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rDNA-ITS sequence characterization and genetic diversity based on ISSR of cereal cyst nematode on wheat from Shandong Province

山东省小麦禾谷孢囊线虫rDNA\|ITS序列特征和基于ISSR的遗传多样性分析



全 文 :植物病理学报
ACTA PHYTOPATHOLOGICA SINICA  45(3): 326 ̄336(2015)
收稿日期: 2014 ̄04 ̄02ꎻ 修回日期: 2015 ̄01 ̄17
基金项目: 国家公益性行业(农业)科研专项(201503114)ꎻ山东省“泰山学者”建设工程专项资助
通讯作者: 赵洪海ꎬ教授ꎬ主要从事植物线虫学研究ꎻE ̄mail:hhzhao@qau.edu.cn
第一作者: 丁海燕ꎬ女ꎬ山东青岛人ꎬ硕士研究生ꎬ主要从事植物线虫学研究ꎻE ̄mail:564196164@qq.comꎮ
doi:10.13926 / j.cnki.apps.2015.03.012
山东省小麦禾谷孢囊线虫 rDNA ̄ITS序列特征
和基于 ISSR的遗传多样性分析
丁海燕1ꎬ 梁 晨1ꎬ 赵洪海1∗ꎬ 彭德良2
( 1 青岛农业大学农学与植物保护学院ꎬ山东省植物病虫害综合防控重点实验室ꎬ青岛 266109ꎻ
2中国农业科学院植物保护研究所ꎬ植物病虫害生物学国家重点实验室ꎬ北京 100193)
摘要:小麦孢囊线虫病(CCNꎬHeterodera avenae)已成为山东省小麦生产上的一种重要病害ꎬ研究 CCN群体间和群体内的
遗传多样性可以为其综合防治提供理论依据ꎮ 本实验研究了山东省 17地市 34个群体的 rDNA ̄ITS 区ꎬ并采用 ISSR 分子
标记技术对其中 10个地市的 27个种群做了遗传多样性分析ꎮ 结果表明ꎬ在 rDNA ̄ITS系统发育树中ꎬ山东省 34个小麦孢
囊线虫群体与 H. pratensis、H. australis及中国 H. avenae群体亲缘关系较近ꎮ 3个 ISSR引物共扩增出 31条条带ꎬ多态性条
带百分率(PPB)为 100%ꎮ 菏泽、潍坊、烟台群体遗传多样性较高ꎬ枣庄、威海、淄博、滨州群体遗传多样性相对较低ꎮ Mantel
检测和聚类结果表明ꎬ群体间的遗传分化与地理距离并无显著的相关性ꎬAMOVA分析结果显示ꎬ在总的遗传变异中 17.7%
的变异发生在群体间ꎬ82.3%的变异发生在群体内ꎮ 研究结果显示山东省 H. avenae具有较高的遗传多样性ꎬ且群体间已发
生了一定程度的遗传分化ꎮ
关键词:禾谷孢囊线虫ꎻ rDNA ̄ITSꎻ ISSRꎻ 遗传多样性ꎻ 聚类分析ꎻ 山东省
rDNA ̄ITS sequence characterization and genetic diversity based on ISSR of cereal
cyst nematode on wheat from Shandong Province  DING Hai ̄yan1ꎬ LIANG Chen1ꎬ ZHAO
Hong ̄hai1ꎬ PENG De ̄liang2   ( 1College of Crop Protection and Agronomyꎬ Qingdao Agricultural Universityꎻ Key Lab of
Integrated Crop Pest Management of Shandong Provinceꎬ Qingdao 266109ꎬ Chinaꎻ 2State Key Laboratory for Biology of Plant
Diseases and Insect Pestsꎬ Institute of Plant Protectionꎬ CAASꎬ Beijing 100193ꎬ China)
Abstract: The cereal cyst nematode (CCNꎬ Heterodera avenae) has been one of the important plant disease on
wheat production in Shandong Province. Genetic diversity among and within CCN groups should be analyzed in
order to provide theoretical basis for the integrated control. ITS region of ribosomal DNA was amplified from 34
populations in 17 cities of Shandong Province and ISSR was used to analyze the genetic diversity from 27 CCN
populations in 10 cities of Shandong Province. The results of ITS sequences analysis showed that the 34
populationsꎬH. pratensisꎬH. australis and H. avenae from China were clustered in the same groupꎬ showing high
homology level in evolution. A total of 31 bands were detected with 3 ISSR primersꎬ and the percentage of
polymorphic bands (PPB) was 100%. The genetic diversity of Hezeꎬ Weifang and Yantai groups was higher and
the diversity of Zaozhuangꎬ Weihaiꎬ Zibo and Binzhou groups was lower compared to other populations. Mantel
test indicated that there were no significant correlation between genetic distance and geographical distance.
Analysis of AMOVA demonstrated that the inter ̄group component accounted for 17.7% of the total variationꎬ
while the inner ̄group component accounted for 82.3%. The result implied that the genetic diversity of H.avenae
was relatively high in Shandong Province and there was genetic differentiation of some extent among groups.
 
  3期 丁海燕ꎬ等:山东省小麦禾谷孢囊线虫 rDNA ̄ITS序列特征和基于 ISSR的遗传多样性分析
Key words: Heterodera avenaeꎻ rDNA ̄ITSꎻ ISSRꎻ genetic diversityꎻ cluster analysisꎻ Shandong Province
中图分类号: S432.45          文献标识码: A          文章编号: 0412 ̄0914(2015)03 ̄0326 ̄11
    小麦孢囊线虫病(cereal cyst nematodeꎬCCN)
是危害小麦等禾本科作物的重要病害ꎬ最早于
1874年在德国东部首次发现ꎬ现已在世界五大洲
40多个国家发生为害ꎬ其中以澳洲、欧洲、美洲地
区发生最为严重[1]ꎮ 我国于 1989年在湖北省天门
县首次发现此病ꎬ现在河北、河南、北京、安徽、山东
等 16 个省市均有发生ꎬ 发生面积达 400 万
hm2 [2~4]ꎮ CCN 在山东省于 2005 年首次正式报
道ꎬ目前在山东省的 17 地市均有发生[5~8]ꎮ 在我
国该病害主要有两种病原线虫ꎬ燕麦孢囊线虫
(Heterodera avenae)和菲利普孢囊线虫(H. filipje ̄
vi) [9]ꎬ山东省 CCN 群体种类为燕麦孢囊线虫ꎬ菲
利普孢囊线虫在山东省内未见报道[7ꎬ8]ꎮ
    核糖体 DNA内转录间隔区( rDNA ̄ITS)序列
和内转录间隔区限制性内切酶片段长度多态性
(ITS ̄RFLP)图谱能够有效地区分和鉴别线虫间的
亲缘关系和遗传特征[10]ꎮ Sabo 等通过 rDNA ̄ITS
序列分析ꎬ初步研究了 5 种孢囊线虫的遗传多样
性[11]ꎮ 近来 Liu等[8]对山东省部分地区小麦禾谷
孢囊线虫的 rDNA ̄ITS序列进行了分析ꎬ分析结果
显示 CCN山东群体与国外种群的亲缘关系较远ꎬ
而与中国河南、江苏、安徽等地区的亲缘关系较近ꎮ
孢囊线虫的遗传多样性研究多采用 ITS ̄RFLP 方
法[12]ꎬSubbotion 等[13]和 Zheng[14]通过对 H. ave ̄
nae 群体 rDNA 的 ITS ̄RFLP 分析ꎬ分别发现了
“A”型、“B”型以及 “C”型 3 种 ITS 类型 ꎮ Qu
等[15]用 Hinf I、Alu I 和 Rsa I 将 H. avenae 中国群
体与摩洛哥孢囊线虫分开ꎮ Wang 等[16]对江苏省
4个地区的 15个 CCN群体进行 ITS ̄RFLP分析表
明ꎬ所有群体既有与“B”型群体相同的 Alu I 和
Rsa I酶切图谱ꎬ又具有“C”型群体独特的 Hinf I
和 Tru9 I酶切图谱ꎮ
    随机扩增多态性 DNA 标记(RAPD)、扩增片
段长度多态性(AFLP)、简单重复序列(SSR)等技
术也被广泛地应用于线虫的鉴定和遗传多样性研
究中[17]ꎮ 简单重复序列区间扩增( ISSR)分子标
记技术在系统发育、遗传作图、遗传多样性分析等
方面被广泛应用[18~21]ꎮ ISSR 在引物设计上比
SSR简单ꎬ实验重复性好ꎬ其产物多态性比 RAPD、
AFLP、SSR更加丰富ꎬ并且比 RAPD具有更好的稳
定性ꎬ可以揭示更高程度的 DNA 多态性ꎬ而 ISSR
分子标记技术在孢囊线虫遗传多样性研究中报道
较少ꎮ Huang 等[22]采用 ISSR 技术对中国 16 个
H. avenae群体和 1 个 H. filipjevi 群体进行遗传多
样性分析ꎬ结果表明这 17 个中国群体具有丰富的
遗传多样性ꎮ
    本研究分析了山东省 17 地市 34 个 H. avenae
种群的 rDNA ̄ITS序列特征ꎬ并采用 ISSR分子标记
技术分析和评估了来自山东省 10 个地级市 27 个
H. avenae种群的遗传多样性ꎬ对于明确其传播扩散
途径ꎬ制定其相应的防治策略具有重要的意义ꎮ
1  材料与方法
1.1  线虫的来源和分离
    2012年 5月和 6月ꎬ从山东省 17地市采集孢囊
线虫侵染的小麦根系及根际土壤(表 1)ꎬ将土壤样
品混合均匀后ꎬ取 1000g 土样ꎬ参照 Peng 等[23]的悬
浮过筛法分离孢囊ꎬ挑取饱满的孢囊冷藏备用ꎮ
1.2  DNA提取
    每个地理种群挑选 10 个成熟饱满的孢囊ꎬ参
照 Peng等[23]的方法提取单个孢囊 DNAꎬ将上清
DNA悬浮液放入 ̄20℃中保存备用ꎮ
1.3  ITS区扩增和序列测定
    采用引物 TW81(5′ ̄GTTTTCCGTAGGTGAA
CCTGC ̄3′) 和 AB28 ( 5′ ̄ATATGCTTAAGTTCA
GCGGGT ̄3′)扩增 rDNA ̄ITS 区[24]ꎮ 反应体积为
50 μL:10×PCR buffer 5 μL、dNTPs 4 μL、MgCl2
0.3 μL、引物 AB28 和 TW81 各 0.2 μL、Taq DNA
多聚酶 (5 U􀅰μL ̄1) 0. 3 μL、模版 DNA 2 μLꎬ
ddH2O 补足 50 μLꎮ PCR 反应条件为: 94℃ 5
minꎻ94℃ 30 sꎬ55℃ 45 sꎬ72℃ 1 minꎬ34 个循环ꎻ
72℃ 10 minꎬ4℃保存ꎮ PCR扩增后ꎬ取 5 μL 扩增
产物加1 μL 6× Loading buffer在 1.0%的琼脂糖凝
胶上电泳ꎬ120 v 下电泳 40 minꎬ电泳后在紫外灯
下观测和照相[24]ꎮ 将 rDNA ̄ITS 区的 PCR 扩增产
物送至深圳华大基因公司进行测序ꎬ测序结果用
723
 
植物病理学报 45卷
Table 1  Sample codes and origin of cereal cyst nematode collected in Shandong Province
Code Origin (villageꎬ townꎬ countyꎬ city)
GenBank accession number
for the ITS sequence
SDDY1 Shenmengting village of Guangraoꎬ Guangraoꎬ Dongying KF679364
SDLY1 Liulou village of MatouꎬTanchengꎬ Linyi KF679365
SDZZ1 Donghuangzhuang village of NigouꎬTaierzhuangꎬZaozhuang KF679366
SDZZ2 Shangxu village of Nanshaheꎬ Tengzhouꎬ Zaozhuang KF679367
SDJN1 Niangniangmiao viallage of Wangyinꎬ Yanzhouꎬ Jining KF679368
SDHZ1 Gaoding village of Yongchangꎬ Chenwuꎬ Heze KF679369
SDHZ2 Lvxi village of Suiguantunꎬ Yunchengꎬ Heze KF679370
SDHZ3 Yonggu village of Xuzhaiꎬ Shanꎬ Heze KF679398
SDLC1 Shihutong village of Shouzhangꎬ Yangguꎬ Liaocheng KF679371
SDLC2 Beimezhuang village of Dongguchengꎬ Guanꎬ Liaocheng KF679372
SDLC3 Sunwuli village of Chenguanꎬ Gaotangꎬ Liaocheng KF679373
SDDZ1 Houwangzhuang village of Wuhouꎬ Wuchengꎬ Dezhou KF679374
SDDZ2 Hanzhuang village of Enchenꎬ Pingyuanꎬ Dezhou KF679375
SDDZ3 Taitou village of Dechengꎬ Dezhou KF679396
SDjn2 Shandong Academy of Agricultural Sciencesꎬ Lichenꎬ Jinan KF679376
SDLW1 Shijiahe village of Yangzhuangꎬ Laichengꎬ Laiwu KF679377
SDBZ1 Mabu village of Qingyangꎬ Zoupingꎬ Bingzhou KF679378
SDBZ2 Tuntian village of Lvyiꎬ Boxingꎬ Binzhou KF679379
SDZB1 Shunhe village of Maqiaoꎬ Huantaiꎬ Zibo KF679380
SDZB2 Zhengjiaxin village of Huangchengꎬ Linziꎬ Zibo KF679381
SDRZ1 Gaowangzhuang village of Taoluoꎬ Donggangꎬ Rizhao KF679382
SDWF1 Donghuayuan village of Xinxingꎬ Zhuchengꎬ Weifang KF679363
SDWF2 Shilipu village of Xingan ꎬ Anqiuꎬ Weifang KF679383
SDWF3 Dongfu village of Liutuanꎬ Changyiꎬ Weifang KF679384
SDWF4 Sanjuemiao village of Miheꎬ Qingzhouꎬ Weifang KF679399
SDQD1 Luojia village of Jiaodongꎬ Jiaozhouꎬ Qingdao KF679385
SDQD2 Changxutun village of Cuijiajiꎬ Pingduꎬ Qingdao KF679386
SDYT1 Shiqiaobo village of Fenggezhuangꎬ Laiyangꎬ Yantai KF679387
SDYT2 Dajiaojia village of Zhuqiaoꎬ Laizhouꎬ Yantai KF679388
SDYT3 Quanshui village of Langaoꎬ Longkouꎬ Yantai KF679389
SDYT4 Xiakuang village of Gaolingꎬ Moupingꎬ Yantai KF679390
SDWH1 Tazhuang village of Yuliꎬ Rushanꎬ Weihai KF679391
SDWH2 Shenggezhuang village of Gejiaꎬ Wendengꎬ Weihai KF679392
SDTA1 Donghudong village of Hutunꎬ Feichengꎬ Taian KF679393
 
823
 
  3期 丁海燕ꎬ等:山东省小麦禾谷孢囊线虫 rDNA ̄ITS序列特征和基于 ISSR的遗传多样性分析
DNAstar进行拼接ꎬ拼接序列用 DNAstar 软件分析
后与GenBank收录的序列进行比对ꎬ并用 MEGA5.
0的 UPGMA法构建系统发育树ꎮ
1.4  ISSR ̄PCR扩增
    本研究用于扩增的 ISSR 引物碱基序列参照
Tikunov 等[25]、Zietkiewicz 等[26]、Huang 等[27]有关
研究中应用的 16 对引物序列ꎬ将扩增条带清晰、多
态性高、重复性好的引物用于正式实验ꎮ 改变引物
浓度、退火温度、循环次数、DNA含量、Taq 酶、dNTP
等条件ꎬ确定最佳反应条件ꎮ 本实验所采用反应总
体积为 25 μL:10×PCR buffer 2.5 μL、dNTPs 2 μL、
MgCl20. 3 μL、引物 0. 2 μL、Taq DNA 多聚酶(5
U􀅰μL ̄1) 0.2 μL、模版 DNA 2 μLꎬ最后 ddH2O 补
足 25 μLꎮ 反应条件为:94℃ 5minꎻ94℃ 30 sꎬ52℃
45sꎬ72℃ 1 minꎬ 38 个循环ꎻ 72℃ 10 minꎬ 4℃ 保
存[1]ꎮ PCR扩增后ꎬ取 5 μL 扩增产物加 1 μL 6×
Loading bufferꎬ在 2.0%的琼脂糖凝胶上电泳ꎬ80 v
下电泳 90 minꎬ电泳后在紫外灯下观测和照相ꎮ
1.5  遗传多样性分析
    实验结果采用 Bionumerics 软件读带ꎬ按扩增
条带的有无进行赋值ꎬ有带的标记为 1ꎬ无带的标
记为 0ꎬ建立二元数据矩阵ꎮ 利用 POPGENE ver ̄
sion 1.32软件进行数据分析ꎬ计算多态带百分率
(PPB)、观测等位基因百分数(Na)、有效等位基因
数(Ne)、Nei′s平均期望杂合度(H)、Shannon 信息
指数( I)及群体间的遗传分化系数(Gst)、基因流
(Nm)、总遗传多样性 (Ht)和种群遗传多样性
(Hs)ꎬ并计算群体间的遗传距离和遗传相似度ꎮ
利用 NTSYS ̄pc2.1软件对 27个种群进行 UPGMA
聚类分析ꎮ 利用 Mantel检测法对群体间的遗传距
离和地理距离进行相关性分析[28]ꎬ 并利用
WINAMOVA version1.55 软件对群体间和群体内
的遗传变异进行 AMOVA分析[29]ꎮ
2  结果与分析
2.1  PCR扩增结果
    对 34个禾谷孢囊线虫种群的 rDNA 内转录间
隔区( ITS区)进行 PCR 扩增ꎬ所有的群体都扩增
出一条约为 1 000 bp的 DNA片段(图 1)ꎮ
2.2  序列分析结果
    将扩增得到的 rDNA ̄ITS 片段双向测序后进行
拼接ꎬ并将 34个所得序列在 GenBank中注册(表 1)ꎮ
将这 34个序列进行碱基相似度比对ꎬ结果表明ꎬ34个
群体的序列相似性达 82.08%ꎮ 从 GenBank 中下载
H. avenae complex及其近缘种的 ITS序列ꎬ与 34个山
东种群的序列进行多重比对ꎬ并用MEGA5.0软件的
UPGMA 法构建系统发育树ꎬ以马铃薯金线虫
(Globodera rostochiensis)为外群ꎮ 从图 2 的系统发
育树可以看出ꎬ所有山东群体均与 Subbotin 等[12]报
道的 H. avenae complex 9 个种群中的 H. avenae、
草地孢囊线虫 ( H. pratensis )、 澳 洲 孢 囊 线 虫
(H. australis)、奥克兰孢囊线虫(H. aucklandica)、稀
少孢囊线虫(H. mani)、蚤缀孢囊线虫(H. arenaria)、
H. filipjevi和麦类孢囊线虫(H. latipons)处于同一个
大的进化分支簇ꎬ置信度达到 99%ꎬ明显区别于甜菜
孢囊线虫组(Schachtii group)和豌豆孢囊线虫组
(Goettingiana group)ꎮ 山东群体与 H. pratensis、
H. australis以及中国的 H. avenae 群体(包括山东、
河北、河南、江苏、安徽群体)亲缘关系较近ꎬ而与
Heterodera属其他孢囊线虫组亲缘关系较远ꎮ
Fig. 1  PCR amplification products of rDNA ̄ITS of Heterodera avenae with primers TW81 and AB28
Lane M:DL2000 markerꎻLane 1 ̄34:SDWF1ꎬSDDY1ꎬSDLY1ꎬSDZZ1ꎬSDZZ2ꎬSDJN1ꎬSDHZ1ꎬSDHZ2ꎬSDHZ3ꎬSDLC1ꎬ
SDLC2ꎬSDLC3ꎬSDDZ1ꎬSDDZ2ꎬSDDZ3ꎬSDjn2ꎬSDLW1ꎬSDBZ1ꎬSDBZ2ꎬSDZB1ꎬSDZB2ꎬSDRZ1ꎬSDWF2ꎬ
SDWF3ꎬSDWF4ꎬSDQD1ꎬSDQD2ꎬSDYT1ꎬSDYT2ꎬSDYT3ꎬSDYT4ꎬSDWH1ꎬSDWH2 and SDTA1.
923
 
植物病理学报 45卷
Fig. 2  Phylogenetic tree of closed related species and the tested populations based
on rDNA ITS sequence using UPGMA method
033
 
  3期 丁海燕ꎬ等:山东省小麦禾谷孢囊线虫 rDNA ̄ITS序列特征和基于 ISSR的遗传多样性分析
2.3  ISSR分析结果
2.3.1  引物筛选结果   最终选取(CA) 8A、(GA ̄
CA) 4和(AC) 8C 三对引物用于 ISSR ̄PCR 扩增ꎮ
(CA) 8A、(GACA) 4和(AC) 8C分别扩增出 14 个、
7个和 10个条带ꎬ共产生 31 个多态性条带ꎬ多态
性条带百分率达 100%ꎮ
2.3.2  遗传多样性分析   对潍坊、威海、枣庄、菏
泽、淄博、青岛、烟台、聊城、德州和滨州 10 个地理
群体进行遗传多样性分析ꎮ 遗传多样性分析表明
(表 2)ꎬ山东省小麦禾谷孢囊线虫 10 个地理群体
的多态性位点百分率 P 为 16.1% ~ 70.9%ꎬ平均为
42.9%ꎬ观测等位基因数 Na为 1.161 3~1.709 7ꎬ平
均为 1. 277 4ꎬ有效等位基因数 Ne 为 1. 114 0 ~
1.473 1ꎬ平均为 1.277 4ꎬ期望杂合度 H 为 0.066 8
~0.273 4ꎬ平均为 0.163 2ꎬShannon 信息指数 I 为
0.097 5~0.404 2ꎬ平均为 0.242 2ꎮ 其中ꎬ菏泽群体
的遗传多样性最高ꎬ其次为潍坊、烟台群体ꎻ枣庄群
体的遗传多样性最低ꎬ威海、淄博、滨州群体也处于
较低水平ꎮ 总体而言ꎬ山东省小麦禾谷孢囊线虫具
有较高的遗传多样性水平ꎮ
Fig. 3  Fig.3 Electrophoresis image of ISSR ̄PCR amplification of 27 samples of Heterodera
avenae from Shandong province with primer UBC73 (GACA) 4
Lane M:DL2000 markerꎻLane 1 ̄27:SDWF1ꎬSDZZ1ꎬSDZZ2ꎬSDHZ1ꎬSDHZ2ꎬSDHZ3ꎬSDLC1ꎬSDLC2ꎬ
SDLC3ꎬSDDZ1ꎬSDDZ2ꎬSDDZ3ꎬSDBZ1ꎬSDBZ2ꎬSDZB1ꎬSDZB2ꎬSDWF2ꎬSDWF3ꎬSDWF4ꎬ
SDQD1ꎬSDQD2ꎬSDYT1ꎬSDYT2ꎬSDYT3ꎬSDYT4ꎬSDWH1 and SDWH2.
Table 2  Genetic diversity of the 10 groups of cereal cyst nematode
Group
Percentage of
polymorphic loci / P
Number of alleles
/ Na
Effective number
of alleles / Ne
Average
Heterozygosity / H
Shannon Information
Index / I
Weifang 67.7 1.677 4±0.457 2 1.408 7±0.371 7 0.241 5±0.193 8 0.362 7±0.275 7
Weihai 25.8 1.258 1±0.444 8 1.182 5±0.314 5 0.106 9±0.184 2 0.156 1±0.269 0
Zaozhuang 16.1 1.161 3±0.373 9 1.114 0±0.264 4 0.066 8±0.154 9 0.097 5±0.226 1
Heze 70.9 1.709 7±0.461 4 1.473 1±0.380 5 0.273 4±0.195 1 0.404 2±0.276 9
Zibo 25.8 1.258 1±0.444 8 1.182 5±0.314 5 0.106 9±0.184 2 0.156 1±0.269 0
Qingdao 32.3 1.322 6±0.475 2 1.228 1±0.336 0 0.133 6±0.196 8 0.195 1±0.287 4
Yantai 58.1 1.580 6±0.501 6 1.385 3±0.409 8 0.218 7±0.210 5 0.323 5±0.298 2
Liaocheng 51.6 1.516 1±0.508 0 1.271 7±0.306 5 0.172 9±0.178 4 0.265 8±0.268 0
Dezhou 51.6 1.516 1±0.508 0 1.322 5±0.367 8 0.191 1±0.199 6 0.285 6±0.290 2
Binzhou 29.0 1.290 3±0.461 4 1.205 3±0.326 3 0.120 3±0.191 1 0.175 6±0.279 0
Mean 42.9 1.277 4 1.277 4 0.163 2 0.242 2
133
 
植物病理学报 45卷
2.3.3  遗传分化和遗传变异分析  为进一步分析
群体间的遗传分化程度ꎬ计算群体间的 Nei′s 遗传
距离和遗传相似度(表 3)ꎮ 各群体间遗传距离的
变化范围为 0.093 9 ~ 0.355 4ꎬ遗传相似度的变化
范围为 0.667 6~0.911 4ꎬ其中ꎬ枣庄和德州群体的
遗传距离最大ꎬ遗传相似度最低ꎻ菏泽和烟台群体
的遗传距离最小ꎬ遗传相似度最高ꎮ 小麦禾谷孢囊
线虫的 10 个群体总的遗传多样性 Ht 为 0.297 8ꎬ
种群内遗传多样性 Hs 为 0.163 2ꎬ遗传分化系数
Gst为 0.451 9ꎬ基因流 Nm 为 0.606 4ꎬ说明群体间
虽然存在基因流ꎬ但群体间已经发生了一定程度的
遗传分化ꎮ 通过 Google Maps Distance Calculator
(http: / / www.daftlogic. com / projects maps distance
calc ̄culator.htm) [30]获得 10个地区的地理距离ꎬ通
过 Mantel测验表明ꎬ小麦禾谷孢囊线虫 10 个群体
间的遗传距离与地理距离并无相关性(r= 0.852 9ꎬ
P>0.1)ꎮ AMOVA的等级剖分法可以计算出群体
间和群体内对总遗传变异的贡献率(表 4)ꎮ 在总
的遗传变异中 17.7%的变异发生在群体间ꎬ82.3%
的变异发生在群体内ꎬ说明小麦孢囊线虫的遗传变
异主要发生在群体内ꎬ群体间和群体内变异极显著
(P<0.001)ꎮ
2.3.4  聚类分析  用 NTSYS ̄pc2.1 对 10 个群体
的 27 个地理种群进行 UPGMA聚类分析(图 4)ꎬ
结果表明ꎬ种群间的相似系数介于 0. 60 ~ 0. 94
之间ꎬ平均为 0.77ꎮ 在遗传相似系数为 0.65 的水
平上ꎬ27 个种群可以聚为 3 类ꎮ 聚类结果显示ꎬ
德州、滨州的全部种群及潍坊、聊城、淄博、菏泽
的部分种群聚集为第一类ꎬ威海、青岛、枣庄的全
部种群、烟台的大部分种群及潍坊、菏泽、聊城、
淄博的部分种群聚集为第二类ꎬ烟台、菏泽及潍
坊的部分种群聚集为第三类ꎮ 分析结果表明ꎬ威
海、青岛、德州、枣庄和滨州群体的不同种群均能
聚集在一起ꎬ而潍坊、烟台、聊城、菏泽、淄博群体
间的种群出现了较大的分化ꎬ聚集在不同的分组
内ꎮ 聚类结果也同样说明了不同群体间的遗传
关系远近与地理距离无显著相关性ꎬ与 Mantel 检
测结果一致ꎮ
Table 3  Genetic distances and genetic identities index among 10 groups of cereal cyst nematode
Group Weifang Weihai Zaozhuang Heze Zibo Qingdao Yantai Liaocheng Dezhou Binzhou
Weifang ∗∗∗∗ 0.818 8 0.700 9 0.857 7 0.843 9 0.845 5 0.876 1 0.864 1 0.903 6 0.798 2
Weihai 0.199 9 ∗∗∗∗ 0.764 5 0.837 8 0.800 8 0.746 0 0.837 4 0.812 4 0.803 1 0.781 1
Zaozhuang 0.355 4 0.268 5 ∗∗∗∗ 0.812 0 0.814 5 0.841 8 0.760 6 0.755 3 0.667 6 0.718 1
Heze 0.153 5 0.176 9 0.208 2 ∗∗∗∗ 0.894 0 0.837 6 0.911 4 0.910 3 0.830 7 0.847 3
Zibo 0.169 8 0.222 1 0.205 2 0.112 1 ∗∗∗∗ 0.834 6 0.840 8 0.893 8 0.798 2 0.796 2
Qingdao 0.167 8 0.293 0 0.172 2 0.177 2 0.180 9 ∗∗∗∗ 0.844 9 0.846 3 0.7707 0.771 5
Yantai 0.132 3 0.135 4 0.273 6 0.092 7 0.173 4 0.168 6 ∗∗∗∗ 0.865 0 0.836 0 0.832 0
Liaocheng 0.146 1 0.207 8 0.280 6 0.093 9 0.112 3 0.166 9 0.145 0 ∗∗∗∗ 0.888 9 0.879 1
Dezhou 0.101 4 0.219 3 0.404 1 0.185 5 0.225 4 0.260 5 0.179 1 0.117 8 ∗∗∗∗ 0.865 5
0.225 4 0.247 0 0.331 1 0.165 7 0.2279 0.259 5 0.183 9 0.128 9 0.144 4 ∗∗∗∗
  Note: Genetic identity (above diagonal) and genetic distance (below diagonal) .
Table 4  Analysis of molecular variance (AMOVA) of cereal cyst nematode 10 groups
Source of variation df SS Variance component Total variance / % P∗
Among population 9 102.17 1.55 17.7 <0.001
Within population 17 122.50 7.21 82.3 <0.001
  Note: Significant were calculated using 1000 permuted samples.
233
 
  3期 丁海燕ꎬ等:山东省小麦禾谷孢囊线虫 rDNA ̄ITS序列特征和基于 ISSR的遗传多样性分析
Fig. 4  Dendrogram of UPGMA cluster analysis based on Nei’s unbiased genetic distance
of the 27 populations cereal cyst nematode from 10 groups
3  结论与讨论
    小麦禾谷孢囊线虫在山东省 17 地市均有发
生[6~8]ꎬ从系统发育树的结果上可以看出ꎬ山东省
34个小麦禾谷孢囊线虫群体与 H. avenae complex
[31]处于同一个大的进化分支簇ꎬ说明山东省禾谷
孢囊线虫群体均为 H. avenae complex 成员ꎮ 山东
省 H. avenae群体除与中国 H. avenae 群体遗传关
系较近外ꎬ还与 H. pratensis、H. australis 遗传关系
较近ꎬSubbtion等[31]的研究结果表明ꎬ中国 H. ave ̄
nae群体与 H. pratensis 在形态和分子水平上较为
相似ꎬ但寄主范围差异较大ꎮ 分析线虫的 ITS区有
很多优势ꎬ在样品数量较少时可以快速的鉴定线
虫ꎬ但依据 rDNA ̄ITS所建基因树的拓扑结构不完
全等同于物种树ꎬ因此还需要与形态学特征、RFLP
图谱特征及 28S rDNA ̄D2 / D3 区特征等相结合ꎬ
以便快速、准确地鉴定线虫种类ꎮ
    多态性位点百分率(P)可以反应群体的遗传
多样性ꎬP>50%为高度多态性ꎬ25%<P≤50%为中
度多态性ꎬP≤25%为低度多态性[32]ꎮ 本研究中山
东省的 10 个群体平均多态性位点百分率为
42.9%ꎬ属于中度多态性ꎮ Huang 等[22]指出ꎬ孢囊
线虫的繁殖方式和地理因素的差异是造成群体遗
传多样性增加的主要因素ꎮ 小麦禾谷孢囊线虫在
中国至少存在 3种不同的致病型ꎬ不同致病型的杂
交会使得遗传多样性大大增加ꎻ禾谷孢囊线虫可以
通过土壤、水流和风传播ꎬ同时也可以通过农机和
人畜携带进行传播ꎬ远距离传播使不同地区间的孢
囊线虫进行基因交流ꎬ也可提高遗传多样性[33]ꎻ环
境与气候条件也是影响生物遗传多样性的一个重
要因素[34]ꎬ禾谷孢囊线虫群体的遗传多样性还可
能与海拔、年降雨量、年平均气温等诸多因素有关ꎬ
当然ꎬ这还需要进一步的研究和探讨ꎮ
    群体遗传学理论规定ꎬ无论群体大小ꎬ若基因
流 Nm<1ꎬ遗传漂变就会成为影响群体遗传分化的
主要因素ꎬ若 Nm≥1ꎬ遗传漂变就不是影响群体间
分化的主要因素[35]ꎮ 10 个群体间的 Nm 值为
0.606 4ꎬ表明遗传漂变是影响群体分化的主要因
素ꎬMantel 检测结果表明群体间的遗传距离与地
理距离无显著相关性ꎮ AMOVA 方差分析显示ꎬ
17.7%的变异发生在群体间ꎬ82.3%的变异发生在
群体内ꎬ这说明遗传变异主要还是存在于群体内
部ꎮ 除了遗传漂变影响遗传分化外ꎬ地理隔离和生
境选择的差异都会引起群体间的变异和分化[36]ꎮ
    聚类分析将所有种群划分为 3个类群ꎬ部分相
近的种群可以聚集到一起ꎬ但是也有很多相隔较近
的种群聚不到一起ꎬ而与其相隔较远的种群聚到一
个类群里ꎮ 聚类图没有明显的规律性ꎬ很可能是由
333
 
植物病理学报 45卷
于小麦禾谷孢囊线虫传播途径的多样性、复杂性和
偶然性所导致的ꎮ Zhao等[7]依据该病害在山东省
的发生情况得出小麦禾谷孢囊线虫在山东省自西
向东传播ꎬ但是在传播过程中又会受到很多因素影
响ꎬ因此它的传播并非连续性的ꎬ而是跳跃性的ꎬ这
也是山东省小麦禾谷孢囊线虫遗传多样性较高的
原因之一ꎮ
    小麦孢囊线虫病是积年流行病害ꎬ具有逐年加
重的特性ꎬ且山东省不同地区很可能存在不同的致
病型类群ꎬ其致病力和毒性表现也有很大差异ꎬ这就
给防治工作带来了困难和挑战[32]ꎮ 研究山东省小
麦禾谷孢囊线虫的遗传多样性ꎬ分析其种群间和种
群内的遗传学关系ꎬ可以为禾谷孢囊线虫在山东省
的发生流行和防治提供理论依据ꎮ 本实验研究了山
东省 10个地市 27 个种群的遗传多样性ꎬ虽然具有
一定的代表性ꎬ但还不够全面ꎬ因此需要对其余 7个
地区群体的遗传多样性做进一步系统的研究ꎮ
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责任编辑:曾晓葳
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