
lemanei formis f rom China and South Africa , the highest g row th rate and significant di fference of pigment
contents occurred in sample s f rom South Africa and Longxudao respect ively , simi lar increasing t rend w as
also found in genetic distance coef ficient and geographical distance.In addition , both the quant itative t rai ts
and AFLP analy ses indicate that Venezuela sample dif fers g reatly from any other G.lemanei f orm is used in
the present pape r , some genetic distance coef ficients o f w hich are even larger than those in the out group
control o f G.tenuist ipitata var.liui , which provides new proofs for ascribing it out of the species G.lem-
anei f orm is and into othe r species o f Graci laria.
Key words:Graci laria lemanei f orm is ;quant itative t rait ;g row th rate;pigment content;amplified
f rament length po lymorphism(AFLP)
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