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七叶鬼灯檠种质资源遗传多样性的ISSR分析



全 文 :收稿日期:2009-12-24基金项目:国家科技基础条件平台建设项目作者简介:黄慧(1984-),女 ,硕士研究生 ,主要从事药用植物种质资源研究。*通讯作者:王喆之 , E-mail:zzwang@snnu.edu.cncn。
·资源·
七叶鬼灯檠种质资源遗传多样性的 ISSR分析
黄 慧 ,王喆之*
(陕西师范大学药用资源与天然药物化学教育部重点实验室 /西北濒危药材资源开发国家工程实验室 ,陕西
西安 710062)
  摘要 目的:进行七叶鬼灯檠种质资源的遗传多样性研究。方法:对 24份七叶鬼灯檠种质进行 ISSR分析。利
用 NTSYS-pc2.11F软件分析遗传相似系数 , UPGMA方法聚类 ,构建亲缘关系系统图。结果:8条引物共得到 109
条扩增条带 ,其中有 96条呈现多态性 ,占 88.1%。 24份七叶鬼灯檠种质间的遗传距离(GD)变化范围为 0.115 ~
0.877,平均为 0.421。聚类结果显示 24份七叶鬼灯檠材料可划分为 2个类群 5小组 , 地理分布对材料的种质亲缘
关系有较大影响。结论:七叶鬼灯檠的遗传多样性水平较高 ,种质间的亲缘关系和地理位置有一定相关性。
  关键词 七叶鬼灯檠;ISSR;种质资源;遗传多样性
  中图分类号:R282.71  文献标识码:A  文章编号:1001-4454(2010)08-1217-05
ISSRAnalysisofGeneticDiversityinRodgersiaaesculifoliaGermplasmResources
HUANGHui, WANGZhe-zhi
(KeyLaboratoryofMinistryofEducationforMedicinalPlantResourceandNaturalPharmaceuticalChemistry/NationalEngineeringla-
boratoryforResourceDevelopmentofEndangeredCrudeDrugsinNorthwestofChina, ShaanxiNormalUniversity, Xi′an710062, Chi-
na)
Abstract Objective:TostudythegeneticdiversityofgermplasmresourcesforRodgersiaaesculifolia.Methods:24 speciesof
germplasmresourcesforRodgersiaaesculifoliawereanalyzedbyISSRmolecularmarkers.Tomakeupthesystematicdiagramofgenetic
relationshipbyNTSYSpc-2.11software, clusteredbyUPGMAmethodandestablishthedendrogram.Results:Atotalof109ISSRbands
wasobtainedby8 primers, amongwhich96 werepolymorphicbands.Theaveragepercentageofpolymorphicbandswas88.1%.The
geneticdistance(GD)ofthe24Rodgersiaaesculifoliaaccessionsrangedfrom0.115to0.877, andaverage0.421.Twogroupsandfive
inferiorgroupswereclusteredbythedigitaldataofpolymorphicbands.Byclusteranalysis, thegeographicaldistributionis
obvious.Conclusion:ThediversitylevelofthedifferentgermplasmresourcesforRodgersiaaesculifoliahigherandtherelationshipof
Rodgersiaaesculifoliacorrelateswiththegeographicallocationinsomeway.
Keywords RodgersiaaesculifoliaBatalin;ISSR;Germplasmresources;Geneticdiversity
  七叶鬼灯檠(RodgersiaaesculifoliaBatalin),又
名秤杆七 、作合山 、黄药子 、猪屎七 、水五龙等 ,为虎
耳草科 (Saxifragaceae)鬼灯檠属多年生草本植
物〔1〕。七叶鬼灯檠的根状茎可入药 ,称作索骨丹 ,
作为我国传统的民间草药收载于 1977年版中国药
典。索骨丹具有清热解毒 、止泻 、止血 、生肌等功效 ,
在临床上常用于治疗湿热下痢 、外伤出血 、白浊带
下 、咽喉肿痛 、脱肛 、子宫脱垂等症 〔2〕。近年来对七
叶鬼灯檠的研究主要集中于对其化学成分和药理药
效的研究分析 ,而在遗传多样性和亲缘关系方面还
没有深入的研究。
  简单重复序列间区 (inter-simplesequencere-
peat, ISSR)标记技术是由加拿大蒙特利尔大学的
Zietkiewicz等于 1994年提出 ,它是在简单重复序列
(simplesequencerepeat, SSR)分子标记技术基础之
上发展起来的一种基于 PCR的新型 DNA分子标记
技术〔3, 4〕。 ISSR技术以其遗传多态性高 ,重复性好 ,
操作简单 、快速 、高效 ,所需 DNA模板量少 ,成本低
等特点已被广泛应用于遗传连锁图谱构建 、种质资
源鉴定 、基因定位 、植物分类 、进化和遗传多样性等
方面的研究 〔5-10〕。本研究利用 ISSR方法从 DNA分
子水平分析了不同产地七叶鬼灯檠种质资源的遗传
多样性 ,旨在为七叶鬼灯檠种质鉴定 、新品种选育和
核心种质库的构建提供科学依据。
1  材料和方法
1.1  材料  七叶鬼灯檠 (Rodgersiaaesculifolia
Batalin)材料根据遗传多样性研究方法和要求取样 ,
分别采自宁夏 、甘肃 、湖北和陕西等主产地的野生品
·1217·JournalofChineseMedicinalMaterials  第 33卷第 8期 2010年 8月DOI :10.13863/j.issn1001-4454.2010.08.004
种 ,共 128份材料 ,均经陕西师范大学生命科学学院
田先华教授鉴定。将采集的叶片迅速置于保鲜袋
中 ,加硅胶并封口 ,带回实验室洗净 ,干燥后于 -80
℃低温冰箱保存。
1.2 生物学性状 、农艺性状及有效成分含量比较
 将不同产地不同类型七叶鬼灯檠从表型上主要分
为 24种类型 。在开花阶段测量并记录不同种质叶
片数 、叶型 、叶色 、叶长宽比 、茎色 、株高等生物学形
状及主根切面颜色 、主根长 、主根直径 、根鲜重等农
艺性状。采用 HPLC法 〔11〕对不同种质根状茎中岩
白菜素含量进行测定比较 。不同类型种质概况及数
据记录见表 1。
  表 1  七叶鬼灯檠种质特征及采集地点具体情况
样品编号 采集地点 种质特征 叶片数 叶色 叶长宽比 株高/cm 茎粗/cm 主根长度/cm 主根直径/cm 根鲜重/g 岩白菜素含量 /%
A1 陕西宝鸡市太白县 叶倒卵形 , 根状茎切面深粉色 ,茎无毛 7 深绿色 2.25±0.076 41±2.453 0.51±0.089 10±2.711 3.03±0.044 52±4.443 1.929
A2 同上 叶长倒卵形 ,根状茎切面浅粉色 ,茎无毛 5 深绿色 2.00±0.055 19±2.124 0.22±0.045 14±2.984 3.52±0.067 18±1.011 1.748
A3 同上 叶长倒卵形 ,根状茎切面深粉色 ,茎无毛 5 浅绿色 1.57±0.078 19±1.908 0.24±0.052 9±1.995 1.76±0.098 15±1.128 1.997
A4 同上 叶长倒卵形 ,根状茎切面浅粉泛白 ,茎被毛疏 6 深绿色 1.91±0.091 12±1.883 0.25±0.048 13±3.760 2.09±0.065 37±2.981 1.946
B1 甘肃陇南市武都区佛崖乡红崖沟 叶倒卵形 , 根状茎切面深粉色 ,茎无毛 6 浅绿色 1.92±0.089 29±2.163 0.39±0.061 10±1.447 1.87±0.029 76±3.087 1.980
B2 同上 叶长倒卵形 ,根状茎切面浅粉泛白 ,茎无毛 9 深绿色 1.92±0.077 43±2.201 0.93±0.093 36±4.972 3.16±0.057 165±5.015 3.026
B3 同上 叶长倒卵形 ,根状茎切面浅粉色 ,茎无毛 7 深绿色 1.80±0.076 39±2.005 0.51±0.068 50±3.761 6.06±0.071 305±5.463 2.045
B4 同上 叶倒卵形 , 根状茎切面深粉色 ,茎被毛密 7 浅绿色 2.71±0.092 33±0.189 0.24±0.020 15±1.241 2.52±0.034 85±2.201 2.722
B5 同上 叶倒卵形 , 根状茎切面深粉色 ,茎无毛 4 深绿色 2.81±0.078 37±2.341 0.59±0.059 24±1.276 3.11±0.078 97±3.097 2.132
B6 同上 叶长倒卵形 ,根状茎切面浅粉泛白 ,茎无毛 5 深绿色 1.89±0.095 21±1.667 0.28±0.053 10±1.930 2.66±0.065 47±2.472 1.897
B7 同上 叶长倒卵形 ,根状茎切面白色 ,茎被毛疏 8 深绿色 2.01±0.076 20±1.592 0.14±0.009 10±1.842 1.01±0.054 39±1.184 1.902
B8 同上 叶倒卵形 , 根状茎切面浅粉色 ,茎无毛 9 浅绿色 1.94±0.079 32±1.908 0.34±0.045 14±1.471 2.14±0.034 42±1.983 2.180
B9 同上 叶倒卵形 , 根状茎切面浅粉泛白 ,茎无毛 7 深绿色 1.92±0.099 22±1.787 0.47±0.050 17±1.079 2.23±0.012 32±2.950 1.925
B10 同上 叶倒卵形 , 根状茎切面白色 , 茎被毛密 7 深绿色 1.88±0.083 33±2.091 0.61±0.067 34±3.193 2.84±0.068 115±4.675 1.831
B11 同上 叶倒卵形 , 根状茎切面深粉色 ,茎被毛密 4 深绿色 2.32±0.077 24±1.793 0.42±0.021 17±2.441 1.93±0.074 28±1.675 2.778
C1 宁夏泾源县六盘山 叶倒卵形 , 根状茎切面深粉色 ,茎无毛 6 浅绿色 1.99±0.089 34±1.810 0.41±0.044 32±2.876 3.21±0.055 97±3.335 1.769
C2 同上 叶倒卵形 , 根状茎切面白色 , 茎无毛 6 浅绿色 1.85±0.093 23±1.887 0.31±0.069 19±1.723 2.15±0.028 30±1.908 1.651
C3 同上 叶倒卵形 , 根状茎切面深粉色 ,茎被毛密 7 深绿色 2.01±0.101 28±1.827 0.27±0.089 13±1.147 4.23±0.013 20±1.213 1.909
C4 同上 叶长倒卵形 ,根状茎切面浅粉泛白 ,茎无毛 7 深绿色 2.32±0.098 20±2.017 0.44±0.045 40±2.123 1.99±0.039 188±4.476 1.798
C5 同上 叶长倒卵形 ,根状茎切面白色 ,茎无毛 5 深绿色 1.98±0.091 37±2.473 0.32±0.039 36±1.763 4.01±0.069 205±4.984 1.907
C6 同上 叶倒卵形 , 根状茎切面浅粉色 ,茎被毛稀 9 深绿色 1.98±0.077 26±2.132 0.34±0.042 25±1.228 3.56±0.044 76±2.098 2.009
D1 湖北十堰市武当山姑姑崖 叶倒卵形 , 根状茎切面深粉色 ,茎被毛密 4 深绿色 2.34±0.076 18±0.190 0.51±0.054 16±1.980 3.15±0.098 54±2.657 1.996
D2 同上 叶倒披针形 ,根状茎切面白 , 茎被毛密 7 深绿色 1.85±0.067 18±1.785 0.61±0.089 18±1.611 2.11±0.055 53±1.908 1.604
D3 同上 叶长倒卵形 ,根状茎切面浅粉泛白 9 浅绿色 1.97±0.062 29±0.193 0.63±0.081 14±1.063 2.71±0.076 39±1.694 1.291
1.3 ISSR分子标记 采用改良的 CTAB微量法提
取七叶鬼灯檠基因组总 DNA〔7, 9〕 ,用 0.8%的琼脂糖
电泳检测 DNA质量 , DNA的纯度和浓度用美国
ThermoElectronCorporation公司生产的 UnicamUV
300紫外分光光度计测定 ,并将 DNA浓度稀释至 40
ng/μL备用。
  PCR扩增反应在美国 Bio-Rad公司生产的 My
CyclerTM ThermalCycler580BR4255扩增仪上进行 ,
预扩增反应程序为:94 ℃预变性 10 min;94 ℃变性
1 min, 55.2 ℃退火 1 min, 72℃延伸 1 min,循环 40
次;72 ℃延伸 10 min。 PCR反应体系为 20μL各试
剂(TakaRa生产)的终浓度为 , 1 ×PCRBufer, 200
μmol/LdNTPs, 0.5 μmol/L引物 , 2.5 mmol/LMg2+
和 2.0UTaqDNA聚合酶 ,最佳模板 DNA浓度为
20 ~ 60 ng。 PCR产物用 2.0%琼脂糖凝胶于 2.5
V/cm电压下电泳 3 h,电泳结果用美国 MediaCy-
bernetics公司生产的 UVPGDS-8000凝胶成像系统
拍照分析。
·1218· JournalofChineseMedicinalMaterials  第 33卷第 8期 2010年 8月
1.4 数据处理与分析 ISSR扩增产物以 0或 1统
计建立 ISSR数据库 。电泳结果采取 0/1赋值记带 ,
同一引物在同一迁移率上有带记为 “1”,无带记为
“0”, 形成(0, 1)距阵 , 利用 NTSYS-pc2.11F版软
件分析 ,计算品种间的遗传相似系数 ,采用 SHAN程
序中的 UPGMA法进行聚类分析 , 并通过 Treeplot
模块生成聚类图。
2 结果与分析
2.1 生物学性状 、农艺性状及有效成分含量变异
分析 七叶鬼灯檠供试样品的生物学 、农艺学及有
效成分含量的变异情况见表 2。性状的变异频率是
性状遗传多样性的数量化体现 ,变异系数越大 ,在优
异资源的选择方面的余地越大 〔12〕。一般认为变异
系数大于 10%就说明样本间的差异较大 〔13〕。由表
2可知 ,七叶鬼灯檠各生物学指标变异较为丰富 ,其
中单株根鲜重变异范围最大 ,最重 305g,最轻 15g,
变异系数达 88.74%,根状茎中岩白菜素含量变异
系数达 18.91%,根长和根粗的变异系数也分别达
到了 55.01%和 36.92%,均高于 10%,这说明七叶
鬼灯檠在根生长情况和有效成分含量方面都存在巨
大的差异 ,筛选并培育优良七叶鬼灯檠品种具有非
常巨大的意义。变异系数最小的是叶长宽比和株
高 ,叶长宽比变异系数为 13.66%,说明叶形指标变
异较小 ,遗传比较稳定 。供试材料各性状之间差异
均达显著水平 ,说明这 7个性状在不同七叶鬼灯檠
种质材料间存在真实差异 ,可做进一步分析。
  表 2  七叶鬼灯檠种质资源生物学性状变异分析
最大值 最小值 平均值 标准差 标准误差 变异系数/%
叶长宽比 2.81 1.57 2.05 0.28 0.05 13.66
株高 /cm 43.0 12.0 27.17 8.69 1.77 31.98
茎粗 /cm 0.93 0.14 0.42 0.18 0.04 42.93
主根长度 /cm 50.0 9.0 20.67 11.37 2.32 55.01
主根直径 /cm 6.06 1.01 2.79 1.03 0.21 36.92
根鲜重 /g 305.0 15.0 79.80 71.05 14.50 88.74
岩白菜素含量 /% 3.026 1.291 2.001 0.376 0.07 18.91
2.2 七叶鬼灯檠 ISSR-PCR扩增片段的多态性 
从 50个 ISSR引物中 ,筛选出谱带清晰多态性高的
引物 8个 ,对供试的 24份七叶鬼灯檠材料进行扩增
得 109条 DNA条带 ,其中多态性条带 96条 ,占总条
带数的 88.1%,每个引物扩增出的 DNA条带数为
10 ~ 16条 ,平均为 13条。见表 3。 DNA片段大小
主要集中在 100 ~ 1 500 bp之间。表明七叶鬼灯檠
种质在分子水平上的多态性是丰富的 ,利用 ISSR分
子标记能够检测七叶鬼灯檠的种质资源亲缘关系。
图 1为引物 UBC836对七叶鬼灯檠种质资源基因组
DNA的扩增结果。
  表 3  引物序列及多态性比较
引物编号 引物碱基序列 扩增总条带数 多态性条带数 多态性位点百分率 /%
836 (AG)8YA 13 13 100
842 (GA)8YG 11 9 82
846 (CA)8RT 13 11 85
835 (AG)8YC 15 14 93
847 (CA)8RC 13 11 85
849 (GT)8YA 14 10 72
811 (GA)8C 16 14 88
834 (AG)8YT 14 14 100
2.3 七叶鬼灯檠种质的遗传距离 利用 NTSYS-
pc程序计算七叶鬼灯檠种质间的遗传相似系数
(GS),根据公式 GD=-ln(GS)计算遗传距离 。 24
份七叶鬼灯檠供试材料的平均遗传距离为 0.421,
其中遗传距离最大的是陕西的 2号种质 A2和宁夏
的 6号种质 C6,达到了 0.877,遗传相似系数最小 ,
为 0.416,二者间的亲缘关系最远。而湖北的 2号
种质 D2和 3号种质 D3间的遗传距离最小 , 为
0.115,遗传相似性系数最大 ,达到了 0.891,亲缘关
系最近 。结果表明 ,收集的七叶鬼灯檠种质资源遗
传差异较显著。
2.4  聚类分析 利用 NTSYS-pc2.11F版软件 UP-
GMA法对七叶鬼灯檠不同种质进行聚类分析 ,并通
过 Treeplot功能生成 24份七叶鬼灯檠种质的聚类
分析树状图图 2。由图 2可以看出 ,在相似系数为
0.64处可将 24份七叶鬼灯檠种质基本分为两大类
群 。第一类群共 7份种质 ,分别来自陕西宝鸡和湖
北十堰 ,整体表现为根鲜重小 、根状茎中岩白菜素含
量低 ,这些种质可在相似系数为 0.76处细分为 2
组 ,第 1组为来源于陕西宝鸡的 A1、A2、A3和 A4
号种质 ,岩白菜素含量均在 2.0%以下;第 2组为来
源于湖北十堰的 D1、D2和 D3号种质 ,其中 D2和
D3号之间遗传距离最近 , D2和 D3号相对于其他
22份种质岩白菜素含量达到最低 ,分别为 1.604%
和 1.291%。
·1219·JournalofChineseMedicinalMaterials  第 33卷第 8期 2010年 8月
图 1 引物 UBC836对 24份七叶鬼灯檠材料的扩增结果
图 2 基于遗传相似系数的 24份七叶鬼灯檠种质 UPGMA聚类图
  第二类群共 17份种质 ,分别来自宁夏泾源和甘
肃陇南 ,这 17份种质整体表现为平均植株高度高 ,
在 20 ~ 45cm之间 ,岩白菜素含量也相对较高 ,其中
甘肃的 B2号种质岩白菜素含量高达 3.026%。在
相似系数为 0.724处可将这 17份种质细分为 3组。
第 1组为来源于甘肃陇南的 B1 ~ B11号种质 ,其中
B8号种质与其他种质分开另归为第 2组;第 3组为
来源于宁夏泾源的 C1 ~C6号种质。
3 讨论
  七叶鬼灯檠在清热化湿 、止泻 、止血等方面疗效
显著 ,然而在自然生长和长期的进化过程中 ,存在着
大量的变异 ,再加上环境差异 、人为因素和自身繁殖
特性的影响 ,形成了众多变异类型〔14〕 ,分析它们之
间的遗传关系对于改进七叶鬼灯檠的质量 、产量 、可
持续利用以及种质的保存和鉴定都具有深远的意
义。
  ISSR标记技术结合了 RAPD标记技术和 SSR
标记技术的优点 ,实验操作简单 、重复性好 、多态性
高 ,被认为是遗传多样性分析和种质鉴定区别等方
面的一种有效的分子标记方法 〔3〕。本实验从叶长
宽比 、株高 、茎粗 、主根长 、主根直径 、根鲜重 、岩白菜
素含量等几个方面对七叶鬼灯檠种质的形态和有效
成分含量作了分析 , 各个性状的变异系数均高于
10%,表明各供试材料间存在真实差异 。采用筛选
的 8条 ISSR引物对 24份七叶鬼灯檠种质进行 IS-
SR-PCR扩增 ,结果得到了 109条谱带 , 其中多态性
条带 96条 , 多态性比例为 88.1%, 并计算了各种
质间的遗传距离变化范围为 0.115 ~ 0.877,表明七
叶鬼灯檠种质存在较高的遗传多样性。利用 UPG-
MA的方法对七叶鬼灯檠种质资源分子标记结果进
行聚类 ,分子标记聚类分析将 24份七叶鬼灯檠材料
分为 2大类群 5小组 ,各供试材料之间按地域严格
聚类 ,在相同地区收集的资源聚在一起 ,其亲缘关系
较近。由图 2中聚类分析树状图可看出湖北地区的
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种质和陕西地区种质遗传距离较近而与高海拔地区
宁夏和甘肃地区的种质遗传距离较远 ,推测这可能
与地理位置和生长环境因素的影响有关 ,在特有生
境选择过程中 ,基因与环境之间的相互作用产生了
一些变异的基因型个体 ,导致不同地区的七叶鬼灯
檠种质在分子水平上存在差异 ,可见地理和生态环
境的差异对群体遗传多样性的影响是极为显著的。
研究结果表明七叶鬼灯檠种质间存在一定的遗传变
异 ,但这并不能代表全部种质的多样性和分类规律 ,
分类结果可能与材料收集数量的多少和材料的选择
等因素均有关联。
  本实验首次采用从表型和分子水平鉴定和区分
不同种质 ,利用 ISSR分子标记方法对七叶鬼灯檠材
料种质遗传多样性进行了分析 ,结果表明 , ISSR标
记技术能很好的区分所有供试材料 ,证明了 ISSR标
记技术在七叶鬼灯檠种质间进行遗传多样性分析及
亲缘关系研究的可行性 ,可为后续的研究工作提供
借鉴 ,同时为七叶鬼灯檠种质资源的全面 、高效利用
提供理论依据 。
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·1221·JournalofChineseMedicinalMaterials  第 33卷第 8期 2010年 8月