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香菇菌株遗传多样性ISSR、RAPD和SRAP综合分析



全 文 :食用菌学报?2011.18(3):1~8
收稿日期:2011-08-02原稿;2011-09-01修改稿
基金项目:福建省科技重大专项项目(编号:2008SZ0002)、公益类科研院所专项项目(编号:2009R10009-1)、农业科
技重点项目(编号:2009N0028)的部分研究内容
作者简介:刘靖宇(1980-),男,福建农林大学在读博士研究生,主要从事真菌学与分子遗传学研究。
*本文通讯作者 E-mail:mrcfafu@163.com
文章编号:1005-9873(2011)03-0001-08
香菇菌株遗传多样性ISSR、RAPD和SRAP综合分析
刘靖宇1,2,宋秀高3,叶 夏3,陈爱红2,谢宝贵1,2*
(1福建农林大学菌物研究中心,福建福州350002;2福建农林大学生命科学学院,福建福州350002;
3福建省农业区划研究所,福建福州350003)
摘 要:采用ISSR、RAPD和SRAP分子标记技术对收集到的26株供试香菇(Lentinula edodes)菌株进
行遗传多样性分析,将分析数据合并构建 UPGMA亲缘关系树状图,综合分析结果表明,26株供试香菇
菌株间的遗传相似系数范围为0.49~0.97,在相似系数0.61时可分为3个类群,具有相似遗传背景或
来源于野生资源的菌株优先聚类在同一亚群,由5株野生菌株组成的第三类群与21株主栽菌株相似系
数仅为0.50,存在非常明显的遗传差异。该试验结果表明:该方法可以更好地解释供试香菇菌株间的亲
缘关系;加强野生香菇种质资源的评价和鉴定研究,将有利于我国现有主栽香菇的品种改良和培育出具
有自主知识产权的优良香菇新品种。
关键词:香菇;非加权配对算术平均法;种质资源
  简单序列重复区间(inter simple sequence
repeats,ISSR)、随机扩增的多态性DNA(random
amplified polymorphic DNA,RAPD)和相关序列
扩 增 多 态 性 (sequence related amplified
polymorphism,SRAP)是目前在分析和评估生
物种群的遗传多样性中应用最广泛的三类基
于PCR扩增的分子标记系统。在食用菌菌株
鉴定和种质资源多样性评价中,均有应用这
三种技术的相关报道[1-6]。然而,由于它们的
开发原理不同,当采用不同标记的数据构建
聚类树状图时,实验结果通常会存在比较大
的差异,不利于实验结果的分析和总结。
基于哲学家 RUDOLF CARNAP提出的总
体证据原则,即对任何理论或假说的判断都必须
基于全部证据,认为合并数据能得到最大化的系
统发育信息,尤其是能揭示数据中隐藏的系统发
育信息[7]。笔者在研究中尝试先获得ISSR、
RAPD和SRAP三类不同分子标记的数据,之后
将数据合并用于构建所有样本的 UPGMA亲缘
关系树状图,以期通过不同分子标记间的优势互
补获得更为可靠的菌株遗传多样性分析结果,进
而为香菇育种材料分子标记辅助选取体系的建
立提供理论和实验依据。现将试验结果报告
如下。
1 材料和方法
1.1 供试菌株
  26株香菇(L.edodes)菌株如表1所示,
其中21株为目前国内的主栽品种,5株为野生
香菇菌株。主栽品种选取目前与我国香菇生
产紧密相关的典型菌株[8];野生香菇菌株选取
主要是基于福建农林大学菌物研究中心在香
菇种质资源评价方面已取得的研究成果[9,10]。
供试菌株均由福建农林大学菌物研究中心
提供。
1.2 方法
1.2.1DNA提取和纯度鉴定
    菌 丝 培 养、收 集 和 DNA 提 取 参 照
MOLLER[11]的方法。DNA 样品浓度和纯度的
检测采用琼脂糖凝胶电泳和微量核酸测定仪
(NanoDrop1000,USA)两种方法。
DOI:10.16488/j.cnki.1005-9873.2011.03.014
食 用 菌 学 报 第18卷
表1 供试香菇菌株
Table 1 L.edodes test strains
编号
No.
菌株
Strain
菌株谱系
Strain background
来源
Source
1  135 日本引种Introduced from Japan
2  241 日本引种Introduced from Japan
3  241-4 自241群体中系统选育获得 Derived from 241by systematic breeding
4  7402  1974年由三明市真菌研究所自日本引种Introduced in 1974from Japan
by Sanming
三明市真菌研究所
Sanming Mycological
Institute
5  9015 自日本引种Introduced from Japan 庆元食用菌科研中心
Qingyuan Edible Fungi
Scientific Research Center
6 Cr02  7402与Lc-01(三明野生种)通过单孢杂交获得
7402×Lc-01(local wild strain),single spore cross-breeding

Cr04
7917(日本引种)和L21通过单孢杂交获得
7917(introduced from Japan)×L21,single spore cross-breeding
三明市真菌研究所
Sanming
Mycological Institute
8 Cr66 未知 Unknown 华中农业大学菌种中心
Mushroom  Spawn
Center of Huazhong
Agricultural University
9 L26 未知 Unknown 上海市农业科学院食用
菌研究所
Institute  of  Edible
Fungi,SAAS
10 庆科20
Qingke-20
在庆元9015群体中通过系统选育获得的一株变异菌株
Derived from Qingyuan 9015by systematic breeding
庆元食用菌科研中心
Qingyuan Edible Fungi
Scientific Research Center
11 申香10号
Shenxiang-10
以L26原生质体化单核体和苏香双核体进行双单杂交获得
Mating between L26protoplast monokaryon and Suxiang dikaryon
12 申香12号
Shenxiang-12
野生菌株69和苏香原生质体单核化菌株非对称杂交获得
Non-symmetric crossing between 69(wild-type strain)and a Suxiang
protoplast monokaryon
13 申香7号
Shenxiang-7
一株野生菌株和苏香原生质体单核化菌株,单单杂交获得
Symmetric crossing between a wild-type strain and a
Suxiang protoplast monokaryon
14 申香8号
Shenxiang-8
野生菌株70和苏香原生质体单核化菌株,单单杂交获得
Symmetric crossing between 70(wild-type strain)and a
Suxiang protoplast monokaryon
15 申香93号
Shenxiang-93
1993年从一株野生菌株中选育的一株自然变异菌株的后代菌株
Natural variant derived from a wild-type strain isolated in
Jiangxi in 1993
16 申香9号
Shenxiang-9
与申香93来源于同一菌株的不同后代
Different offspring derived from the same parents as Shenxiang-93
上海市农业科学院食用
菌研究所
Institute of Edible Fungi,
SAAS

第3期 刘靖宇,等:香菇菌株遗传多样性ISSR、RAPD和SRAP综合分析
续表
编号
No.
菌株
Strain
菌株谱系
Strain backgound
来源
Source
17  939 自9015群体中通过系统选育获得
Derived from 9015by systematic breeding
三明市真菌研究所
Sanming Mycological
Institute
18 沪农1号
Hunong-1
自海外引种后经系统选育获得
Systematic breeding of a strain introduced from aboard
19 苏香1号
Suxiang-1
未知 Unknown
20 武香1号
Wuxiang-1
1990年自日本引种后经系统选育获得
Systematic breeding of a strain introduced from Japan in 1990
华中农业大学菌种中心
Mushroom Spawn Center
of Huazhong Agricultural
University
21
闽丰1号
Minfeng-1
L12(日本菌株)和L34(宁化菌株)通过单孢杂交获得
Single spore cross:L12(from Japan)×L34(from Ninghua)
三明市真菌研究所
Sanming
Mycological Institute
22 L0212 福建龙岩野生菌株 Wild-type strain from Longyan in Fujian Province
23 L0227 福建龙岩野生菌株 Wild-type strain from Longyan in Fujian Province
24 L0348 福建三明野生菌株 Wild-type strain from Sanming in Fujian Province
25 L0272 云南野生菌株 Wild-type strain from Yunnan province
26 L0249 四川野生菌株 Wild-type strain from Sichuan province
福建农林大学菌物中心
Mycological  Research
Center of Fujian Agri-
culture and Forestry
University
本表内容部分来源于参考文献 [6]
Table is based partly on data published in Reference[6]
1.2.2 引物
  ISSR、RAPD和SRAP引物均购自上海生工
生物技术服务有限公司,如表2~4所示。
表2 ISSR引物序列
Table 2 Sequences of primers used for ISSR analysis
ISSR引物ISSR primer(5′-3′)
ISSR 1 (CTC)4SC  ISSR 10 (TATG)4C
ISSR 2 BDB(ACA)5 ISSR 11 (CATA)4C
ISSR 3 (CA)8WG  ISSR 12 (AG)8T
ISSR 4 (CAC)4SC  ISSR 13 (GA)8C
ISSR 5 VDH(TCG)5 ISSR 14 (CT)8G
ISSR 6 DHB(CGA)5 ISSR 15 (CA)8G
ISSR 7 ATG(TATG)3A ISSR 16 (CT)8RC
ISSR 8 (CATA)4G  ISSR 17 (TG)8RC
ISSR 9 (CATA)4A  ISSR 18 VHV(GT)8
ISSR引物中的单字母简写代表多碱基混合位点
Single letter abbreviations of ISSR primers for mixed base
positions:R=(A,G)Y=(C,T)B=(C,G,T)D=(A,G,T)H
=(A,C,T)V=(A,C,G)K=(G,T)M=(A,C)S=(G,C)W
=(A,T)
表3 RAPD引物序列
Table 3 Sequences of primers used for RAPD analysis
RAPD引物 RAPD primer(5′-3′)
S160 AACGGTGACC S1025 GTCGTAGCGG
S226 ACGCCCAGGT S1027 ACGAGCATGG
S234 AGATCCCGCC  S1028 AAGCCCCCCA
S238 TGGTGGCGTT S1029 TCGCTGGTGT
S239 GGGTGTGCAG S1075 ACCTGCCGTT
S364 CCGCCCAAAC  S1077 CAGCGGTCAC
S481 GGGACGATGG S1169 GTGGTCCAGA
S1005 TTGCAGGCAG S1322 GGGAGGCAAA
S1017 CAGTGGGGAG S1381 AGACGGCTCC
仅列出用于构建聚类分析图的RAPD引物
Only RAPD primers selected to set up a dendrogram are listed
1.2.3ISSR扩增
  反应体系为25μL:75ng模板DNA1.0μL,
10×buffer(含 Mg2+)2.5μL,dNTP(2.5mmol/L)
1.0μL,1.5 UrTaq 聚合酶 0.3μL,引物
(0.1mmol/L)1.0μL,ddH2O 19.2μL。扩增反
应程序为:94℃预变性5min;94℃变性1min,
48℃退火1min,72℃延伸1min,35个循环;

食 用 菌 学 报 第18卷
72℃延伸10min,扩增产物4℃保存。
表4 SRAP引物序列
Table 4 Sequences of primers used for SRAP analysis
SRAP引物SRAP primer
正向引物Forward primer(5′-3′)反向引物 Reverse primer(5′-3′')
Me1TGAGTCCAAACCGGATA  Em1GACTGCGTACGAATTAAT
Me2TGAGTCCAAACCGGAGC Em2GACTGCGTACGAATTTGC
Me3TGAGTCCAAACCGGAAT Em3TGAGTCCAAACCGGAGC
Me4TGAGTCCAAACCGGAGC Em4TGAGTCCAAACCGGAGC
Me5TGAGTCCAAACCGGAGC Em5TGAGTCCAAACCGGAGC
Me6TGAGTCCAAACCGGTAG Em6GACTGCGTACGAATTGCA
Me7TGAGTCCAAACCGGTTG Em7GACTGCGTACGAATTATG
Me8TGAGTCCAAACCGGTGT Em8GACTGCGTACGAATTAGC
Me9TGAGTCCAAACCGGAGC Em9GACTGCGTACGAATTACG
Em10GACTGCGTACGAATTTAG
Em11GACTGCGTACGAATTTCG
Em12GACTGCGTACGAATTGTC
Em13GACTGCGTACGAATTGGT
Em14GACTGCGTACGAATTCAG
Em15GACTGCGTACGAATTCTG
Em16GACTGCGTACGAATTCGG
Em17GACTGCGTACGAATTCCA
1.2.4RAPD扩增
  反应体系同1.2.2。扩增反应程序除退火温
度为35℃外,其它同1.2.2。
1.2.5SRAP扩增
  反应体系为25μL:75ng模板DNA 1.0μL,10
×buffer(含 Mg2+)2.5μL,dNTP(2.5mmol/L)
1.0μL,1.5UrTaq聚合酶0.5μL,引物(0.1mmol/L)
1.0μL,ddH2O 19μL。扩增反应程序为94℃预变
性5min;94℃变性1min,35℃退火1min,72℃延
伸1min,第1~5个循环;94℃变性1min,50℃退火
1min,72℃延伸1min,第6~35个循环;最后72℃
延伸10min,扩增产物4℃保存。
1.3 电泳和数据处理
  电泳:扩增产物均用1.6%(w/v)琼脂糖凝
胶检测,电压5V/cm,电泳时间75~90min,凝胶
成像系统(Syngene G2box)拍照记录电泳结果。
数据处理:针对某一位置的某一条带的有无
分别记为1(强带和可分辨、稳定性、重复性好的
弱带均赋值为1)和0,记录电泳带谱。采用软件
NTsys2.10e建立供试菌株间的非加权配对算术
平均 法 (un-weighted pair-group method with
arithmetic mean,UPGMA)树状聚类图。
2 结果与分析
2.1 基于ISSR分析结果构建树状图
  18个ISSR引物对26株供试香菇菌株的多
态性分析结果显示:有8个ISSR引物(ISSR1,
ISSR2,ISSR4,ISSR5,ISSR7,ISSR12,ISSR13和
ISSR18)可获得稳定的多态性条带。8个引物共
扩增出61个条带,片段大小在250~3200bp之
间,各个引物扩增的条带数为5~13个,多态性
条带为30个,平均多态比率为49.2%。依据上
述8个ISSR引物的多态性数据,构建26株供试
香菇菌株的UPMGA聚类树状图(图1)。
图1 26株香菇ISSR分析UPMGA聚类树状图
Fig.1 UPMGA dendrogram based on ISSR analysis of 26 L.edodes strains

第3期 刘靖宇,等:香菇菌株遗传多样性ISSR、RAPD和SRAP综合分析
2.2 基于RAPD分析结果构建树状图
  86个 RAPD引物对26株供试香菇菌株的
多态性分析结果显示:有 18 个 RAPD 引物
(S160,S226,S234,S238,S239,S364,S481,
S1005,S1017,S1025,S1027,S1028,S1029,
S1075,S1077,S1169,S1322和 S1381)可获得
稳定的多态性条带。18个引物共扩增出170个
条带,片段大小在150~3000bp之间,各个引物
扩增的位点数为5~14个,多态性条带数为84
个,平均多态比率为49.2%,选取稳定的48个多
态性位点用于综合聚类图的构建。依据上述18
个RAPD引物的多态性数据构建26株供试香菇
菌株的UPMGA聚类树状图(图2)。
2.3 基于SRAP分析结果构建树状图
  9个上游引物和17个下游引物选择组合成
53组SRAP引物对26株供试香菇菌株的多态性
分析结果显示:仅有10组 SRAP引物(Me1/
Em10,Me2/Em10,Me2/Em12,Me3/Em17,
Me4/Em8, Me4/Em12, Me5/Em16, Me5/
Em17,Me6/Em14和 Me6/Em16)可获得稳定的
条带。10组引物共扩增出96个条带,片段大小
在120~2000bp之间,各个引物扩增的条带数为
5~12个,多态性条带数为47个,平均多态比率
为49.2%。依据上述18个SRAP引物的多态性
数据构建26株供试香菇菌株的UPMGA聚类树
状图(图3)。

食 用 菌 学 报 第18卷
2.4 基于ISSR、RAPD和SRAP综合分析结果构
建树状图
  综合8个ISSR引物,18个RAPD引物和10
组SRAP引物对26株供试香菇菌株的多态性分
析结果,共计获得125个条带用于构建的26株供
试香菇菌株的 UPMGA聚类树状图(图4),其中
来自于ISSR引物、RAPD引物和SRAP引物扩
增产物的多态性条带分别占到总数的24%、38%
和38%。将上述三种分子标记的分析数据合并
后进行的聚类分析结果显示:26株香菇菌株间的
遗传相似系数范围为0.49~0.97,在相似系数
0.60时分为3个类群。第I类群在相似系数0.68
时又分为2个亚群,第1亚群包括135、9015、庆
科20、939、241和241-4;第2亚群则由Cr04、
L26、申香10号、申香8号、申香7号、苏香1号、
武香1号、申香12号、闽丰1号、沪农1号和
Cr66等11株菌株组成。第II类群包括7402、
Cr02、申香93和申香9号等4株菌株。供试的5
株野生香菇菌株L0212、L0227、L0348、L0272和
L0249均归于第III类群。
图4 26株香菇ISSR,RAPD和SRAP分析UPMGA聚类树状图
Fig.4 UPMGA dendrogram based on ISSR,RAPD and SRAP analysis of 26 L.edodes strains
3 讨论
  由于ISSR、RAPD和SRAP三种分子标记
的设计原理不同,所以三者在香菇基因组上的扩
增区域存在着较大的差异,综合获得的多态性位
点可能会分散在基因组的多个部分,可以更准确
地进行菌株间的遗传多样性分析。试验结果显
示:合并三种不同分子标记的分析数据构建的供
试香菇菌株 UPMGA聚类分析结果(图4),与菌
株各自的遗传背景和卓英等[12]通过 AFLP对相
同菌株的分析结果基本一致。与使用单一分子
标记的分析结果(图1~3,FU等[6])相比,这一结
果可以更准确地反映出供试菌株间的亲缘关系。
例如庆科20和939是自9015群体中经系统选育
的不同变异菌株,在图4中三者均归于同一亚
群,其相似性系数范围为0.83~0.89。又如申7、
申8和申12均是以苏香的原生质体单核化菌株
为亲本,之后采用对称杂交或非对称杂交的方法
选育出的香菇菌株,故这几个品种彼此之间及其
与苏香的亲缘关系较近。申香10号是以L26的
原生质体单核体为受体,以苏香的双核体为供体
进行杂交而获得,该菌株在遗传距离上明显偏向
于单核受体亲本L26,而与双核供体苏香遗传距
离较远,这与谭琦等[13]的研究结果相一致。在图
4中我们可以清楚地看到这种既相似而又略有差
异的特征,而在采用单一标记获得的遗传聚类图
均未能准确显示这一点。这一研究工作也为在
上述分子标记的基础上进一步开发序列特异性
扩增区(sequence characterized amplified region,
SCAR)标记[14],建立优良菌株的快速鉴定技术
平台奠定良好的基础。
XU 等[15]的研究结果表明,作为香菇的起源
地之一,我国是重要的野生香菇种质资源中心,
不同区域的菌株间存在着较大的遗传差异。林
喜强[9]和袁斌[10]的研究结果显示作为我国香菇
主产区之一的福建地区具有丰富的野生香菇种

第3期 刘靖宇,等:香菇菌株遗传多样性ISSR、RAPD和SRAP综合分析
质资源。因此,基于合并ISSR、RAPD和SRAP
三种不同分子标记的分析数据,构建供试香菇菌
株UPMGA聚类分析图可以更好地解释菌株间
的亲缘关系,我们在分析和比较野生资源与主栽
品种间的遗传差异时也采用了这一方法来。如
图4所示,由5株野生菌株组成的第三类群与21
株主栽菌株相似系数仅为0.50,存在明显的遗传
差异。这一结果表明加强对福建乃至全国的野
生香菇种质资源进行评价和鉴定的研究工作,筛
选出优势种质资源作为亲本和合理搭配育种材
料,将有利于我国现有主栽香菇品种的改良和培
育出具有自主知识产权的优良香菇新品种。
致谢:本研究内容依托福建省食用菌工程技术研究中心、
国家食用菌品种改良中心福建分中心的科研平台完成。
参考文献
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食 用 菌 学 报 第18卷
Differentiation of Lentinula edodes
Strains UsingISSR,RAPD and SRAP markers
LIU Jingyu1,2,SONG Xiugao3,YE Xia3,Chen Aihong2,XIE Baogui 1,2*
(1 Mycological Research Center of Fujian Agriculture and Forestry University,Fuzhou,Fujian 350002,China
2 Colege of Life Sciences,Fujian Agriculture and Forestry University,Fuzhou,Fujian 350002,China
3 Agricultural Program Institute of Fujian Province,Fuzhou,Fujian 350003,China)
Abstract:ISSR,RAPD and SRAP molecular markers were used to differentiate 26 Lentinula edodes strains,
five of which were colected from the wild.A dendrogram,constructed using similarity coefficients ranging
from 0.49to 0.97clustered the 26strains into three groups at a similarity coefficient of 0.61.Strains having
a similar breeding background,and strains colected from the wild,clustered together in the same respective
subgroup.There was a level of 0.50similarity coefficients between the five wild strains and the 21
commercial strains formed a single cluster at a similarity coefficient of 0.5suggesting a high level of genetic
diversity.Our data demonstrated that the simultaneous use of three different types of markers based on
different principles represented a powerful tool for analyzing genetic relationships among L.edodes strains.
Research to assess and differentiate wild-type strains wil assist the planning of effective breeding programs
aimed at further improving the superior properties of the main cultivars and the development of new
L.edodes cultivars with self-owned intelectual property rights.
Key words:Shitake mushroom;un-weighted pair-group method with arithmetic mean;germplasm
[本文编辑]  王瑞霞