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Analysis on genetic diversity of germplasm resources of switchgrass (Panicum virgatum) as shown by ISSR

柳枝稷种质资源遗传多样性的ISSR分析



全 文 :书柳枝稷种质资源遗传多样性的犐犛犛犚分析
张瑜,黄琳凯,张新全,蒋晓梅,杨盛婷,聂刚,严海东
(四川农业大学草业科学系,四川 雅安625014)
摘要:应用ISSR标记对138份柳枝稷种质的遗传多样性和遗传结构进行研究,为资源保护利用提供理论依据和技
术支持。研究结果显示,1)从100个ISSR引物中筛选出16个条带清楚且稳定的引物,共扩增出220条谱带,其
中,多态性谱带196条,多态性比率(PPB)为89.09%,平均每个引物扩增条带数为13.75条。2)POPGENE1.32
软件分析结果显示,138份柳枝稷基因多样性指数(犎)为0.2498,Shannon指数(犐)为0.3880,表明供试的种质间遗
传多样性较丰富,遗传多样性水平较高。3)AMOVA1.55软件方差分析结果显示,43.40%的遗传变异存在于生
态型之间,56.60%遗传变异存在于生态型之内,说明遗传结构的变异主要存在于生态型之内。4)NTsyspc2.1软
件进行UPGMA聚类分析和主成分分析(PCA),供试138份柳枝稷种质间Dice遗传相似系数(GS)值为0.4000~
0.8818,平均值0.7237,结果表明,低地型材料聚为一大类,高地型材料聚为一大类。
关键词:柳枝稷;种质资源;ISSR;遗传多样性
中图分类号:Q943  文献标识码:A  文章编号:10045759(2013)06021310
犇犗犐:10.11686/cyxb20130627  
  柳枝稷(犘犪狀犻犮狌犿狏犻狉犵犪狋狌犿)为禾本科(Gramineae)黍属(犘犪狀犻犮狌犿)多年生暖季型丛生禾草(C4),是一种理
想的纤维素类多年生草本能源植物[1],起源于北美洛基山脉以东北纬55°以南大草原,是美国东部大部分地区的
土生种,从墨西哥到加拿大皆有分布[2]。由于柳枝稷适应性强,生物量潜力高和耐旱耐贫瘠能力较强,对环境友
好,能够用于生产生物能源,因此,国内外许多学者认为柳枝稷是一种具有较大发展潜力的能源作物[35]。柳枝稷
在长期的进化过程中,形成了许多生态型和变种,主要的2种生态型有高地型和低地型[6],其中低地生态型品种
染色体倍型都属于四倍体(2狀=4狓=36),高地生态型品种多为四倍体或八倍体(2狀=8狓=72)[78]。
对种质资源进行系统的评价,深入了解其遗传背景,能够对资源有效利用及品种改良起到重要的作用,对遗
传育种研究和资源开发利用具有重要意义。目前,国内外学者已从形态、细胞及分子水平上对柳枝稷群体进行了
系列研究,揭示了柳枝稷群体具有丰富的遗传多样性。关于柳枝稷遗传多样性研究的最初报道是利用叶绿体
DNA[9]和核基因组编码的蛋白质研究高地型和低地型2种生态型的遗传差异[10]。分子标记方法对阐述物种间
遗传关系提供了有力手段,Narasimhamoorthy等[11]利用EST-SSR分子标记,对31个种质资源的186个单株
柳枝稷的遗传多样性进行分析,分子方差分析表明,居群内有较高的遗传变异,达80%,而居群间的遗传变异仅
为20%;Huang等[12]对美国基因库中来自22个国家的22种黍属种质资源进行了SRAP和SSR分析,数据表明
大部分的遗传变异存在于黍属物种间(70.02% 基于SRAP结果,73.35% 基于SSR结果),所有的黍属种质资源
能被SRAP或者SSR区分开,黍属种质资源蕴含了丰富的遗传多样性;RFLP[13]和RAPD[7]标记被用来检测高
地型和低地型柳枝稷的遗传多样性,结果发现高地型和低地型在遗传背景上存在差异。
ISSR(intersimplesequencerepeats)标记是在SSR标记基础上发展起来的一种新技术,是Zieticwiez等[14]
于1994年提出的一种利用PCR扩增进行检测的分子标记,具有稳定性好、多态性丰富、成本低、操作简单等特
点[15],克服了RFLP、RAPD、AFLP等标记技术的一些局限性,该技术在植物遗传多样性分析和品种鉴定中得到
广泛应用,如鸭茅(犇犪犮狋狔犾犻狊犵犾狅犿犲狉犪狋犪)[16]、玉米(犣犲犪犿犪狔狊)[17]、扁蓿豆(犕犲犾犻狊狊犻犾狌狊狉狌狋犺犲狀犻犮狌狊)[18]、冰草(犃犵狉狅
第22卷 第6期
Vol.22,No.6
草 业 学 报
ACTAPRATACULTURAESINICA   
213-222
2013年12月
收稿日期:20130417;改回日期:20130426
基金项目:国家自然基金(31201845),科技部“十二五”863计划(2012AA1018012),四川农业大学研究生创新基金(04313006)和四川农业大学
大学生创新计划(121062603)资助。
作者简介:张瑜(1987),男,河南新密人,在读硕士。Email:timothyzhang84@gmail.com
通讯作者。Email:3165443@qq.com,zhangxq@sicau.edu.cn
狆狔狅狀犮狉犻狊狋犪狋狌犿)[19]等的遗传多样性研究中。但应用ISSR标记技术对柳枝稷遗传多样性方面的研究未见报道,
本研究利用ISSR分子标记对138份柳枝稷种质资源或材料进行了遗传多样性分析,为柳枝稷种质的收集、利用
及新品种选育提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
供试材料138份柳枝稷,种子均来自于美国基因库(表1),于2012年4月种植于四川农业大学崇州试验基
地。参试材料分高地型和低地型2种,种质资源来自2个国家共18个地区,其中低地型种质来源于美国的4个
州,高地型种质来源于美国15个州和比利时,基本包括了柳枝稷自然分布区域。于2012年7月采摘新鲜幼嫩叶
片,置于装有硅胶的封口袋中干燥保存。
1.2 方法
1.2.1 DNA提取 每份种质随机选取15个单株的幼嫩叶片等量混合,采用SaghaiMaroof等[20]的CTAB(cetyl
trimethylammoniumbromide,十六烷基三甲基溴化铵)方法提取DNA,并用1%的琼脂糖凝胶电泳及分光光度
计对DNA的浓度与纯度进行检测。将DNA样品置于-20℃冰箱保存。待开始实验时,将各个DNA样品取出
一部分稀释至20ng/μL,放于4℃冰箱保存备用。
1.2.2 ISSR引物筛选 对序列来自加拿大哥伦比亚大学(UniversityofBritishColumbiaBiotechnology,UBC)
开发的1套ISSR引物UBCSetno.9(上海生工公司合成)100个,用低地型材料PI607837、PI421521和高地型
材料PI642290、PI642192进行筛选,从中选取扩增条带清晰且重复性较好的16个引物用于PCR扩增。
1.2.3 ISSRPCR扩增 本实验参考禾本科植物狗牙根(犆狔狀狅犱狅狀犱犪犮狋狔犾狅狀)[21]和鸭茅[22],PCR扩增体系优化
为15μL:包括DNA模板1μL(20ng/μL),引物1.6μL(10pmol/μL),Mix混合液7.5μL(含有10×PCRbuff
er、Mg2+、dNTPs)(天根科技生化公司),Taq酶0.4μL(2.5U/μL)(天根科技生化公司),补加ddH2O4.5μL。
PCR反应程序为95℃预变性5min;95℃变性45s,52~55℃退火45s,72℃延伸90s,35个循环;72℃延伸7
min,最后冷却至12℃保存。PCR扩增产物用6%聚丙烯酰胺凝胶电泳,1×TBE缓冲液中400V,90min电泳分
离条带,1g/LAgNO3染色12min,显影后拍照保存。
1.3 数据分析
ISSR是显性标记,根据电泳图谱中标准分子质量,统计反应产物在凝胶上的位置,按凝胶图谱上同一扩增位
点条带的有无进行统计,有带赋值为1,无带赋值为0,建立原始数据矩阵。计算其扩增带总数和特异带总数,并
将0,1矩阵图输入计算机,把图形数据转换成数值数据。利用Excel2007和POPGENE1.32软件进行遗传多
样性分析,计算ISSR扩增的总扩增带数(totalnumberofbands,TNB)、多态性带数(numberofpolymorphic
bands,NPB)、多态性条带百分比(percentageofpolymorphicbands,PPB)、基因多样性指数[Nei’s(1973)gene
diversityindex]、Shannon信息指数(Shannon’sinformationindex)。利用NTsyspc2.1软件基于NeiLi[23]遗
传相似系数的不加权成对群算术平均法(UPGMA)对各品种进行聚类分析和主成分分析,构建聚类图。通过
AMOVA1.55对柳枝稷生态型间和生态型内的遗传距离进行遗传变异方差分析,其显著性采用1000次随机置
换进行。POPGENE和AMOVA数据输入文件均由中国科学院植物所张富民和葛颂[24]编写的软件程序DCFA
1.1生成。
2 结果与分析
2.1 引物筛选及多态性分析
对从参试材料中选取的4份不同来源柳枝稷材料进行扩增,从100个ISSR引物中筛选出16个条带清晰且
稳定的引物(表2)。用筛选出的16个ISSR引物对138份柳枝稷资源扩增,由POPGEN1.32软件计算,共扩增
出220条谱带,扩增片段大小为250~1500bp,其中,多态性谱带196条,多态性比率(PPB)为89.09%,平均每个
引物扩增条带数为13.75条。16个引物扩增的条带变化为9条(UBC828)到17条(UBC836和UBC879),多态
性条带变化为8~14条,这些都表明ISSR标记扩增效率较高且多态性较好(图1,图2)。
412 ACTAPRATACULTURAESINICA(2013) Vol.22,No.6
表1 供试材料
犜犪犫犾犲1 犜犺犲犿犪狋犲狉犻犪犾狌狊犲犱犳狅狉犐犛犛犚犪狀犪犾狔狊犻狊
编号
Code
PI号
Accession
ID号
PlantID
生态型
Ecotype
编号
Code
PI号
Accession
ID号
PlantID
生态型
Ecotype
编号
Code
PI号
Accession
ID号
PlantID
生态型
Ecotype
1 PI315723 BN835862 LL 2 PI315724 BN1086061 UL 3 PI315727 BN1135763 UL
4 PI414065 BN1466865 LL 5 PI414066 GRENVILLE UL 6 PI414067 BN862467 UL
7 PI414068 BN1875867 UL 8 PI414069 BN30969 UL 9 PI414070 BN1232369 UL
10 PI421138 Carthage UL 11 PI421520 Blackwel UL 12 PI421521 KANLOW LL
13 PI421901 MIAMI UL 14 PI421999 AM314/MS155 UL 15 PI422001 STUART UL
16 PI422003 PMT785 UL 17 PI422006 ALAMO LL 18 PI422016 KY1625 UL
19 PI431575 UL 20 PI442535 156 UL 21 PI469228 CaveinRock UL
22 PI476290 T2086 UL 23 PI476291 T2099 UL 24 PI476292 T2100 UL
25 PI476293 T2101 UL 26 PI476294 T4613 UL 27 PI476295 T4614 UL
28 PI476296 T16971 UL 29 PI476297 Caddo UL 30 PI477003 Ncbraska28 UL
31 PI478002 T6011 UL 32 PI537588 DACOTAH UL 33 PI549094 TRAILBLAZER UL
34 PI591824 SHAWNEE UL 35 PI598136 SUNBURST UL 36 PI607837 TEMSLC LL
37 PI607838 TEMSLC LL 38 PI642190 FALCON UL 39 PI642191 SUMMER UL
40 PI642192 PATHFINDER UL 41 PI642195 70SG003 UL 42 PI642196 70SG004 UL
43 PI642197 70SG005 UL 44 PI642198 70SG006 UL 45 PI642199 70SG007 UL
46 PI642200 70SG008 UL 47 PI642201 70SG010 UL 48 PI642203 70SG012 UL
49 PI642204 70SG013 UL 50 PI642207 70SG016 UL 51 PI642208 70SG017 UL
52 PI642209 70SG018 UL 53 PI642210 70SG019 UL 54 PI642212 70SG021 UL
55 PI642213 70SG022 UL 56 PI642214 70SG023 UL 57 PI642217 70SG026 UL
58 PI642218 70SG028 UL 59 PI642229 70SG041 UL 60 PI642232 70SG044 UL
61 PI642233 70SG045 UL 62 PI642234 70SG046 UL 63 PI642235 70SG047 UL
64 PI642236 70SG048 UL 65 PI642237 70SG049 UL 66 PI642242 70SG055 UL
67 PI642243 70SG056 UL 68 PI642244 70SG057 UL 69 PI642245 70SG058 UL
70 PI642247 70SG060 UL 71 PI642248 70SG061 UL 72 PI642249 70SG062 UL
73 PI642250 70SG063 UL 74 PI642251 70SG064 UL 75 PI642252 70SG065 UL
76 PI642254 70SG067 UL 77 PI642256 70SG069 UL 78 PI642257 70SG071 UL
79 PI642259 70SG073 UL 80 PI642260 70SG074 UL 81 PI642261 70SG075 UL
82 PI642262 70SG076 UL 83 PI642264 70SG078 UL 84 PI642265 70SG079 UL
85 PI642267 70SG081 UL 86 PI642268 70SG082 UL 87 PI642269 71SG001 UL
88 PI642270 71SG002 UL 89 PI642271 71SG004 UL 90 PI642272 71SG005 UL
91 PI642275 71SG008 UL 92 PI642276 71SG009 UL 93 PI642277 71SG010 UL
94 PI642278 71SG011 UL 95 PI642279 71SG012 UL 96 PI642280 71SG013 UL
97 PI642281 71SG014 UL 98 PI642282 71SG015 UL 99 PI642283 71SG016 UL
100 PI642284 71SG017 UL 101 PI642285 71SG018 UL 102 PI642286 71SG019 UL
103 PI642287 71SG020 UL 104 PI642288 71SG021 UL 105 PI642289 71SG022 UL
106 PI642290 71SG023 UL 107 PI642291 71SG024 UL 108 PI642292 71SG025 UL
109 PI642293 71SG026 UL 110 PI642294 71SG027 UL 111 PI642295 71SG028 UL
112 PI642296 71SG029 UL 113 PI642297 71SG030 UL 114 PI642298 71SG031 UL
115 PI642299 71SG032 UL 116 PI642301 71SG034 UL 117 PI642302 71SG035 UL
118 PI642303 71SG036 UL 119 PI642304 71SG037 UL 120 PI642305 71SG038 UL
121 PI642306 71SG039 UL 122 PI642307 71SG040 UL 123 PI642309 71SG041B UL
512第22卷第6期 草业学报2013年
 续表1 Continued
编号
Code
PI号
Accession
ID号
PlantID
生态型
Ecotype
编号
Code
PI号
Accession
ID号
PlantID
生态型
Ecotype
编号
Code
PI号
Accession
ID号
PlantID
生态型
Ecotype
124 PI642310 71SG042 UL 125 PI642311 71SG043 UL 126 PI642312 71SG044 UL
127 PI648366 71SG053 UL 128 PI648367 71SG070 UL 129 PI657660 CentrallowaGermplasm UL
130 PI657661 Blackwel UL 131 PI657662 NEBRASKA28 UL 132 PI657663 Blackwel UL
133 PI657664 GRENVILLE UL 134 PI659341 9086085 UL 135 PI659342 9086087 UL
136 PI659343 9086100 UL 137 PI659344 9086100 UL 138 PI659345 9086103 UL
 LL:低地型Lowland;UL:高地型Upland.
表2 13个犐犛犛犚引物序列及其扩增结果
犜犪犫犾犲2 犐犛犛犚狆狉犻犿犲狉狊狌狊犲犱犻狀狋犺犻狊狊狋狌犱狔犪狀犱狋犺犲犻狉犪犿狆犾犻犳犻犮犪狋犻狅狀狉犲狊狌犾狋狊
引物名称
Primer
引物序列
Primersequence
(5′→3′)
退火温度
Annealing
(℃)
扩增条带数
Totalnumberof
amplifiedbands
多态性带数
Thenumberofpolymorphic
bands
多态性条带比率
Percentageofpolymorphic
bands
UBC812 (GA)8A 52.0 13 12 92.31
UBC827 (AC)8G 53.0 10 10 100.00
UBC828 (TG)8A 52.0 9 8 88.89
UBC829 (TG)8C 52.0 12 10 83.33
UBC830 (TG)8G 55.0 14 13 92.86
UBC835 (AG)8YC 52.0 15 13 86.67
UBC836 (AG)8YT 54.0 17 14 82.35
UBC844 (CT)8RC 52.0 14 12 85.71
UBC848 (CA)8RG 53.0 14 13 92.86
UBC854 (TC)8RG 52.0 15 15 100.00
UBC868 (GAA)6 55.0 13 12 92.31
UBC876 (GATA)2(GACA)2 52.0 16 13 81.25
UBC879 (CTTCA)3 53.0 17 14 82.35
UBC887 DVD(TC)7 52.0 14 14 100.00
UBC890 VHV(GT)7 52.0 13 11 84.62
UBC891 HVH(TG)7 52.0 14 12 85.71
总计Total 220 196
平均Average 13.75 12.25 89.71
 D:(A.G.T);H:(A.C.T);R:(A.G);Y:(C.T);V:(A.C.G).
2.2 遗传多样性分析
基因多样性指数(犎)不仅是衡量供试材料遗传多样性最常用的指标,同时也反映该物种中等位基因的丰富
度和均匀程度。利用POPGENE1.32软件计算得出138份供试材料基因多样性指数为0.2498,Shannon指数
为0.3880;利用NTsyspc2.1软件计算得出供试材料的Dice遗传相似系数(GS)值为0.4000~0.8818,平均值
0.7237,表明柳枝稷种质资源间具有丰富的遗传多样性。低地型和高地型种质的ISSR扩增结果如表3,多态性
条带的扩增结果显示为高地型较多,其多态性条带的比例也较低地型的高;同时,高地型种质的Shannon指数为
0.3448,高于低地型的0.3253,高地型种质表现出更为丰富的遗传多样性。
2.3 遗传相似性分析
对于遗传分化与基因流的计算是采用POPGENE1.32软件,可以得出供试柳枝稷的遗传分化系数(coeffi
cientofgenedifferentiation,犌st)为0.3358,表明33.58%的遗传分化存在于2种生态型之间,剩余69.42% 的
612 ACTAPRATACULTURAESINICA(2013) Vol.22,No.6
遗传分化存在于2种生态型内,也就是说2种柳枝稷生态型之间的遗传分化低于生态型内的遗传分化;另一方
面,供试柳枝稷的基因流[effectivenumberofmigrants,犖m=0.5(1-犌st)/犌st]计算值为0.9888<1,表明供试柳
枝稷生态型之间存在较小的基因流,也进一步说明基因的遗传漂变已造成柳枝稷生态型之间产生了较小的遗传
分化。
图1 引物犝犅犆836对柳枝稷扩增的凝胶电泳图谱
犉犻犵.1 犚犲狊狌犾狋狊狅犳犲犾犲犮狋狉狅狆犺狅狉犲狊犻狊狅犳犪犿狆犾犻犳犻犮犪狋犻狅狀狌狊犻狀犵狆狉犻犿犲狉犝犅犆836
 
图2 引物犝犅犆879对柳枝稷扩增的凝胶电泳图谱
犉犻犵.2 犚犲狊狌犾狋狊狅犳犲犾犲犮狋狉狅狆犺狅狉犲狊犻狊狅犳犪犿狆犾犻犳犻犮犪狋犻狅狀狌狊犻狀犵狆狉犻犿犲狉犝犅犆879 
712第22卷第6期 草业学报2013年
表3 2种生态类型柳枝稷的犐犛犛犚分析结果
犜犪犫犾犲3 犜犺犲狉犲狊狌犾狋狊狅犳犐犛犛犚犪狀犪犾狔狊犻狊犳狅狉狋狑狅犲犮狅狋狔狆犲狊狊狑犻狋犮犺犵狉犪狊狊
生态型Ecotype 多态性条带 犖犘犅 多态性条带比率犘犘犅(%) 基因多样性指数 犎 Shannon指数犐
低地型Lowland 134 60.91 0.2169 0.3253
高地型 Upland 151 68.64 0.2287 0.3448
物种水平Specieslevel 196 89.09 0.2498 0.3880
 犖犘犅:Thenumberofpolymorphicbands;犘犘犅:Thepercentageofpolymorphicbands,%;犎:Nei’s(1973)genediversity;犐:Shannon’sinfor
mationindex.
  利用POPGENE1.32软件计算出各类群间的
Nei’s遗传一致度和遗传距离的无偏估计值,可以进
一步分析2种生态型柳枝稷之间的关系(表4)。遗传
一致度是从相同的方向,遗传距离是从相反方向,对供
试柳枝稷进行遗传关系的分析,即亲缘关系越近,遗传
一致度系数越接近1,同时其遗传距离越接近0。从表
4中可以看出,供试的高地型与低地型柳枝稷 Nei’s
遗传一致度为0.7101,2种生态型之间的遗传一致度
较高;2种生态型遗传距离较小,为0.3424,说明二者
亲缘关系较近,遗传相似程度较高。
表4 2种生态类型柳枝稷的犖犲犻’狊遗传一致度和遗传距离
犜犪犫犾犲4 犖犲犻’狊犵犲狀犲狋犻犮犻犱犲狀狋犻狋狔犪狀犱犵犲狀犲狋犻犮犱犻狊狋犪狀犮犲
犫犲狋狑犲犲狀狋狑狅犲犮狅狋狔狆犲狊狊狑犻狋犮犺犵狉犪狊狊
生态型Ecotype 低地型Lowland 高地型Upland
低地型Lowland — 0.7101
高地型 Upland 0.3424 —
 注:Nei’s遗传一致度 GS(对角线上方)和遗传距离 GD(对角线下
方)。
 Note:Nei’sgeneticidentity(abovediagonal)andgeneticdistance
(belowdiagonal).
  ISSR数据结果:GS值最小的是来自美国堪萨斯州的PI421521柳枝稷材料和来自美国南达科他州的
PI642304柳枝稷材料(0.4000),遗传距离最远,遗传相似程度最低;GS值最大的是来自美国南达科他州的
PI642244和PI642245柳枝稷材料(0.8818),遗传距离最近,遗传相似程度最高。
2.4 遗传结构分析
采用AMOVA1.55软件,对ISSRPCR扩增的“0”、“1”数据进行方差分析,计算柳枝稷生态型之间和之内
的方差、方差分量及贡献率,依此来评价遗传结构变异在生态型之间和之内所占的比率(表5)。由表5可知,
43.40%的遗传变异存在于生态型之间,生态型之内的遗传变异较高,占有56.60%,2种生态型之内和之间的差
异均极显著(犘<0.001)。此外,供试柳枝稷间的表型预测值(Фst)为0.4340,也说明遗传结构的变异主要存在于
生态型之内,与2.3中分析的遗传分化的结果相符合。
表5 柳枝稷种群分子变异方差分析
犜犪犫犾犲5 犃狀犪犾狔狊犻狊狅犳犿狅犾犲犮狌犾犪狉狏犪狉犻犪狀犮犲(犃犕犗犞犃)犳狅狉狆狅狆狌犾犪狋犻狅狀狅犳狊狑犻狋犮犺犵狉犪狊狊
变异来源
Sourceofvariance
自由度
d犳
偏差平方和
Sumofsquares
方差分量
Variancecomponents
方差分量百分率
Percentagevariance(%)
犘值
犘value
PHIst
系数Фst
生态型之间Amongecotype 1 347.8495 23.8352 43.40 <0.0010 0.4340
生态型之内 Withinecotype 136 4227.2519 31.0827 56.60 <0.0010
2.5 聚类分析
采用NTsyspc2.1软件基于Dice相似系数,利用非加权配对算术平均法(unweightedpairgroupmethodu
singarithmeticaverage,UPGMA)构建138份供试柳枝稷种质的UPGMA聚类图(图3)。供试柳枝稷之间的遗
传相似系数(geneticsimilarity,GS)变化范围在0.4000~0.8818,遗传相似系数在0.68处,138份柳枝稷可以分
成两大类,聚类图能够明显将高地型和低地型2种生态型分开,2种类型的柳枝稷之间表现出明显的差异。第一
类全部为低地型,包括来源于美国北卡罗来纳州的PI315723,美国阿肯色州的PI414065,美国堪萨斯州的
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图3 犐犛犛犚标记对138份柳枝稷亲缘关系聚类图
犉犻犵.3 犇犲狀犱狉狅犵狉犪犿狅犳狋犺犲狉犲犾犪狋犻狅狀狊犺犻狆犝犘犌犕犃犮犾狌狊狋犲狉狅犳138狊狑犻狋犮犺犵狉犪狊狊犫犪狊犲犱狅狀犐犛犛犚犿犪狉犽犲狉狊 
912第22卷第6期 草业学报2013年
PI421521、PI421999,美国德克萨斯州的PI422006、PI607837、PI607838,7份材料染色体倍型全都为四倍体;其余
都为高地型,有130份材料来源于美国15个州,1份来源于比利时,这131份柳枝稷又进一步聚为3个亚类,分
为四倍体、八倍体、十倍体,在这3个亚类之间聚类结果又出现部分个体的交叉,这表明在柳枝稷生态型内部可能
存在有基因流。聚类结果表明,供试材料具有较近的亲缘关系,同一生态型柳枝稷能较好地聚为一类,其亲缘关
系最近;但相同地域来源的柳枝稷聚类效果不是很明显,交叉出现在各个聚类和亚类中,说明供试柳枝稷生态型
和地域分布相关性不强。
2.6 主成分分析
基于遗传相似系数,用NTsyspc2.1软件对供试柳枝稷材料进行主成分分析,并根据第一、第二主成分进行
作图,将位置靠近的柳枝稷划归在一起(图4),可将138份柳枝稷种质分为两大类:第一类有7份,包括全部低地
型材料;第二类有131份材料,高地型归为此类。其中位置相靠近者表示关系密切,远离者表示关系疏远。结果
表明,主成分分析结果与聚类分析结果基本一致,同一生态型柳枝稷能较好地聚为一类,其亲缘关系最近,主成分
分析结果更直观地表明了不同柳枝稷材料之间的亲缘关系。
图4 基于犐犛犛犚谱型的138份柳枝稷材料主成分分析
犉犻犵.4 犘狉犻狀犮犻狆犪犾犮狅犿狆狅狀犲狀狋犪狀犪犾狔狊犻狊犫犪狊犲犱狅狀犐犛犛犚狆犪狋狋犲狉狀狊犻狀138狊狑犻狋犮犺犵狉犪狊狊犵犲狉犿狆犾犪狊犿狊
 
3 讨论
遗传多样性是生物携带遗传信息的总和,代表该物种在特定环境中基因的丰富程度,是植物选育及研究中最
有价值的物质基础。本研究利用ISSR分子标记对供试的2种生态型柳枝稷种质进行遗传多样性分析,ISSR分
析数据表明,多态性条带比率达到89.09%,平均每个引物扩增带数为13.75条,遗传相似系数为0.4000~
0.8818,平均GS值为0.7237,从而在分子水平上证实了供试柳枝稷不同生态型之间差异较大,遗传多样性较丰
富。供试柳枝稷是来源于2个国家18个不同地区的种质材料,分为高地型和低地型2种生态型,遗传分化和遗
传距离分析结果均反映出供试的2种生态型柳枝稷内部的遗传变异要高于生态型之间的遗传变异;而聚类分析
高地型与低地型明显被分开,其中来自美国堪萨斯州的低地型PI421521柳枝稷材料和来自美国南达科他州的高
022 ACTAPRATACULTURAESINICA(2013) Vol.22,No.6
地型PI642304柳枝稷材料遗传距离最远,来自美国南达科他州的高地型PI642244和PI642245柳枝稷材料遗传
距离最近。可以看出供试材料与生态地理环境没有明显的相关性,导致这种不一致的原因可能是物种在进化过
程中部分基因发生了突变,且该突变体较好地适应了当地的环境,形成稳定的基因变异。
ISSR标记的遗传多态性很高,而且引物具有通用性,不受样品形态、基因表达与否及环境因子的限制,可在
多种植物中通用[2527]。当然ISSR技术也存在着一些不足,例如用ISSR标记数据计算遗传相似系数时可能会出
现偏差,因为它同样可能像RAPD那样,在一个位置上出现的条带并不是来自基因组上的同一区域,只是碰巧片
段长度相等[26]。本实验中,100个通用ISSR引物都能扩增出条带,但部分引物扩增条带比较弱或过于复杂,有
的对138份柳枝稷材料产生条带太少被筛除,最终筛选出16个用于柳枝稷遗传多样性分析,能够明显将138份
供试材料分开。本研究从分子水平上探讨和验证柳枝稷种质的分类,分析其间的遗传距离,有利于柳枝稷种质
资源的开发利用及育种实践。
由于所用标记技术和材料的不同,得出的结论不尽一致。Narasimhamoorthy等[11]利用ESTSSR分子标
记,对31个种质资源的186个单株柳枝稷的遗传多样性进行分析,遗传相似系数为0.45~0.81;31份种质中有
20份是四倍体,4份为八倍体,7份为混合倍型;分子方差分析表明居群内有较高的遗传变异达80%,而居群间的
遗传变异仅为20%。Missaoui等[13]对2种低地型柳枝稷(Alamo和Kanlow)、一种高地型柳枝稷(Summer)共
21份材料,进行AFLP遗传多样性分析,共扩增出85个多态性条带,多态性比率为92%;聚类分析表明,21份柳
枝稷被聚为两大类,第1类的3份材料均是高地型,剩余的均为低地型,被聚为第2类,其中Kanlow被大多数
Alamo分开,聚为亚类。由此,为更准确地分析柳枝稷遗传多样性,运用不同的分子标记方法针对多样材料分析
显得十分有必要。本研究方法也可为今后柳枝稷种质资源的创新利用和遗传多样性研究提供更有价值的参考。
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犃狀犪犾狔狊犻狊狅狀犵犲狀犲狋犻犮犱犻狏犲狉狊犻狋狔狅犳犵犲狉犿狆犾犪狊犿狉犲狊狅狌狉犮犲狊狅犳狊狑犻狋犮犺犵狉犪狊狊
(犘犪狀犻犮狌犿狏犻狉犵犪狋狌犿)犪狊狊犺狅狑狀犫狔犐犛犛犚
ZHANGYu,HUANGLinkai,ZHANGXinquan,JIANGXiaomei,
YANGShengting,NIEGang,YANHaidong
(DepartmentofGrasslandScience,SichuanAgriculturalUniversity,Ya’an625014,China)
犃犫狊狋狉犪犮狋:Theintersimplesequencerepeat(ISSR)methodwasusedtostudythegeneticdiversityandgenetic
structureof138switchgrassaccessionstoprovideinformationonhowtoimprovetheutilizationofswitchgrass
germplasms.1)Sixteenprimerswereselectedfrom100ISSRprimers,andatotalof220bandswereampli
fied.Ofthesebands,196werepolymorphic(89.09%)andtheaveragenumberwas13.75perprimer.2)
POPGENEanalysisshowedthattheaverageinformationindexofShannon(犐)was0.3880andgenediversity
ofNei(犎)was0.2498,indicatingarichgeneticdiversityofswitchgrassgermplasmresources.3)Analysisof
AMOVAshowedgeneticvariancewithinanecotypewaslargerthanthatbetweenecotypes,whilethegenetic
variancewithinanecotypeandbetweenecotypeswas56.60%and43.40%,respectively.4)UsingNTsyspc
V2.1software,the138accessionswereclusteredintotwogroups(lowlandanduplandecotypes)byUPGMA
clusteringandprincipalcomponentanalysis(PCA)withthesimilaritycoefficientrangingfrom0.4000to
0.8818(averageof0.7237).Intheuplandecotype,sixsubgroupsweredistinguished.Somecultivarsandpop
ulationscouldnotbegroupedaccordingtotheirpedigreesorcolectionarea.
犓犲狔狑狅狉犱狊:犘犪狀犻犮狌犿狏犻狉犵犪狋狌犿;germplasmresources;ISSR;geneticdiversity
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