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Genetic diversity and phylogeny of rhizobia isolated from white clover in Sichuan Province

四川白三叶根瘤菌遗传多样性及系统发育研究



全 文 :四川白三叶根瘤菌遗传多样性及系统发育研究
潘明洪1,凌瑶2,景文1,马洪平1,彭燕1
(1.四川农业大学动物科技学院,四川 雅安625014;2.四川农业大学新农村发展研究院,四川 雅安625014)
摘要:为阐明四川部分地区野生白三叶根瘤菌的遗传多样性及系统发育地位,对分离自四川雅安、康定、泸定、西
昌、成都和乐山6个地区白三叶根瘤的69株菌进行系统研究。采用16SrDNA限制性片段长度多态性分析(re
strictionfragmentlengthpolymorphism,RFLP)和16SrDNA 基因、持家基因(狉犲犮犃、犪狋狆犇、犵犾狀犐犐)、结瘤基因
(狀狅犱犆)、固氮基因(狀犻犳犎)系统发育分析的方法进行了研究。结果表明,16SrDNAPCR-RFLP中所有供试菌株产
生了4种酶切图谱类型,表现出较为丰富的遗传多样性。持家基因与16SrDNA基因系统发育分析结果基本一致,
9株代表菌株主要分布在α变形菌纲(犃犾狆犺犪犘狉狅狋犲狅犫犪犮狋犲狉犻犪)的根瘤菌属(犚犺犻狕狅犫犻狌犿),并与豌豆根瘤菌三叶草生物
型(犚.犾犲犵狌犿犻狀狅狊犪狉狌犿bv.狋狉犻犳狅犾犻犻)ATCC14480T 的亲缘关系较近。PCR可扩增出狀狅犱犆和狀犻犳犎 基因片段,但从
属于土壤杆菌属(犃犵狉狅犫犪犮狋犲狉犻狌犿)的菌株LS1105中则扩增不出这两个基因。所有供试菌株被鉴定到了种的水平,
证实了68株为白三叶根瘤菌,并通过不同采样地点菌株之间的比较,发现白三叶与根瘤菌的共生关系因地理分布
不同而具有多样性,对于丰富白三叶根瘤菌资源及其开发利用具有重要意义。
关键词:白三叶;根瘤菌;遗传多样性;16SrDNAPCR-RFLP;持家基因;系统发育
中图分类号:S816;S541+.203;Q943.2  文献标识码:A  文章编号:10045759(2014)05014310
犇犗犐:10.11686/cyxb20140516  
   生物固氮是指自然界中的一些微生物和蓝绿藻将大气中的不能被植物利用的氮气还原成可利用的氨的过
程[1]。根瘤菌与豆科植物形成的共生固氮体系具有固氮能力强、固氮量高和抗逆性强等优点,是生物固氮中效率
最高的体系,所固定的氮素约占生物固氮总量的65%[2]。近来有关的研究日益增多,马霞等[3]发现在适宜氮素
水平下接种根瘤菌可以明显增加紫花苜蓿(犕犲犱犻犮犪犵狅狊犪狋犻狏犪)的固氮百分率、生物固氮量和种子产量,李智燕
等[4]研究显示天蓝苜蓿根瘤菌比紫花苜蓿根瘤菌具有更强的耐酸、耐铝性,王卫栋等[5]报道接种根瘤菌的紫花苜
蓿在NaCl胁迫下具有较强的抗氧化和渗透调节能力。因此,了解根瘤菌的生物多样性,选育高效与抗逆性能优
良的菌株用于农林生产,对于应对日趋严重的环境污染和干旱等逆境问题具有深远的意义。
白三叶(犜狉犻犳狅犾犻狌犿狉犲狆犲狀狊)又名白车轴草、荷兰翘摇等,是三叶草属的重要豆科牧草,因其产量高、品质优良、
适应性强,在四川地区分布广泛,可用作饲料、绿肥、堤岸防护草种、草坪以及蜜源和药材等[67]。目前,国内外有
关白三叶根瘤菌遗传多样性及系统分类研究的报道颇少。1974年《伯杰氏细菌鉴定手册》[8]第8版以宿主范围
为依据,将其确定为三叶草根瘤菌(犚犺犻狕狅犫犻狌犿狋狉犻犳狅犾犻犻)。到了1984年,Jordan[9]将三叶草根瘤菌划分到豌豆根
瘤菌(犚.犾犲犵狌犿犻狀狅狊犪狉狌犿),定为豌豆根瘤菌三叶草生物型(犚.犾犲犵狌犿犻狀狅狊犪狉狌犿bv.狋狉犻犳狅犾犻犻)。刘晓云和陈文
新[10]、吕飞等[1112]和刘晓云等[13]在采用16SrDNA基因、狀狅犱犃和狀犻犳犎 共生基因序列测定方法进行三叶草根瘤
菌的分类研究中也得到了相一致的结果。
16SrDNA因保守性高、信息量大、普遍性及快速简便的特点而被称为分子进化种,并被作为系统分类研究
中最合适的指标[14]。16SrDNAPCR-RFLP指纹图谱因具有种的特异性而成为根瘤菌系统分类研究的重要方
法[15]。此外,持家基因狉犲犮犃、犪狋狆犇、犵犾狀犐犐、犵狔狉犅及狋犺狉犆等[16]也越来越多地被应用于根瘤菌新种群系统发育地
位的确定,可应用较为广泛的细菌分离水平,从种内到种间的水平以及更高级别的分析[1718]。利用不同基因组位
点的保守基因来确定细菌的分类地位,将是细菌分类发展的一个方向[19]。
第23卷 第5期
Vol.23,No.5
草 业 学 报
ACTAPRATACULTURAESINICA   
143-152
2014年10月
收稿日期:20140331;改回日期:20140425
基金项目:四川省科技支撑项目(No.2013NZ0013)和十二五农村领域国家科技计划课题(No.2011BAD17B03)资助。
作者简介:潘明洪(1988),男,四川乐山人,在读硕士。Email:www.pmh68@163.com
通讯作者。Email:pengyanlee@163.com
本研究采用16SrDNAPCR-RFLP及16SrDNA基因、持家基因(狉犲犮犃、犪狋狆犇、犵犾狀犐犐)、结瘤基因(狀狅犱犆)和
固氮基因(狀犻犳犎)系统发育分析方法,对分离自我国四川雅安、康定、泸定、西昌、成都和乐山6个地区野生白三叶
根瘤的69株菌进行遗传多样性的研究,为进一步揭示四川白三叶根瘤菌的系统发育地位提供可靠的理论依据,
对于丰富根瘤菌资源具有积极的意义。
1 材料与方法
1.1 材料
供试菌株为本实验室前期分离和保存的白三叶根瘤菌,来源于2011年8-9月在四川6个市县收集野生白
三叶的根瘤。根瘤菌的分离按照Vincent[20]经典方法进行,挑取单菌落,经过多次纯化,革兰氏染色,镜检,斜面
保藏[21]。共分离得到供试菌株69株,宿主植物均为白三叶,菌株编号及来源见表1。
表1 菌株来源及16犛狉犇犖犃犘犆犚-犚犉犔犘图谱类型
犜犪犫犾犲1 犜犺犲狋犲狊狋犲犱狊狋狉犪犻狀狊犪狀犱狋犺犲狋狔狆犲狊狅犳16犛狉犇犖犃犘犆犚-犚犉犔犘犳犻狀犵犲狉狆狉犻狀狋狆犪狋狋犲狉狀狊
供试菌株
Testedstrains
来源
Geographical
origin
酶切图谱类型
16SrDNAPCR-RFLPpatterns
犎犪犲Ⅲ 犎犻狀犳Ⅰ 犕狊狆Ⅰ 犎犺犪Ⅰ
酶切图谱类型组合
Combinedfingerprint
patterns
KD1101,KD1102,KD1103,犓犇1104,KD1105,K11D06,
KD1108,KD1109,KD1110,KD1111,KD1113,KD1114,
KD1116,KD1117,KD1118,KD1119,KD1120,KD1121,
KD1122,K11D23,KD1124,KD1125,KD1126,KD1127,
KD1128,KD1129
四川康定Kangding,Sichuan A A A A Ⅰ(AAAA)
YA1101, YA1102, YA1103, YA1104, YA1105,
YA1107, YA1108, YA1109, YA1110, YA1111,
YA1112, YA1113, YA1115, YA1116, YA1118,
犢犃1121,YA1123,YA1124,YA1125
四川雅安Ya’an,Sichuan A A A A Ⅰ(AAAA)
XC1101,XC1102,XC1103,XC1104,XC1105,XC1107,
XC1108,XC1109,犡犆1110,XC1112
四川西昌Xichang,Sichuan A A A A Ⅰ(AAAA)
CD1101,CD1102,CD1103,CD1104,犆犇1105,CD1106,
CD1108
四川成都Chengdu,Sichuan A A A A Ⅰ(AAAA)
犔犛1102,LS1103 四川乐山Leshan,Sichuan A A A A Ⅰ(AAAA)
犔犇1102,LD1103 四川泸定Luding,Sichuan A A A A Ⅰ(AAAA)
犔犛1101 四川乐山Leshan,Sichuan B B B B Ⅱ(BBBB)
犔犛1105 四川乐山Leshan,Sichuan C A C A Ⅲ(CACA)
犓犇1107 四川康定Kangding,Sichuan D C D C Ⅳ(DCDC)
 表中粗体字体表示为所选取的代表菌株。ThecharactersinboldaretheselectedrepresentativestrainsintheTable.
1.1.1 主要试剂和仪器 本研究所使用的PCR试剂及琼脂糖凝胶电泳试剂购于天根生化科技(北京)有限公
司,引物由英潍捷基(上海)贸易有限公司合成,限制性内切酶来自NEB(NewEnglandBiolabs)公司。主要仪器
包括超净工作台,生化培养箱,恒温水浴锅,台式离心机,PCR扩增仪(Eppendorf,美国),BioRad凝胶成像系统。
1.1.2 供试菌株的培养 供试菌株均用YMA培养基[22]培养,其成分为:甘露醇10.0g,MgSO4·7H2O0.2g,
K2HPO40.5g,NaCl0.1g,酵母粉3.0g,琼脂18~20g,蒸馏水1000mL,pH6.8~7.0,培养温度为28℃。
1.2 根瘤菌DNA的提取
本研究的相关试验工作从2013年5月开始在四川农业大学草业工程实验室进行。DNA的提取方法参照文
441 ACTAPRATACULTURAESINICA(2014) Vol.23,No.5
献[23],以纯根瘤菌为材料进行。用1.0%琼脂糖凝胶电泳检测样品DNA的浓度,所有的DNA样品于-20℃
保存备用。
1.3 16SrDNAPCR扩增与RFLP分析
以总DNA为模板,使用来源于大肠杆菌(犈狊犮犺犲狉犻犮犺犻犪犮狅犾犻)16SrDNA 序列保守区域的2个引物P1(5′
CGGGATCCAGAGTTTGATCCTGGCTCAGAACGAACGCT3′)和 P6(5′CGGGATCCTACGGCTACCTT
GTTACGACTTCACCCC3′),分别对应于大肠杆菌的第8~37碱基位置和第1479~1506碱基位置[24]。引物
P1 和P6 配制成10μmol/L浓度备用。PCR反应体系为50μL,其中P1 和P6 各1μL,模板DNA1μL,2×Taq
PCRMasterMix25μL,TaqDNApolymerase(2.5U/μL)0.5μL,加ddH2O至50μL。PCR扩增条件为:94℃
预变性3min;30个循环(94℃,变性,1min;55℃,退火,1min;72℃,延伸,2min);72℃,延伸,10min。PCR产
物经1.0%的琼脂糖凝胶电泳检测,于-20℃保存。
参照SelenskaPobel等[25]的方法,用犎犪犲Ⅲ、犕狊狆Ⅰ、犎犻狀犳Ⅰ和犎犺犪Ⅰ4种限制性内切酶进行酶切。酶切
反应体系为20μL,其中PCR产物10μL,10×NEB缓冲液2μL,内切酶0.5μL,加ddH2O至20μL,过夜酶切,
温度为37℃。以2.0%琼脂糖凝胶电泳,100V,2h,用自动凝胶成像系统拍照。对酶切电泳图谱进行分类,电泳
图谱上不同菌株具有相同的电泳条带被认为是同一个遗传图谱类型。
1.4 16SrDNA序列分析
根据16SrDNAPCR-RFLP遗传图谱类型,选取每种图谱类型组合中的代表菌株,将其16SrDNAPCR扩
增产物送往北京六合华大基因科技股份有限公司进行双向测序,测序引物同扩增引物。将测得的序列经拼接后
与从GenBank(NCBI)上获得的根瘤菌相关种的序列进行比对,经ClustalX[26]和TreeconW[27]软件包分析,用
软件 MEGA5.10按照Neighborjoining[28]法构建出以16SrDNA序列为基础的系统发育树,并使用软件DNA
MAN6.0计算各测试菌株16SrDNA序列的相似性。
1.5 持家基因(狉犲犮犃、犪狋狆犇、犵犾狀犐犐)与结瘤基因(狀狅犱犆)和固氮基因(狀犻犳犎)的系统发育分析
持家基因的PCR扩增引物参照文献[29]。反应体系为50μL,其中2×TaqPCRMasterMix25μL,正向引
物和反向引物各1μL,DNA模板1μL,TaqDNApolymerase(2.5U/μL)0.5μL,ddH2O21.5μL。1)狉犲犮犃扩
增条件:95℃,预变性,3min;30个循环(94℃,变性,1min;54℃,退火,1min;72℃,延伸,1min);72℃,延伸,6
min。2)犪狋狆犇扩增条件:95℃,预变性,3min;30个循环(94℃,变性,1min;58℃,退火,1min;72℃,延伸,1
min);72℃,延伸,6min。3)犵犾狀犐犐扩增条件:95℃,预变性,3min;30个循环(94℃,变性,1min;55℃,退火,1
min;72℃,延伸,1min);72℃,延伸,6min。
狀狅犱犆和狀犻犳犎 基因PCR扩增所用引物见文献[30]。反应体系为50μL,其中2×TaqPCRMasterMix25
μL,正向引物和反向引物各1μL,DNA模板1μL,TaqDNApolymerase(2.5U/μL)0.5μL,ddH2O21.5μL。
1)狀狅犱犆基因扩增条件:95℃,预变性,3min;30个循环(94℃,变性,30s;55℃,退火,40s;72℃,延伸,1min);
72℃,延伸,6min。2)狀犻犳犎 基因扩增条件:95℃,预变性,4min;30个循环(94℃,变性,30s;57℃,退火,30s;
72℃,延伸,1min);72℃,延伸,5min。
各基因PCR产物用1.0%的琼脂糖凝胶电泳检测后,亦送往北京六合华大基因科技股份有限公司测序。用
软件 MEGA5.10分别对测得的代表菌株的基因序列与相应的参比菌株序列进行比对,用邻接法构建系统发育
树,Bootstrap为1000。
2 结果与分析
2.1 供试菌株16SrDNAPCR扩增结果
以总DNA为模板,P1 和P6 为引物,供试菌株的16SrDNAPCR产物均能在1.0%琼脂糖凝胶电泳检测出
条带,大小约为1.5kb,这说明供试根瘤菌与其他细菌的16SrDNA片段大小基本一致。
2.2 16SrDNAPCR-RFLP分析
16SrDNA的扩增产物分别采用4种限制性内切酶(犎犪犲Ⅲ、犕狊狆Ⅰ、犎犻狀犳Ⅰ和犎犺犪Ⅰ)进行酶切,经2.0%
541第23卷第5期 草业学报2014年
琼脂糖凝胶电泳后拍照成像。供试菌株的犎犪犲Ⅲ和犕狊狆Ⅰ酶切分别有4种图谱类型,犎犻狀犳Ⅰ和犎犺犪Ⅰ酶切分
别有3种图谱类型(图1)。电泳图谱上不同菌株间迁移率相同的带被认为是同一个性状,随机标记为A→D。所
有69株供试菌株的16SrDNA的酶切图谱类型总共有4种不同组合类型(表1),其中有Ⅰ类型(AAAA)66株
菌,占据供试菌株的95.7%,其余Ⅱ(BBBB)、Ⅲ(CACA)、Ⅳ(DCDC)3种类型各有1株菌,仅占4.3%。结果表
明,分离自白三叶草的根瘤菌16SrDNAPCR-RFLP图谱存在较大差异,既有广泛分布于各取样地点的Ⅰ类
型,同时又有来源于四川康定的Ⅰ和Ⅳ2种类型及四川乐山的Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ3种类型,所有供试菌株表现出一定的遗
传变异和地域差异。
图1 供试菌株16犛狉犇犖犃犘犆犚-犚犉犔犘酶切组合图谱
犉犻犵.1 16犛狉犇犖犃犘犆犚-犚犉犔犘犳犻狀犵犲狉狆狉犻狀狋狆犪狋狋犲狉狀狊
大写字母分别代表4种限制性酶切图谱类型Capitallettersinthefigurerepresentthefingerprintpatterns;M.DL100.
 
2.3 16SrDNA序列分析
根据16SrDNAPCR-RFLP分析结果和来源的不同挑选出9株代表菌株进行16SrDNA序列测定和系统
发育分析,并在GenBank数据库中比对相似序列。总共选取12株参比菌株,采用邻接法构建系统发育树(图2)。
由图2可知,9株代表菌株分别归属于根瘤菌属(犚犺犻狕狅犫犻狌犿)、土壤杆菌属(犃犵狉狅犫犪犮狋犲狉犻狌犿)2个系统分支。
图谱类型为Ⅰ型(AAAA)的XC1110、LD1102、CD1105、KD1104、LS1102、YA1121,Ⅱ型(BBBB)的LS1101,Ⅳ型
(DCDC)的KD1107的共8株菌株与根瘤菌属构成一个分支。其中,菌株XC1110和LD1102与犚.犾犲犵狌犿犻狀狅狊犪
狉狌犿bv.狋狉犻犳狅犾犻犻ATCC14480T 和犚.犾犲犵狌犿犻狀狅狊犪狉狌犿bv.狏犻犮犻犪犲USDA2370T 聚在一起,其相似性为100%。菌
株 KD1104、CD1105、KD1107、LS1101、YA1121、LS1102具有相同的序列,与犚.犾犲犵狌犿犻狀狅狊犪狉狌犿bv.狋狉犻犳狅犾犻犻
ATCC14480T 和犚.犾犲犵狌犿犻狀狅狊犪狉狌犿bv.狏犻犮犻犪犲USDA2370T 序列相似性最高,达到了99.7%。图谱类型为Ⅲ
型(CACA)的菌株LS1105则与土壤杆菌属单独形成一支,与犃.狋狌犿犲犳犪犮犻犲狀狊NCPPB2437T 的亲缘关系最近,相
似性达到了99.5%。代表菌株与已知种的模式菌株的序列相似性,均大于目前界定属内16SrDNA序列相似性
95%的标准[31]。以上结果表明,白三叶根瘤菌因存在的地理环境的不同而表现出一定的差异性,甚至在同一地
理环境下也有较大程度的变异,与16SrDNAPCR-RFLP酶切图谱类型分类结果基本一致。
641 ACTAPRATACULTURAESINICA(2014) Vol.23,No.5
图2 代表菌株16犛狉犇犖犃序列构建的系统发育树
犉犻犵.2 犘犺狔犾狅犵犲狀犲狋犻犮狋狉犲犲犫犪狊犲犱狅狀16犛狉犇犖犃狊犲狇狌犲狀犮犲狊狅犳狋犺犲狉犲狆狉犲狊犲狀狋犪狋犻狏犲狊狋狉犪犻狀狊
 图中大写字母T上标表示模式菌株,粗体表示所选取的代表菌株,括号里面表示GenBank序列接收号。下同。Typestrainsareindicatedwitha
superscriptT,theselectedrepresentativestrainsareinboldandaccessionnumbersfromGenBankaregiveninparentheses.Thesamebelow.
 
2.4 持家基因序列分析
根据16SrDNA序列分析和16SrDNAPCR-RFLP,对所选的9株代表菌株进行持家基因(狉犲犮犃、犪狋狆犇 和
犵犾狀犐犐)部分序列的系统发育分析,采用邻接法构建的系统发育树如图3所示。
结果表明,持家基因的系统发育分析结果与16SrDNA系统发育分析结果基本一致,供试菌株也归属于根瘤
菌属和土壤杆菌属2个系统分支。其中,代表菌株 KD1107、KD1104、XC1110、CD1105、LS1101、LS1102和
YA1121共7株具有相同的序列而聚在一起,与犚.犾犲犵狌犿犻狀狅狊犪狉狌犿bv.狋狉犻犳狅犾犻犻ATCC14480T 的关系较近,序列
相似性在93.4%~95.0%之间。LD1102与犚.犾犲犵狌犿犻狀狅狊犪狉狌犿bv.狋狉犻犳狅犾犻犻ATCC14480T 和犚.犾犲犵狌犿犻狀狅狊犪
狉狌犿bv.狏犻犮犻犪犲USDA2370T 聚在一起,且与犚.犾犲犵狌犿犻狀狅狊犪狉狌犿bv.狏犻犮犻犪犲USDA2370T 的关系较近,相似性为
97.8%。LS1105亦与犃.狋狌犿犲犳犪犮犻犲狀狊NCPPB2437T 聚在一起,它们之间的相似性为92.4%。
2.5 狀狅犱犆和狀犻犳犎 基因序列分析
所选取的9株代表菌株,除了LS1105外,PCR均能成功扩增出狀狅犱犆和狀犻犳犎 基因,所构建的系统发育树如
图4和图5。
在狀狅犱犆基因构建的系统发育树中,YA1121、XC1110、LS1102、LS1101具有相同的序列,与犚.犾犲犵狌犿犻狀狅狊犪
狉狌犿bv.狋狉犻犳狅犾犻犻ATCC14480T 相似性为97.4%,KD1107、KD1104、CD1105与犚.犾犲犵狌犿犻狀狅狊犪狉狌犿bv.狋狉犻犳狅犾犻犻
ATCC14480T 相似性为95.7%,LD1102与犚.犾犲犵狌犿犻狀狅狊犪狉狌犿bv.狋狉犻犳狅犾犻犻ATCC14480T 相似性为95.6%。
在狀犻犳犎 基因构建的系统发育树中,菌株 KD1107、KD1104和LD1102与犚.犾犲犵狌犿犻狀狅狊犪狉狌犿bv.狋狉犻犳狅犾犻犻
9.2k具有相同的序列,相似性为100%。LS1102、XC1110、LS1101、CD1105和YA1121具有相同的序列,与犚.
犾犲犵狌犿犻狀狅狊犪狉狌犿bv.狋狉犻犳狅犾犻犻R21的亲缘关系最近,相似性为97.5%。
741第23卷第5期 草业学报2014年
图3 代表菌株持家基因狉犲犮犃、犪狋狆犇和犵犾狀犐犐拼接后的系统发育树
犉犻犵.3 犘犺狔犾狅犵犲狀犲狋犻犮狋狉犲犲犫犪狊犲犱狅狀犮狅狀犮犪狋犲狀犪狋犲犱狊犲狇狌犲狀犮犲狊狅犳狉犲犮犃,犪狋狆犇,犪狀犱犵犾狀犐犐狅犳狋犺犲狉犲狆狉犲狊犲狀狋犪狋犻狏犲狊狋狉犪犻狀狊
 
图4 代表菌株结瘤基因狀狅犱犆构建的系统发育树
犉犻犵.4 犘犺狔犾狅犵犲狀犲狋犻犮狋狉犲犲犫犪狊犲犱狅狀狀狅犱狌犾犪狋犻狅狀犵犲狀犲狀狅犱犆狅犳狋犺犲狉犲狆狉犲狊犲狀狋犪狋犻狏犲狊狋狉犪犻狀狊
 
以上结果表明,除了LS1105以外的8菌株均以犚.犾犲犵狌犿犻狀狅狊犪狉狌犿bv.狋狉犻犳狅犾犻犻亲缘关系最近,可以确定其
为三叶草根瘤菌。
3 讨论
本研究以分离自我国四川部分地区野生豆科植物白三叶根瘤的69株菌株为研究对象,充分结合16SrDNA
841 ACTAPRATACULTURAESINICA(2014) Vol.23,No.5
PCR-RFLP、持家基因(犪狋狆犇、狉犲犮犃和犵犾狀犐犐)及共生基因的系统发育分析等方法进行了遗传多样性和系统发育
研究,初步探讨了四川地区白三叶根瘤菌可能的分类地位,对于进一步丰富中国根瘤菌资源的研究具有积极的意
义。
图5 代表菌株固氮基因狀犻犳犎构建的系统发育树
犉犻犵.5 犘犺狔犾狅犵犲狀犲狋犻犮狋狉犲犲犫犪狊犲犱狅狀狀犻狋狉狅犵犲狀犳犻狓犻狀犵犵犲狀犲狀犻犳犎狅犳狋犺犲狉犲狆狉犲狊犲狀狋犪狋犻狏犲狊狋狉犪犻狀狊 
结合16SrDNAPCR-RFLP、16SrDNA序列分析结果,69株供试菌株被鉴定到属的水平。来自于康定、乐
山的菌株具有变异的图谱类型,而来自雅安、泸定、西昌和成都的菌株具有单一的图谱。酶切图谱类型为Ⅰ型
(AAAA)的 KD1104、YA1121、XC1110、CD1105、LD1102、LS1101,Ⅱ型(BBBB)的 LS1101,Ⅳ型(DCDC)的
KD1107三种类型的8株菌株归属于根瘤菌属,而Ⅲ型(CACA)的菌株LS1105归属于土壤杆菌属,所有供试菌
株共归为两个属,较为单一。这与刘晓云和陈文新[10]分离自三叶草的根瘤菌分别归属于快生根瘤菌属、中华根
瘤菌属(犛犻狀狅狉犺犻狕狅犫犻狌犿)、中慢生根瘤菌属(犕犲狊狅狉犺犻狕狅犫犻狌犿)和慢生根瘤菌属(犅狉犪犱狔狉犺犻狕狅犫犻狌犿)的研究结果不太
一致,显示出其属、种在地区分布的局限性和专一性,可能与四川盆地特殊的地理环境和气候条件有关。因为刘
晓云和陈文新[10]分离的根瘤菌主要来自江西、湖北和云南等地的三叶草属植物,范围也相对较广,从而具有较好
的多样性。本研究与众多现有的研究一致,根瘤菌与豆科植物的共生关系因区域地理环境的差异而具一定的多
样性[32],而同一采样地点的根瘤菌在很大程度上受地域、生态环境影响而表现为相似的类群,这与Tian等[33]、杨
亚珍等[34]、何恒斌等[35]、阎爱民和陈文新[36]的研究结果吻合。此外,各个采样点的菌株虽然在酶切图谱上有一
定差异,但在16SrDNA系统发育树上则处于相同的位置,与冀玉良等[37]的研究结果相似。在今后的研究中有
待扩大地理范围和菌株数量,以更全面地探索白三叶根瘤菌的种属分布和系统分类。
持家基因的系统发育分析结果与16SrDNA系统发育分析结果基本一致。除了LD1102与犚.犾犲犵狌犿犻狀狅狊犪
狉狌犿bv.狏犻犮犻犪犲USDA2370T 外,代表菌株KD1104、CD1105、KD1107、LS1101、YA1121、LS1102、XC1110共7株
与犚.犾犲犵狌犿犻狀狅狊犪狉狌犿bv.狋狉犻犳狅犾犻犻ATCC14480T 的亲缘关系最近,LS1105与犃.狋狌犿犲犳犪犮犻犲狀狊NCPPB2437T 最
近。在关于三叶草根瘤菌的系统分类研究中,Jordan[9]将三叶草根瘤菌定为豌豆根瘤菌的1个生物型犚.犾犲犵狌
犿犻狀狅狊犪狉狌犿bv.狋狉犻犳狅犾犻犻。刘晓云和陈文新[10]、吕飞等[1112]的研究中供试的三叶草根瘤菌,与三叶草根瘤菌犚.
狋狉犻犳狅犾犻犻ARPV02、豌豆根瘤菌犚.犾犲犵狌犿犻狀狅狊犪狉狌犿USDA2370的序列相似性最高,亲缘关系最为接近。本研究
941第23卷第5期 草业学报2014年
中所供试的白三叶根瘤菌与犚.犾犲犵狌犿犻狀狅狊犪狉狌犿bv.狋狉犻犳狅犾犻犻ATCC14480T 和犚.犾犲犵狌犿犻狀狅狊犪狉狌犿bv.狏犻犮犻犪犲
USDA2370T 的亲缘关系较近,结果支持Jordan[9]的观点,即过去的三叶草根瘤菌、豌豆根瘤菌和菜豆根瘤菌3
个种合并为1个种,以犚.犾犲犵狌犿犻狀狅狊犪狉狌犿命名。
16SrDNA和持家基因序列分析与16SrDNAPCR-RFLP分析结果具有一定的差异。其可能的原因为:1)
16SrDNAPCR-RFLP广泛用于大量菌株的快速分群,在数据处理过程中可能因人为的判断而产生误差。2)
同一株菌株中有可能存在16SrDNA基因的不同拷贝,序列有所差异,导致酶切结果与序列分析结果不一致。3)
16SrDNA序列分析可以鉴定到属,但基因的横向转移及重组会影响亲缘关系的远近[38]。4)16SrDNA核糖体
基因的高度保守性,只能鉴定到属及容易鉴别的种,区分关系比较接近的种或菌株存在一定的局限[39]。
此外,本研究从白三叶根瘤中分离得到了土壤杆菌LS1105,此结果与国内外学者在分离根瘤菌的过程中经
常获得土壤杆菌的结果一致[4041]。Mhamdi等[42]、Wang等[43]分别用犵狌狊犃和CFP标记土壤杆菌进行了相关研
究,结果表明,土壤杆菌不具备结瘤能力,但在根瘤菌的存在下可以进入根瘤中定殖,与根瘤菌共存于根瘤内。此
外,菌株LS1105扩增不出结瘤基因狀狅犱犆和固氮基因狀犻犳犎,同常佳丽[44]的研究结果一致,表明其不含共生基因,
与其不能单独侵染豆科植物结瘤相吻合。
4 结论
在本研究所分离自野生白三叶根瘤的69株菌株中,16SrDNAPCR-RFLP有4种图谱类型,表明白三叶根
瘤菌在四川具有较为丰富的多样性,且表现出一定的地域分布特征。16SrDNA基因、持家基因、结瘤基因、固氮
基因的系统发育分析,证实了所分离菌株有68株为三叶草根瘤菌,且土壤杆菌不能扩增出结瘤基因狀狅犱犆、固氮
基因狀犻犳犎 等共生基因。这对于研究白三叶根瘤菌的分类鉴定及遗传多样性提供了理论依据,为丰富四川地区
白三叶根瘤菌资源及筛选能用于生产上的高效优良菌株奠定了基础,具有重大的现实指导意义。
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PANMinghong1,LINGYao2,JINGWen1,MAHongping1,PENGYan1
(1.ColegeofAnimalScienceandTechnology,SichuanAgriculturalUniversity,Ya’an625104,China;
2.InstituteforNewSocialistCountrysideDevelopment,SichuanAgricultural
University,Ya’an625104,China)
犃犫狊狋狉犪犮狋:Theobjectiveofthisstudywastodeterminethegeneticdiversityandphylogenyof69isolatesofsym
bioticbacteriaassociatedwithwildwhitecloverobtainedfromsixsitesinSichuanProvince,China:Ya’an,
Kangding,Luding,Xichang,ChengduandLeshan.Polymerasechainreactionrestrictionfragmentlengthpoly
morphism(PCR-RFLP)andphylogeneticanalysesofthe16SrDNAgene,housekeepinggenes(狉犲犮犃,犵犾狀犐犐
and犪狋狆犇),nodulationgene(狀狅犱犆)andnitrogenfixinggene(狀犻犳犎)wereconductedintheresearch.Four
PCR-RFLPfingerprintpatternswereidentifiedamongthe69isolatesfromthe16SrDNAanalysis,indicating
relativelyhighgeneticdiversity.Theresultsofphylogeneticanalysisof16SrDNAandhousekeepinggenes
weresimilar;ninerepresentativestrainsmainlybelongedtothegenus犚犺犻狕狅犫犻狌犿in犃犾狆犺犪犘狉狅狋犲狅犫犪犮狋犲狉犻犪were
identified.Inaddition,狀狅犱犆and狀犻犳犎genesfromstrainsfromthe犚犺犻狕狅犫犻狌犿genusweresuccessfulyampli
fiedbyPCR,butstrainsbelongingtothe犃犵狉狅犫犪犮狋犲狉犻狌犿genuswerenotabletobeamplified.Aloftheiso
latescouldbeidentifiedbyspecieswithsixtyeightstrainsconfirmedaswhitecloverrhizobia.Thediversityof
whitecloverrhizobiadifferedatdifferentsites,indicatingthepotentialtoincreasetheavailabilityofbeneficial
rhizobiastrains.
犓犲狔狑狅狉犱狊:whiteclover(犜狉犻犳狅犾犻狌犿狉犲狆犲狀狊);rhizobia;geneticdiversity;16SrDNAPCR-RFLP;housekeep
inggenes;phylogeny
251 ACTAPRATACULTURAESINICA(2014) Vol.23,No.5