全 文 ：假高粱及其近似种
rDNA ITS 序列同源性分析
印丽萍1　邓　晟2　康　林3　叶　军1 　易建平1
(1.上海出入境检验检疫局　200135　2.南京农业大学植物保护系　3.深圳出入境检验检疫局)
Phylogenetic relationship of Sorghum halepense and related species based on rDNA sequences.Yin
Liping
1 , Deng Cheng2 , Kang Lin3 , Ye Jun1 , Yi Jianping1(1.Shanghai Entry-Exit Inspection and Quar-
antine Bureau , Shanghai 200135;2.Nanjing Agriculture University;3.Shenzhen Entry-Exit Inspection
and Quarantine Bureau)
Abstract　rDNA ITS region of Sorghum halepense and related species were amplified with primers S9 S3
deriving from ITS of Genus Sorghum.Phylogenetic relationship of Sorghum halepense and related species
were analysized based on the rDNA ITS sequences by the software “DNASTAR” .The first group included
S .halepense , S .silk , S .vulgare×S.sudanense , S.vulgare , S .bicolor with similarity of 97.9 ～
100%, S .nitidum and S .versicolor were in second group with 97.7% similarity.Genetic diversity be-
tween S .halepense and second group (S .nitidum and S .versicolor)was greater than second group
with similarity of 90.3%.
Key words　Sorghum halepense , ITS , phylogenetic relationship
摘要　根据高粱属核糖体基因转录间隔区(ITS)序列设计通用引物 S9 S3 ,分别扩增了假
高粱及其几个近似种的 ITS区段 ,并对 PCR产物进行了序列测定和分析。扩增的序列长度为
559 ～ 564bp。序列分析的结果表明 S.halepense 、 S.silk 、 S .vulgare×S .sudanense 、 S.vul-
gare 、高粱 S .bicolor 等属于同一聚类组 ,亲缘关系比较近 ,同源性为 97.9%～ 100%。S .niti-
dum 和S .versicolor属于另一个聚类组 ,亲缘关系比较近 ,同源性为 97.7%。S .halepense 和S .
nitidum 、S.versicolor ITS区序列差异大 ,亲缘关系较远 ,同源性仅为 90.3%。序列分析结果支
持 S .nitidum 属于Parasorghum 区组。
关键词　假高粱　转录间隔区　同源性分析
　　假高粱(Sorghum halepense (L.)Pers),属
禾本科高粱属(Sorghum),为我国禁止进境的
植物危险性有害生物 ,极易通过进出口及调
运的货物进行传播和扩散 。具有非常重要的
检疫意义 。假高粱(S.halepense)、丝克高粱
(S.silk)、光高粱(S .nitidum)、黑高粱(S .
almum)和苏丹草(S .sudanense)等种在种子
形态上极为相近 ,较难鉴定 ,在截获种子数量
少或种子成熟度低 、种子受损程度严重的情
况下依靠形态学特征的鉴定难度更大。国内
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2004 年第5 期　　　　　　植物检疫　PLANT QUARANTINE　　　　　　Vol.18　No.5
收稿日期:2004-03-01
外对假高粱及其近似种的研究多限于形态解
剖特征和组织细胞结构等生物学特性[ 1 ～ 7] 。
真核生物 rDNA的 ITS区在种内非常保守 ,种
间变异较大。 ITS 区已成为研究同源性和遗
传关系的重要区段之一。本研究针对保守的
rDNA ITS区 ,从分子水平上对假高粱及其近
似种的遗传关系和系统发生学关系进行了更
深入的研究 ,以探讨假高粱及其近似种 ITS
区序列同源性与亲缘关系 ,旨在补充和完善
传统的形态学分类方法 ,为假高粱及其近似
种的分类提供分子水平的依据 。
1　材料与方法
1.1　供试植物材料
本试验的植物材料(主要为种子)来源于
上海检验检疫局动植物与食品中心植检实验
室 , 分别是:6 种 S.halepense , 4 种 S .al-
mum ,1 种 S .silk , 1 种 S.nitidum , 1 种 S.
vulgare×S.sudanense , 2种 S .vulgare ,序列
分析包括GenBank 中已登录的 S.versicolor ,
S .bicolor和S.nitidum(见表 1)。
表 1　供试植物材料的编号 、种名及来源
材料编号 种　　名 来　　源
hal1 Sorghum halepense 美国
hal2 S.halepense 阿根廷
hal3 S.halepense 阿根廷
hal4 S.halepense 美国德克萨斯
hal5 S.halepense 美国
hal6 S.halepense 阿根廷
alm1 S.almum 阿根廷
alm2 S.almum 美国
alm3 S.almum 美国
alm4 S.almum 阿根廷
xalm S.silk 澳大利亚
nit S.nitidum 中国连云港
vul1 S.vulgare 美国
vul2 S.vulgare 不详
vxs S.vulgare×S.sudanense 不详
sbic S.bicolor NCBI
snit S.nitidum NCBI
sver S.versicolor NCBI
1.2　材料的DNA提取
植物 材料 的 DNA 提 取参 照 Moller
(1992)的方法[ 8] 。
1.3　PCR扩增与产物检测
根据 NCBI中已登录的 S.versicolor , S .
bicolor和S .nitidum 3 种高粱属植物 ITS 序
列设计了 1对通用引物来扩增 ITS区 。其上
游引物S9(5-TCGTGACCCTTAAACAAAAC-
3)位于 ITS1 前端 , 下游引物 S3(5-
TGGGGTCGCGGTCCGAGC -3)位于 ITS2 末
端。PCR 反应体系总体积为 30μL , 包含:
10mmol L Tris-HCl;50mmol L KCl(pH8.3);
1.5mmol L MgCl2;dATP , dGTP , dCTP , dTTP 浓
度为 100μmol L;引物浓度 100nmol L;10ng 模
板DNA;0.5U Taq DNA聚合酶。PCR反应循
环参数为 94℃3min;94℃30s , 53℃30s , 72℃
45s , 40 个循环;72℃ 5min 。扩增产物经
1.5%琼脂糖凝胶电泳和 EB染色后用凝胶分
析成像系统记录。
1.4　序列测定与分析
PCR产物由上海基康公司双向测序 。对
测序结果进行分析并与GenBank中 S.versi-
color 、 S.bicolor 和S.nitidum 相应序列进行
比较。利用软件 CLUSTALX 对测序结果和
NCBI登录的 3个共 18个序列进行排列分
析 ,然后用 DNAStar 对序列进行编辑和同源
性分析 ,并构建系统发育树。
2　结果与分析
2.1　ITS序列排比
PCR扩增产物的序列和 3个 GenBank已
登录的序列一起排列进行比较 。序列中下划
线部分的序列为 5.8s区段 ,其上下游分别为
ITS1和 ITS2区。供试的 15个材料的扩增产
物除 S .nitidum 为 564bp 外 , 其余均为
559bp。供试的材料除 S .nitidum 外 ITS区序
列差异极小 ,仅有 3bp。hal1 、xalm 、vul1 、vul2
和 vxs 的第 517 个核苷酸为 T , 其余为 C 。
alm2的第 524 个核苷酸为 A ,其余为 G 。S .
nitidum(nit)共有54个核苷酸序列差异 。Sor-
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ghum 区组的 S.halepense 、 S .almum 、 S.
silk 、 S.vulgare ×S.sudanense 、 S .vulgare 、
S .bicolor等种间序列变异极小 , S.nitidum
和S.versicolor与上述种的序列差异较大 , S.
nitidum 和S .versicolor间的序列差异为 18个
核苷酸 。供试材料在 5.8s区域非常保守 ,仅
S .nitidum 有 1个碱基序列的差异。不同地
理来源的 6个 S .halepense 材料序列仅有 1
个碱基差异(hal1第 517个核苷酸)。不同地
理来源的 4个 S.almum 材料序列也仅有 1
个碱基差异(alm2第 524个核苷酸)。结果表
明不同地理来源的 S .halepense 和S.almum
ITS区序列差异极小 ,同源性高达99.8%～
100%。但是 Parasorghum 区组的 S.nitidum
与Sorghum 区组的 S .halepense 及其近似种
存在较远亲缘关系 ,同源性仅为 90.3%。尽
管它们在形态学上被定义为近似种 。
2.2　DNA相似性和遗传距离
15个供试材料和 3个GenBank中的序列
由软件 DNASTAR中的 MegAlign处理并计算
各个材料之间的相似性和遗传距离 。除 S.
nitidum 和S.versicolor以外的 16个材料之间
的相似性很高 ,相似性为 97.9%～ 100%,遗
传距离都很近 ,遗传距离为 0 ～ 2.2;S.niti-
dum 与S .versicolor之间的相似性很高 ,相似
性为 97.7%,遗传距离都很近 ,遗传距离为
2.4;S.nitidum 和 S .versicolor 与其余16个材
料之间的相似性较低 ,相似性为 88.8 ～ 91.2 ,
遗传距离都较远 ,遗传距离为 9.4 ～ 11.4。供
试的 6个 S.halepense 之间的相似性很高 ,相
似性为 99.8%～ 100%,遗传距离都很近 ,遗
传距离为 0 ～ 0.2;4种 S .almum 之间的相似
性很高 ,相似性为 99.6%～ 100%,遗传距离
都很近 ,遗传距离为 0 ～ 0.2。这表明 S.nit-
idum 和S .versicolor 之间的亲缘关系较近 ,两
者与 S .halepense 、 S .almum 、 S .silk 、 S .
vulgare×S .sudanense 、 S .vulgare 、 S .bicol-
or 等之间的亲缘关系比较远;S .halepense 、
S .almum 、 S.silk 、 S .vulgare×S.sudane-
nse 、 S.vulgare 、 S .bicolor 等之间的亲缘关
系比较近 ,种内和种间之间的差异不明显。
2.3　系统发育分析
15个供试材料和 3个GenBank中的序列
由软件DNASTAR中的 MegAlign 处理并构建
各个材料之间的系统发育树状图(见图 1)。
S .nitidum 和 S .versicolor 位于同一聚类组
中 ,和传统的形态学分类一致 ,两者都属于
Parasorghum 区组;其余 16个材料位于另一个
聚类组中 ,也和传统的形态学分类一致 ,都属
于Sorghum区组(snit除外);两个聚类组之间
的亲缘关系较远 ,聚类组内之间的亲缘关系
较近 。
图 1　假高粱及其近似种 rDNA ITS序列的系统发育树状图
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3　讨论
3.1　ITS序列与假高粱及其近似种的亲缘关
系
S .halepense 及其近似种的 ITS 区的序
列分析表明 S .halepense 种内 ITS 区非常保
守 , 而且在部分的种间也非常保守 , S.
halepense 和S .almum ITS 区序列差异极小 ,
同源性高达 99.8%～ 100%,亲缘关系很近。
聚类分析的结果也表明 S .nitidum 和S .ver-
sicolor位于同一个聚类组中 ,其余的供试种
位于另一个聚类组中 。根据形态分类学的观
点 , S.halepense 、 S .almum 、 S .silk 、 S .vul-
gare×S.sudanens 、 S.vulgare 、 S.bicolor等
属于Sorghum 区组 , S .nitidum 属于Parasor-
ghum 区组[ 9] ,我们的结论与形态分类学的观
点一致。
3.2　光高粱 S .nitidum 的序列差异
序列分析中有两个 S .nitidum 的 ITS序
列 ,一个是试验中测序的 nit ,另一个是 Gen-
Bank中的 snit ,结果是 nit和 snit不在一个聚
类组中 ,nit与 S.versicolor(sver)同属一个聚
类组 , 同源性较高(97.7%), 亲缘关系比较
近;而 snit(GenBank)和 S .halepense 、 S .al-
mum 、 S .silk 、 S .vulgare ×S .sudanense 的杂
交种 、S .vulgare 、 S.bicolor 等的同源性高
(97.9% ～ 98%), 亲缘关系比较近 。nit 和
snit之间的同源性仅有 89.5%,亲缘关系比
较远 ,同一个种之间的 ITS 序列差异很大 ,
Sun等(1994)建议把光高粱 S .nitidum 划到
Sorghum 区组[ 10] , snit 的序列似乎佐证了 Sun
的观点。
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