全 文 ：薏苡属植物 DNA多样性分析
江忠东， 郭菊卉， 陈庆富
（贵州师范大学生命科学学院植物遗传育种研究所，贵州 贵阳 550001）
摘 要：以薏苡（原变种）、念珠薏苡（变种）、薏米、水生薏苡、小珠薏苡等 42 份薏苡属植物为材料，设计与落粒性基因相关的
36 对 STS 引物进行 PCR 反应，从中筛选出 5 对多态性和稳定性良好的引物，对薏苡属植物 DNA 多样性进行分析。根据 DNA 多态
性特征讨论了薏苡属植物的遗传进化关系，并构建了 42 份薏苡属植物的 STS 指纹图谱和系统进化树。
关键词：薏苡属； STS； DNA 指纹图谱； 系统关系
中图分类号：S519 文献标识码：A 文章编号：1004－874X（2013）02－0124-04
DNA diversity analysis of Coix L.
JIANG Zhong-dong, GUO Ju-hui, CHEN Qing-fu
(Institute of Plant Genetics and Breeding, School of Life Sciences, Guizhou Normal University, Guiyang 550001, China)
Abstract: The DNA diversity of 42 accessions belonging to four species (C. lacryma-jobi var. lacryma-jobi Linn, C. lacryma-jobi
var. maxima Makino, C. aquatica Roxb, C. puellarum Balansa) and a variant species (C. chinensis var. chinensis Tod) of genus Coix L.
were studied by designing 36 pairs STS primer according to the sequences of shattering related genes for polymerase chain reaction (PCR).
Among them, there were five pairs of primers with good stable polymorphism, which were used for establishing the STS fingerprint map
and a phylogeny tree, the evolutionary relationship also be discussed.
Key words: Coix L.; STS; DNA fingerprint; phylogeny
禾本科薏苡属（Coix L.）植物为 1年生或多年生 C4植
物[1]。 薏苡是一种重要的食、药两用植物，其营养和保健价
值在禾本科植物中较高 [2]，余爱国等 [3]发现薏苡富含各种
不饱和脂肪酸、维生素 B和矿质元素。 薏苡提取物薏苡仁
油和薏苡仁酯具有重要的抗癌作用，尹蓓珮等 [4]发现经薏
苡仁油注射液作用后的人肝癌细胞的生长、 迁移及侵袭
功能被抑制。 目前， 薏苡的药用价值已有一定程度的开
发，以薏苡为主料的药品“康莱特”已经上市多年。
目前，世界上薏苡属植物约有 10 种，主要分布在东
亚、南亚和东南亚地区 [5]。 我国薏苡属植物资源丰富 [6]，国
内外学者依据形态学和核型演化特征对薏苡属植物进行
分类的报道已有较多。 庄体德等 [7]将我国薏苡属植物分
为 3 种 4 变种。 陆平等 [8]首次在我国发现了薏苡属中最
原始的水生薏苡种，提出广西薏苡包括 4 种 7 变种。 《中
国植物志》将我国薏苡属植物定为 5 种 2 变种。国外学者
Rao 等 [9]将薏苡属植物分为 9 种。薏苡属植物的遗传进化
研究包括形态学、 细胞学、 分子遗传学和同工酶等方
面 [7,9-12]，较多的生态类型被收集和鉴定，同源多倍体和多
种天然非整倍体类型已经被发现， 分子标记技术也被运
用到薏苡属植物的遗传进化研究中 [13-14]，但有关薏苡属
DNA 多态性的研究报道很少。 本研究从基于落粒性基因
序列的分子标记上对薏苡属植物的指纹图谱和种间系统
关系进行了研究， 以期为薏苡属植物系统关系研究提供
参考。
1 材料与方法
1.1 试验材料
薏苡属植物供试种质由贵州师范大学生命科学学院
植物遗传育种研究所收集并保存， 于 2011 年 4 月初分别
播种于贵州师范大学生命科学学院植物遗传育种研究所
柏杨试验基地，正常田间管理。 根据《中国植物志》的分类
标准，对 42个不同地域薏苡属植物进行划分，见表 1。
1.2 试验方法
1.2.1 DNA 提取及 STS 分子标记分析 取田间正常生
长的各植株幼叶，采用 CTAB 法提取叶片总 DNA，检测基
因组 DNA 的纯度与浓度， 配制 40 ng/μL 的各样本模板
DNA溶液。
根据 NCBI 中的基因数据库，查找拟南芥中与落粒性
相关的基因，根据这些基因序列设计 36对相关引物，引物
由上海生工生物公司合成。通过梯度 PCR反应，筛选多态
性比率较高且稳定的 5 对引物（表 2）及合适的 Tm 值，再
次进行 PCR反应。每对引物扩增时均设置阴性对照，用凝
胶电泳检测 PCR产物，凝胶自显影系统拍照。
1.2.2 统计分析方法 根据不同引物 PCR 产物电泳检测
情况，对 DNA产物条带进行统计，统计的谱带以引物编号
加 bp 值的方式命名。 bp 值小于 200 的条带不统计，条带
模糊不清的不统计；有条带标记为 1，没有条带标记为 0。
利用 SPSS16.0 软件进行重心法系统聚类分析。
2 结果与分析
2.1 薏苡属植物 DNA多态性分析及其指纹图谱
收稿日期：2012-12-30
基金项目：国家自然科学基金（31060207，31171609）；国家现代
农业产业技术体系专项资金（CARS-08-A4）；贵州省科技创新团队
（黔科合人才团队[2011]4007）
作者简介：江忠东（1987-），男，在读硕士生，E-mail: 356096081
@qq.com
通讯作者：陈庆富（1966-），男，博士，教授，E-mail: cqf1966@
163.com
广东农业科学 2013 年第 2 期124
DOI:10.16768/j.issn.1004-874x.2013.02.051
代号
LAL01
LAL02
LAL03
LAL04
LAL05
LAL06
LAL07
LAL08
LAL09
LAL10
LAL11
LAL12
LAL13
LAM01
LAM02
LAM03
LAM04
AQ01
PU01
PU02
CHC01
CHC02
CHC03
CHC04
CHC05
CHC06
CHC07
CHC08
CHC09
CHC10
CHC11
CHC12
CHC13
CHC14
CHC15
CHC16
CHC17
CHC18
CHC19
CHC20
CHC21
CHC22
收集地
贵州贵阳
贵州贵阳
广西天等
广西大新
贵州独山
安徽石台
贵州三穗
贵州贵阳
贵州印江
贵州兴义
贵州兴义
贵州兴义
贵州兴义
贵州贞丰
贵州兴义
贵州兴义
广西南宁
广西靖西
广西天峨
广西东兰
贵州兴仁
贵州安龙
贵州兴义
贵州安龙
贵州贞丰
贵州兴义
贵州兴仁
贵州安龙
贵州兴仁
贵州安龙
云南
贵州兴义
贵州兴仁
贵州兴义
贵州兴义
贵州兴义
贵州兴义
贵州兴义
贵州兴义
贵州兴义
贵州兴义
贵州兴义
编号
YY-1
YY-2
YY-3
YY-4
YY-5
YY-6
YY-7
YY-8
YY-9
YY-10
YY-11
YY-12
YY-13
NZ-01
NZ-02
NZ-03
NZ-04
SS-01
XZ-01
XZ-02
YM-01
YM-02
YM-03
YM-04
YM-05
YM-06
YM-07
YM-08
YM-09
YM-10
YM-11
YM-12
YM-13
YM-14
YM-15
YM-16
YM-17
YM-18
YM-19
YM-20
YM-21
YM-22
拉丁名
C.lacryma-jobi var.lacryma-jobi Linn
C.lacryma-jobi var.lacryma-jobi Linn
C.lacryma-jobi var.lacryma-jobi Linn
C.lacryma-jobi var.lacryma-jobi Linn
C.lacryma-jobi var.lacryma-jobi Linn
C.lacryma-jobi var.lacryma-jobi Linn
C.lacryma-jobi var.lacryma-jobi Linn
C.lacryma-jobi var.lacryma-jobi Linn
C.lacryma-jobi var.lacryma-jobi Linn
C.lacryma-jobi var.lacryma-jobi Linn
C.lacryma-jobi var.lacryma-jobi Linn
C.lacryma-jobi var.lacryma-jobi Linn
C.lacryma-jobi var.lacryma-jobi Linn
C.lacryma-jobi var.maxima Makino
C.lacryma-jobi var.maxima Makino
C.lacryma-jobi var.maxima Makino
C.lacryma-jobi var.maxima Makino
C.aquatica Roxb
C.puellarum Balansa
C.puellarum Balansa
C.chinensis var.chinensis Tod
C.chinensis var.chinensis Tod
C.chinensis var.chinensis Tod
C.chinensis var.chinensis Tod
C.chinensis var.chinensis Tod
C.chinensis var.chinensis Tod
C.chinensis var.chinensis Tod
C.chinensis var.chinensis Tod
C.chinensis var.chinensis Tod
C.chinensis var.chinensis Tod
C.chinensis var.chinensis Tod
C.chinensis var.chinensis Tod
C.chinensis var.chinensis Tod
C.chinensis var.chinensis Tod
C.chinensis var.chinensis Tod
C.chinensis var.chinensis Tod
C.chinensis var.chinensis Tod
C.chinensis var.chinensis Tod
C.chinensis var.chinensis Tod
C.chinensis var.chinensis Tod
C.chinensis var.chinensis Tod
C.chinensis var.chinensis Tod
中文名
薏苡
薏苡
薏苡
薏苡
薏苡
薏苡
薏苡
薏苡
薏苡
薏苡
薏苡
薏苡
薏苡
念珠薏苡
念珠薏苡
念珠薏苡
念珠薏苡
水生薏苡
小珠薏苡
小珠薏苡
薏米
薏米
薏米
薏米
薏米
薏米
薏米
薏米
薏米
薏米
薏米
薏米
薏米
薏米
薏米
薏米
薏米
薏米
薏米
薏米
薏米
薏米
表 1 供试薏苡属植物材料
Tm值（℃）
52.5
51.0
52.0
50.4
51.5
目标序列功能
纤维素糖基水解酶
胆碱激酶相似蛋白
糖基水解酶
细胞分裂素氧化酶
乙烯信号途径转录因子
引物序列
正向 5＇-3＇：CTGCCAATAACCCTAACG
反向 5＇-3＇：GTAATACTCATTCATACCGACT
正向 5＇-3＇：CTTGTTCGGATTTACGGT
反向 5＇-3＇：ATGGCATTGGTTACTTCA
正向 5＇-3＇：CTGCTCCTCCTTTGTTCC
反向 5＇-3＇：GTTTGGTTATGGCTGACT
正向 5＇-3＇：TCTTGGACGGATTATTTG
反向 5＇-3＇：AAGGCAGTAGATGACACG
正向 5＇-3＇：TCCTGCTGCTATTGCTAA
反向 5＇-3＇：GAGTTTCACCCACCATTC
所属物种
拟南芥
拟南芥
拟南芥
拟南芥
拟南芥
序列大小（bp）
1675
1041
2303
1572
1735
编号
BT015355.1
BT008311.1
AY086165.1
BT033021.1
AY133839.1
代号
STS1
STS2
STS3
STS4
STS5
表 2 5对 STS 引物及其相关信息
125
图 1 42 个薏苡属植物收集系的 STS 标记分析
36对 STS 引物经过筛选后获得 5对多态性较好的引
物， 引物多态性比例为 13.9%。 5 对引物共扩增出 85 条
带，其中多态性条带 81 条，多态性条带比例为 95.3%；没
有多态性的条带为 4 条， 分别是 STS2-840、STS4-373、
STS4-617 和 STS5-657，这可能是薏苡属植物的共有谱带
（图 1）。
根据 STS 扩增出的谱带数据，选择种内较为恒定、种
间有差异的清晰谱带作为该物种的特征谱带， 统计出了
4 种 1 变种薏苡属植物在物种水平上的特征谱带共 48
条，构成这些种类的 STS 指纹图谱（图 2）。 其中，薏苡（原
变种）共 23 条谱带；念珠薏苡（变种）共 12 条谱带；水生
薏苡共 18 条谱带；小珠薏苡共 7 条谱带；薏米共 24 条谱
带。 另外，念珠薏苡（变种）没有特异谱带，并且所有谱带
均同时出现在薏苡（原变种）谱带中，暗示两者的亲缘关
系较近。 水生薏苡和薏米的特异谱带均为 11 条，其中水
生薏苡特异谱带占特征谱带总数的 61.1%， 薏米特异谱
带占特征谱带总数的 45.8%， 暗示两者的 DNA 歧异较
大。
图 2 4种 1变种薏苡属植物 STS 指纹图谱
LAL LAM AQ PU CHC LAL LAM AQ PU CHC
126
图 3 42 个收集系薏苡属植物聚类图
图 4 薏苡属植物可能的进化路线
2.2 薏苡属植物种间系统关系分析
以各收集系分子标记数据为基础， 进行系统聚类分
析，获得系统聚类图（图 3）。从图 3可以看出，当 T=21时，
4种 1变种 42份供试材料可以聚成 5 类： 第 1 类全部为
薏米；第 2类包括薏苡（原变种）、念珠薏苡（变种）、小珠薏
苡 ；第 3 类包括薏苡 （原变种 ）、念珠薏苡 （变种 ）、薏米
CHC08；第 4 类为薏米 CHC05；第 5 类包括水生薏苡、小
珠薏苡。 当 T=24时，全部材料可以聚成 3类：第 1类包括
薏米、 薏苡、 念珠薏苡、 小珠薏苡 PU01； 第 2类为薏米
CHC05；第 3类包括小珠薏苡 PU02、水生薏苡。
栽培类型中编号为 CHC05 的材料在 T=21、23、24 时
都单独聚成一类， 可能是由于该材料为天然种间杂交后
代类型，导致其遗传歧异较大而独立成为一类。
3 讨论
薏苡属植物的起源进化研究多集中在细胞学方面。
落粒性为种子植物进化的重要方面。 本研究从基于落粒
性基因序列的分子标记上对薏苡属植物的指纹图谱和种
间系统关系进行了研究， 为薏苡属植物系统关系研究提
供了新资料。
Rao 等 [9]基于染色变异研究，认为薏苡由于地理隔离
首先进化出小珠薏苡；薏米为一种生态型，不能单独成为
一个种。 本研究的聚类关系中，小珠薏苡同时与薏苡和水
生薏苡聚成不同的 2 类，暗示它们的遗传分化较大，也可
能暗示小珠薏苡是水生薏苡和薏苡的中间类型； 薏米与
野生类型薏苡聚成明显不同的分类群， 暗示薏米与野生
类型相比已经有了较大程度的 DNA变异， 变异水平已经
达到区分种的程度。 同时本研究发现，念珠薏苡（变种）没
有特异谱带，并且所有谱带均同时出现在薏苡（原变种）谱
带中， 暗示两者的亲缘关系较近。 在构建的指纹图谱中，
发现水生薏苡和薏米的特异谱带差异最多、为 11条，暗示
两者的亲缘关系最远， 也可能暗示两者的落粒性相关序
列最多。
陆平等 [8]发现水生薏苡对光周期反应极其敏感且有
明显的生殖隔离现象和特殊的酯酶酶谱类型， 认为水生
薏苡为薏苡属植物内最为原始的种； 水生薏苡分蘖能力
极强， 其不结实和耐旱特性可能是作为一种原始特性而
存在。 本研究于广西地区发现了薏苡属植物的主要种类，
且分布地区广泛， 因此认为广西及中国西南地区是薏苡
属植物的起源和进化中心。
目前已经发现较多薏苡属植物存在非整倍体类
型[15-16]。Rao等[9]认为同属异源基因重组过程是薏苡属植物
进化的重要方面。 根据本研究所得结果及相关研究报道，
可以推断出薏苡属植物可能的进化路线（图 4）。
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中筛选出 6 条多态性高、重复性好的引物。 120 条引物中
包括马品种研究已有应用的 18条引物， 但只有 2 条引物
在贵州矮马和伊犁马表现出多态性。
贵州矮马和伊犁马共检测出 123条 RAPD谱带，其中
101条为多态性谱带，平均每条引物可产生 16.3 条多态性
谱带。贵州矮马获得 92条多态性谱带，伊犁马得到 100条
多态性谱带，但未找到两个马群特有的 RAPD 标记条带。
Bailey 等 [6]对阿拉伯马和纯血马的 RAPD 分析结果显示，
平均每条引物产生 3.6 条多态性谱带，并找到了阿拉伯马
和纯血马特异性的标记条带；Apostolidis 等 [7]对希腊马的
RAPD 研究发现， 平均每条引物有 10.2 条多态性谱带；
Egito 等 [8]对 Pantaneiro 马进行 RAPD 分析发现，平均每条
引物获得 3.38 条多态性谱带；史宪伟等[9]对 4 个云南马品
种扩增发现谱带多态频率为 50.0%～67.6%。 相比之下，本
研究筛选的 6 条引物对贵州矮马和伊犁马基因组进行扩
增的多态频率分别为 74.80%、81.30%，明显较高。
品种/群体间遗传分化系数（GST）是亚群之间基因分
化相对量的较好度量。 本研究总群体的 GST 平均值为
4.74%，说明贵州矮马与伊犁马两个马品种间的遗传变异
占总群体的遗传变异为 4.74%，即这两个群体之间的基因
交流较少。 其原因可能与两个品种形成的历史、环境因素
和地理阻隔等有关。 伊犁马是以我国北方的哈萨克马为
母本，与奥尔洛夫马、布琼尼马、顿河马等品种经过长期的
杂交、选育过程，逐渐形成的具有抗病力强、耐粗饲、适于
四季放牧的力速兼备、体格高大的培育品种 [10-12]。 贵州矮
马主要散布在交通不便的贵州西南山区少数民族聚居
区，当地的经济比较落后，自然环境、人文环境双重闭锁，
受外来马种的影响较少，从而保留了较为纯净的基因库。
本聚类分析结果表明，在相似系数为 0.69 时，可将聚
类树状图分为 9 个分支，第 1 支以伊犁马为主（70.97%），
第 2 支主要是贵州矮马（95.45%），第 7~9 支均由伊犁马
组成，第 3 支为贵州矮马，第 4~6 支中两种马所占比例相
近。 由贵州矮马或伊犁马独享的分支表明，两个马品种可
能在较早的时间分开后，各自单独进化，在基因组中沉积
不同的遗传变异信息。 第 4~6 分支中贵州矮马与伊犁马
两种马所占的比例相近， 则可能与家马源于野马的理论
有关。 多数理论认为， 中国早期的家马均来自普氏野马，
包括贵州矮马在内的中国矮马与普氏野马有密切的亲缘
关系，是源自普氏野马的中国家马的后代[13]。 哈萨克马是
我国比较古老的家马品种，起源于普氏野马。 而伊犁马是
以哈萨克马为主形成的培育品种， 因此贵州矮马与伊犁
马具有共同的祖先， 反映在聚类分析结果中第 4~6 分支
两种马的分布比例接近， 相应的基因组区域可能是存留
的古老遗传变异的体现。
贵州矮马是一个古老的品种，长期闭锁繁育，没有受
到外来物种的冲击，其遗传资源得到了很好的保护，保持
较为纯净的原始基因库， 对贵州矮马的品种选育和种质
资源保护具有重要的科学意义。
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