全 文 ：应 用 生 态 学 报 年 月 第 卷 第 期
一 , , 一
用 标记检测黄麻野生种与栽培种遗传多样性 关
祁建民‘
’ ‘
周东新 吴为人‘ 林荔辉‘ 吴建梅‘ 方平平‘
‘ 福建农林大学生命科学学院 , 福州 福建省龙岩市烟草科学研究所 , 龙岩
【摘要 】 利用 标记对黄麻属 个种 份材料的遗传多样性进行分析 , 个 引物
共扩增出 条带 , 平均每个引物扩增出 条带 , 多态性条带比例 为 种间遗传相似系
数在 一 之间 , 表现出丰富的遗传多样性 系统聚类结果显示 , 第 工、 班类群均为黄麻属 个种
份原始野生种 , 种间存在丰富的遗传多样性 第 类群为黄麻两个栽培种及其近缘野生种 , 共 份材料 ,
种遗传相似性较高 基因组聚类结果与经典分类相符 利用分子标记技术研究初步可以认为 , 尊麻叶种为
最原始的黄麻野生种之一 三室种 为三室种的一个变种 甜麻为一个尚待定性的野生种 同组材料的
和 分析结果 , 具有较高的相似性和可信度
关键词
文章编号
黄麻 遗传多样性 亲缘关系
一 一 一 中图分类号 文献标识码
‘ , 〕 才 ,
‘, 一 一 , , ‘ , ‘ , ‘ 入寥尹 去 , 于飞口翻 月 亡“ 耐
以“ , 凡刀。
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引 言
黄麻 “ 为锻树科黄麻属一年生韧皮纤维作
物 , 是麻纺和造纸工业的重要原料 黄麻纤维为软质
纤维 , 在商业上有 “ 金色纤维 ” 之称 黄麻属约有
多个种 , 具有栽培价值的两个种是圆果种和长果种
黄麻野生种主要分布在非洲和亚洲 , 亚洲是黄麻栽
培种的世界起源中心 在世界三大黄麻生产国中 , 中
国是最古老的黄麻生产国 , 育种水平和单产水平居
国际领先 野生种 由于长期处于野生状态 , 经受多种
自然灾害和环境的选择 , 具有抗病 、 抗虫 、 抗逆等潜
在的有利基因 , 是黄麻遗传改 良的重要种质资源 研
究黄麻野生种和栽培种 的遗传多样性及其亲缘关
系 , 对于黄麻种质有利基 因的开发利用和拓展栽培
种遗传基础具有十分重要的意义 笔者对黄麻的起
源与进化 、 种质资源数量分类 以及黄麻数量性状的
遗传潜势分析 , 曾作过较系统的研究
, “ , ‘”〕, 最近正
利用 标记 , 研究亚洲和非洲地 区黄麻属
个种 份材料的遗传多样性 , 发现黄麻野生种遗传
多样性丰富 , 且远高于两个栽培种 在两个栽培种
中 , 长果种又高于圆果种 , 并从 水平上检测 出
黄麻属种间及种内的遗传差异与亲缘关系
标 记 是 等〔‘, 提 出 的 一 种
分子标记技术 , 具有 技术的优点 , 又可
克服 和 技术的某些缺点 由于其标记所
揭示的多态性效率较高 在对绝大多数缺乏遗传学
研 究 背 景 的 濒 危 植 物 遗 传 多样性 水 平 评 价 中 ,
” 和 将发挥极为重要的作用 “
, ’, ‘’, ‘ , 近
年 来 在 作 物 标 记 上 也 得 到 较 多 应
用 ’
, ’, “ , , ‘ 本研究以 份黄麻野生种和栽培种为
材料 , 利用 标记技术 , 进一步对不同黄麻栽培
种及野生种之遗传多样性进行检测 , 目的在于 了解
在检测黄麻遗传多样性的效率和分辨力 在经
典形态分类与分子分类结合上 , 探索黄麻栽培种和
野生种的遗传多样性
, 国家高技术研究发展计划资助项 目 犯
, , 通讯联系人
一 一 收稿 , 一 一 接受
应 用 生 态 学 报 卷
材料与方法
供试材料
以来 自非洲地区 、 中国
、 印度 、 越南 、 日本等国家的 巧 份
黄麻野生种 个种 以 及 份黄麻长果与圆果地方栽培
品种为供试材料 表 , 于 年春季种植于福建农林大
学教学农场
·
标记分析
供试材料的 提取和 分子标记分析参见 文
献〔‘
· ’ 在 引物筛选预备实验 中 , 从 个 引物
中共筛选出条带清晰 、 反应稳定的引物 个 , 选用其中条带
表 】 供试材料的泳道序号 、 代码 、 种名和原产地
,
最清晰的 个引物进行标记分析 在冰上建立 反应体
系 , 反应程序为 ℃预变性 ℃ ℃
, ℃ , 个循环 ℃ ℃ 反应
产物在含 的 琼脂糖凝胶电泳后 , 用
一
公司
的 〕 型凝胶成像系统观察并照相记录
数据处理与统计分析
应用 凝胶成像系统提供的 十
软件进行电泳谱带检测 , 将每个清晰可辨的 电泳带作
为一个位点 , 当某个扩增物 带 在一个样品中出现 , 赋值为
,’” , 未出现视为 “ ” , 根据
一 翻 相似系数法计算供试材料
间的遗传相似系数 , 并用类平均聚类方法 对其
进行系统聚类分析 , 构建分子进化系统树
,
泳道
序
一
号
代码 中文译名
〕 凳奢 原产地 泳道序号 代码 中文译名刃 〕 巴
父 司
黔
一
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夕‘飞︺,︸,﹄乃么南阳假黄麻
梭状种
假长果种
假圆果种
甜麻
开远假黄麻
三室种
三室种
算麻叶种
三齿种
大分青皮
琼粤青
南安篙麻
印度青皮
““巧
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云南
非洲
非洲
非洲 ,
云南
云南
非洲
非洲
非洲
非洲
日本
湖南
福建 玛
印度
越南圆果
海南野生圆果
翠 绿
泰字 号
宽叶长果
河南野生长果
马里野生长果
瑞巴
河南长果
河南圆果
漳浦野生长果
漳浦假黄麻
桃园青皮
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‘
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原产地
一
越南 ,
海南 】
印度
江西 ,
湖南
河南
马里
印度
河南
河南
福建 一
福建 , 。「
台湾 ,
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表 【 引物序号与序列
引物编号引物序列 ⋯引物编号 引物序列 引物编号 引物序列
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结果与分析
引物筛选与遗传多态性分析
以南安篙麻和开远假黄麻等 份为材料 , 对
个 引物进行筛选 , 筛选出引物 个 用筛选出
的 个 引物对 份黄麻材料进行扩增 , 绝大
多数 个 是 核甘酸重复序列 , 核甘酸重复序
列有 个 、
、 、 , 核甘酸重复序
有 个 、 、 , 核甘酸重复序列仅
一个 选取其中扩增带最清晰的 个引
物进行标记分析 , 引物序号及序列如表 所示
,
本研究 反应扩增的 片段大小一般在
一 之间 图 , 个 引物共扩增
出 条带 , 平均每个引物扩增出
、
条带 , 其中
有 条为多态 , 多态性条带比率 达
表 , 揭示了供试材料基因组具有丰富的多态性
泳道序号对应供试材料见表
遗传多样性与遗传相似性分析
根据 扩增的结果 , 应用
期 祁建民等 用 标记检测黄麻野生种与栽培种的遗传多样性
’一据如一数压之
表 黄麻 标记的扩增情况
皿 恤 岛 皿比 口
项 目
「
多态性引物数
多态性引物数扩增出的条带总数
扩增产物的大小范围
平均每条引物扩增出的带数
检测出的多态性条带的总数
多态性条带占总带数的百分率
圈 引物 的扩增结果
叱 ” 兀】
凝胶成像系统分析软件 , 按 一 的方法 ,
统计了 份材料两两之间的遗传相似系数 , 结果如
表 所示 , 对图象进行聚类分析 , 结果见图
从表 所列供试种质的遗传相似系数 可
以揭示 , 黄麻属 个种 份材料间的 在
一 之间 , 表现出丰富的遗传多样性 其中尊麻
叶种 场 是一个与其他种遗传差异最大 , 遗传相似
系数最低的黄麻原始野生种 , 为 一 , 其
次是三室种 , 与其他野生种或栽培种遗传
差异也较大 , 除了与尊麻叶种 与 为 外 , 与
其他种的 为 一 而其他野生种或栽培
种间的 都在 一 之间 供试材料表现出
较大的遗传多样性或遗传相似性 , 除尊麻叶种外 , 一
般种内不同材料间遗传相似系数较高 , 在 以
上 , 表现出较高的遗传相似性 而种间材料的遗传相
表 甚千 数据计算的 份供试材料之间的相似系数
跳
相似系数值 血 】
印
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图 基于 数据绘制的 份供试材料间的聚类图
”
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应 用 生 态 学 报 卷
似系数相对较小 , 在 一 之间 , 表现出较
大的遗传差异性 采集 自中国河南 、 福建和云南 个
不同生态区域的南阳假黄麻 、漳浦假黄麻 、 开远假黄
麻均为假黄麻种 , 个不同生态型材料间的 高达
一 , 而与来 自非洲的假长果种和假圆果种
遗传相似系数仅 , 种间也表现出明显的遗传差
异
,
由 份黄麻野生种及栽培种材料构建的分 子
进化系统树可以看出 , 当取值水平 时 , 切
割线 可将 份材料划分为两大类群和一个独立
的个类 , 第 大类群由 份黄麻原始野生种组成 ,
第 大类群由 份黄麻栽培种及近缘野生种组成 ,
第 类型 由原始黄麻野生种尊麻叶种构成 , 为独立
的个类 第一次等级划分
, 突出 了黄麻 个不同类群
间的遗传差异性 , 揭示 了第 类群中黄麻两个栽培
种与其 份近缘野生种 间有较密切 的亲缘进化关
系 , 而与第 和第 类群 中的原始野生种 间存在明
显的遗传差异 表明 了第 类群 中 个栽培种及近
缘野生种在进化上与第 工和第 川类群的亲缘关系相
对疏 远 在 第 次等级 划 分 时 , 当取 值水 平 二
时 , 切割线 将 份材料划分为 个大种
群 、 个小种群和 个独立的种 , 正好在物种水平上
把供试材料分为 个种 第一大种群 共 份
材料 , 均为圆果黄麻栽培种及近缘野生种 其遗传相
似系数在 以上 , 除台湾的桃园青皮外 地理隔
离 , 其他 份圆果种间的 均在 以上 表现
出种内不同基因型材料间的密切的亲缘关系和遗传
进化关系
、
第 大类群 共 份材料 , 均为长果
黄麻栽 培种 及近缘野 生种 , 其遗传相 似系数 均 在
以上 , 上述材料中印度的翠绿 、 中国的河南野生
长果 、 泰字 号、 宽叶长果和非洲的马里野生长果
,
它们之间的亲缘关系较近 , 在 以上 , 而河南
长果与漳浦野生长果遗传相似系数相近
, 为 左
右 木研究 中 , 长果种的遗传分化相对较 圆果种 为
高 从 数据所绘制的聚类图还 可 以看 出 图
、 第 次等级划分切割线 玩 可把第 上大种群
份原始黄麻野 生种分为 小类和 个独立 的个
类 , 上 , 小类 为南阳假黄麻 、 开远假 黄麻 、 漳浦假黄
麻 、 分别来自中国河南 、 云南和福建 , 其遗传相似系
数相对较高 , 在 一 梭状种 、 三齿种 、 甜麻 、 三室
种 、三室种 、假长果种 、 假圆果种等 个独立的
个类 , 均为种一级的原始黄麻野生种 由图 还可看
出 , 场 又将第 类群中两个栽培种的 份材料分
为 和 汀 两个种群 , 为 份材料为圆果 黄麻
栽培种及近缘野生种 , 为 份材料为长果黄麻
栽培种及近缘野生种 第 次等级划分清晰地把供
试 份材料以种为单位划分为 个种 , 与经典形
态分类种的划分相符 分子分类可以清晰地揭
示黄麻野生种和栽培种遗传多样性及其亲缘关系 ,
是黄麻经典分类学和分支系统学的进一步发展
讨 论
黄麻种间遗传多样性
从 份供试材料的遗传相似系数及 分
子聚类结果表明 , 黄麻属种间的遗传多样性较丰富 ,
种间遗传相似系数从 一 , 表明黄麻属种间
的遗传差异较大 , 和 类为原始野生种 , 类为黄
麻栽培种及近缘野生种 在物种水平上 , 黄麻属野生
种的遗传多样性或遗传差异主要存在于非洲和 中国
类种群 , 其遗传差异以原始野生种 工 、 种群
大于栽培种及近缘野生种 类种群 而在两个栽
培种中又以长果黄麻栽培种及近缘野生种的遗传多
样性或遗传差异大于圆果黄麻栽培种及其近缘野生
种 本研究 中非洲尊麻叶种与其他 份供试材料的
遗传相似性较低 , 其遗传相似系数在 一 之
间 , 在分子分支系统树上最为基础 , 很可能为较原始
的黄麻野生种 而其他 份黄麻野生种及栽培种种
间的遗传相似系数均在 以上 , 而两个栽培种及
其近缘野生种的遗传相似系数最低也接近
, 显
示黄麻种间遗传相似性系数较低 , 而黄麻栽培种及
近缘野生种遗传相似性系数较高 , 亲缘关系较近 黄
麻为 自花受粉作物
, 生殖隔离使外源基因很难渗人 ,
种间人工杂交也极难成功 , 但黄麻两个栽培种与其
近缘野生种的杂交 尚可结实 , 表明其进化上的亲缘
关系较密切 两个栽培种的分子聚类结果与实际相
符
黄麻种内遗传相似性
由图 可以看出 , 在第 工种群 内 , 来 自河南
、 云
南 、 福建的南阳假黄麻 粘粘菜 、开远假黄麻和漳浦
假黄麻 个不同生态型假黄麻材料聚在同一类 , 遗
传相似性在 一 之 间 , 遗传相似性系数较
高 , 形态相似 表明原产中国的假黄麻在原位或迁移
地不同生态型的分化较少 而来 自非洲的三室种和
三室种 也聚在 同一类 , 遗传相似系数为 ,
接近种一级的差异 , 但形态的差异仅叶片形态为椭
圆形和披针形的差异 我们曾作过过氧化物同功酶
聚类 , 三室种和三室种 也聚在一个亚类 两个
种杂交 尚可结实 , 因此 , 可以认为三室种 当为
三室种的一个半种或亚种较为适宜 而在第 种群
内 , 两个栽培种及其近缘野生种遗传相似性较高 本
研究中 , 来 自中国 、 越南 、 印度
、 日本等东南亚的圆果
黄麻地方品种均与从中国的海南 滕桥新村 采集的
野生圆果种黄麻有较高的遗传相似系数 , 其亲缘关
系较近 因此 , 海南野生圆果当为圆果黄麻栽培种的
期 祁建民等 用 标记检测黄麻野生种与栽培种的遗传多样性
近缘野生种 而来 自中国 、 印度 、 马里等南亚和非洲
的长果黄麻栽培种与中国福建漳浦和马里的长果野
生种聚成同一类 , 从遗传相似系数可以看出 , 漳浦野
生长果 比马里野生长果在进化上更为原始 , 因此漳
浦野生长果应为较原始的野生长果种 , 是长果黄麻
栽培种的近缘野生种 从上述两个栽培种及近缘野
生种的遗传相似系数及分子聚类图可以初步认为 ,
来 自中国海南藤桥的野生黄麻圆果种和来 自中国福
建漳浦野生黄麻长果种 , 对研究 黄麻两个栽培种 的
起源与分化可提供有价值的证据
尊麻叶种 、 三室种 、 三室种 、甜麻分类地位
尊麻叶种 由 个种 份种质材料的遗传
相似系数 表 和分子聚类图 图 可 以看出 , 尊麻
叶种 原产非洲东南部 与其他种的遗传相似性系数
最低 , 为 一 , 且遗传距离最大 , 分子聚类在
最基础的地位 图 , 在形 态学分类上其果实形态
与其他野生种殊异 , 为长果型 , 三果簇生 , 两果朝下 ,
一果朝上 初步推断尊麻叶种在供试材料中 , 当为最
原始的黄麻野生种
三室种及其变种 三 室种和三 室种 均
为非洲的原始黄麻野生种 , 其花果形态趋同 , 叶形殊
异 三室种为披针叶 , 三室种 为椭圆形叶 对这
两个种人工杂交试验 , 尚可结实 在 分析 中 ,
遗传相似系数为 , 且分子 聚类上聚在 同一类 ,
其遗传差异正好处在种一级的切割线上 , 从经典和
分子分类结合上 , 初步认为三室种 为三室种的
一个变种 , 在分类上它可能属于高一级层次 , 表明黄
麻不仅有变种 , 还可 能存在亚种 这与李爱青等闭
红麻稀有材料分类地位的研究结论相类似 】
甜麻 采集于中国云南的黄麻野生种 , 果长
型 , 分枝性强 , 是否为长果黄麻近缘野生种或是一个
独立的种在分类学上 尚未定性 甜麻花果叶形态较
似长果黄麻野生种 , 与其他野生种的遗传相似系数
相对较小 , 最大不超过 , 亲缘关系相对较远 与
两个栽培种 的遗传相似系数在 一 从遗传
相似系数及分子聚类上还可 以看出 图 , 它被聚
在黄麻属原始野生种类群中 类 因此 , 初步可以
推测甜麻是黄麻属的一个独立的种 , 在黄麻分子分
类上也居于较基础的地位 , 并将为研究黄麻的起源
与进化提供新的材料
与 ” 分析结果的相似性 为检测
同组供试材料的 和 分析的相关程度 ,
对两种标记供试材料的遗传相似系数进行了相关分
析 结果表明 , 〕 和 分析的遗传相似性的
相关达到极显著水平 二 , 刀
, 说明经过优化后 的 〕 和 技术较为
稳定 , 和 的数据的分子聚类结果基本一
致 , 表明应用 和 对黄麻基因组 遗
传多样性或差异性水平评价 , 分析结果具有较高的
一致性和可信度
参考文献
一
陈向明
, 一
郑国生 , 孟 丽 ,
一
。 旅月罗公 中国农业科学
,
一
, 毛 印
,
” ,
力 一 一
一 肠
已 招 ‘ , ,
一
一 李爱青 ,
一
邓丽卿 , 一 粟建光
卯
、 曲 二厉、 ,
,
八‘招 月召 切 , 作物学报 , 一
李进波
, 广 江 良荣 , ,
一
李春海
肠 ”
几饭龙沈 厂公 八戈刀 分 子植物育
种 , 一 。、
、 一 一
, 了 乃饮 灿纪 ‘耐 乞
,
一
一
祁 建 民 ,
一
郑 云 雨
,
陈福 强
,
卯 肠
故 。。 福建农学院学报 , 一
,
一
祁建 民 , 李维 民 , 一 吴为人
, , 血 八召川 , , 作物
学报
, 一
钱 伟 , 阮 ,
凸 〕戈以 八 “故 浏 妙
八““ 场 凡 ,了 植物学报
, 一
场
一
祁建民
, 李维民 , 林荔辉 , 以 叮
。 。 。 卜出 」 间 ① 户 ” 锹 二叭气去泛
人 , 溯 , 作物学报 一 伪 ,
,
,
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,
, 刀
一
王 颧 ,
一 王道杰 , 一 李成梅
巴 ‘
’
, 牙 人州 , 中国农业科学 ,
一
、, 一 周东新 , ,
一
祁建民 ,
一 吴为人
,
一 〕
,
厂妙敌 、 月召公 肠 福建农业大学学报
,
一
,
, 、 ,
比 即 卿 ,
介入 把 , 一
作者简介 祁建民 , 男 , 年出生 , 副研究员 , 硕士导师 ,
主要从事麻类遗传育种与生物多样性研究 , 发表论文 余
篇 一 ,
一