全 文 :书不同来源犛犛犚标记在我国披碱草属
植物的通用性和效率评价
严学兵1,王2,周禾2,王成章1,郭玉霞1
(1.河南农业大学牧医工程学院,河南 郑州450002;2.中国农业大学草地研究所,北京100094)
摘要:SSR引物序列常用于近缘物种的遗传学研究,但存在很大的盲目性和分析结果的不可预见性。本研究采用
我国9种披碱草属植物,利用不同来源微卫星引物进行遗传学分析,结果显示,披碱草属的6个和小麦的5个微卫
星引物在我国9种披碱草属植物具有稳定的扩增效果和较好的遗传学分析功能;相对而言,位点ECGA22、EC
GA114、EAGA51和 WMS43遗传信息含量较高,对构建披碱草属植物高密度的微卫星种(品种)指纹是很好的选
择;披碱草属植物的引物所检测到的等位基因数目与测序开发引物时预期的等位基因数目相差较少、遗传多样性
指数较高和更接近研究材料的基因流,预示着亲缘关系更近的引物遗传分析的效率更高。
关键词:SSR;披碱草属;遗传;通用性;效率
中图分类号:S543+.901;Q9433 文献标识码:A 文章编号:10045759(2008)06011209
微卫星(microsatelite)DNA或者简单重复序列(simplesequencerepeats,SSR)系指具有一至几个碱基对连
续多次重复的DNA片段。微卫星标记的等位基因变异来源于基因组DNA复制时滑动引起的重复序列数目的
变化,而不是单碱基突变或插入缺失造成的,具有标记位点多、多态性高、在基因组中平均分布和共显性等特点,
因此在基因组作图、群体遗传和进化、遗传多样性分析、构建指纹图谱、群体动态和基因诊断等研究中得到了广泛
的应用。由于应用SSR技术时必须针对每个SSR设计引物,常用的方法是首先建立DNA文库,用各种简单重
复序列作为探针在DNA文库中筛选,获得阳性克隆子后进行测序,根据所测的序列设计SSR引物。这种方法工
作量大,需要较多的资金投入,目前只在部分生物中得到开发,在某种程度上限制着SSR的广泛采用。
理论上用侧翼DNA设计的引物序列来检测近缘种微卫星位点是可行的,而且已经在实践上得以验证[1~5]。
侧翼序列的保守性在许多植物种类得到验证[2],侧翼序列的内部起始位点的保守性是跨种扩增成为可能的重要
原因[6]。采用进化上有同源关系的微卫星标记提高对基因组扩增的覆盖面也是另外一个原因。但无法确定相应
的特异PCR产物,只能根据扩增产物的重复性和微卫星片段的大小划定大致的范围,因此还需通过测序进一步
验证这些谱带的同源性。更没有对其扩增效率和对遗传分析的结果所造成的影响进行定量或定性评价,使得在
利用近缘物种SSR引物序列时存在很大的盲目性和分析结果的不可预见性。本试验采用小麦(犜狉犻狋犻犮狌犿犪犲狊狋犻
狏狌犿)和披碱草属(犈犾狔犿狌狊)植物的微卫星序列设计引物,以我国分布的9种野生披碱草属植物为材料进行通用
性、扩增效率和遗传多样性比较分析,以期为利用不同物种SSR引物序列进行遗传研究提供借鉴和经验。
1 材料与方法
1.1 供试材料
披碱草属野生植物的种子于2003年7-9月采集于河北、青海、甘肃等地,采集点分布于低山、丘陵和高山等
不同地区和海拔。试验材料共有9个种,分别为垂穗披碱草(犈.狀狌狋犪狀狊)、老芒麦(犈.狊犻犫犻狉犻犮狌狊)、短芒披碱草(犈.
犫狉犲狏犻犪狉犻狊狋犪狋狌狊)、圆柱披碱草(犈.犮狔犾犻狀犱狉犻犮狌狊)、黑紫披碱草(犈.犪狋狉犪狋狌狊)、紫芒披碱草(犈.狆狌狉狆狌狉犪狉犻狊狋犪狋狌狊)、披碱
草(犈.犱犪犺狌狉犻犮狌狊)、青海披碱草(犈.犵犲犿犻狀犪狋狌狊)和无芒披碱草(犈.狊狌犫犿狌狋犻犮狌狊)的40个居群(表1)。
112-120
12/2008
草 业 学 报
ACTAPRATACULTURAESINICA
第17卷 第6期
Vol.17,No.6
收稿日期:20080522;改回日期:20080708
基金项目:国家自然科学基金(30871531)和青海省重大科技攻关项目(21031423)资助。
作者简介:严学兵(1974),男,河南周口人,副教授,博士。Email:yxbbjzz@163.com
通讯作者。
表1 试验材料来源
犜犪犫犾犲1 犗狉犻犵犻狀狅犳犈犾狔犿狌狊狊狆犲犮犻犲狊狋犲狊狋犲犱
来源
Origin
种名
Species
居群编号
Identity
海拔
Altitude
(m)
纬度
Latitude
(N)
经度
Longitude
(E)
生境
Habitat
河北鱼儿山牧场 Yuers
hanfarmofHebeiprov
ince
紫芒披碱草犈.狆狌狉狆狌狉犪狉犻狊狋犪狋狌狊HYZH 1447 41°45′39″ 116°09′04″ 路边Roadside
紫芒披碱草犈.狆狌狉狆狌狉犪狉犻狊狋犪狋狌狊HYZK 1443 41°45′28″ 116°10′18″ 人工草地Pasture
老芒麦犈.狊犻犫犻狉犻犮狌狊 HYL 1458 41°45′29″ 116°09′32″ 人工草地Pasture
河北沽源牧场Guyuan
farmofHebeiprovince
圆柱披碱草犈.犮狔犾犻狀犱狉犻犮狌狊 HGY(N) 1353 41°52′45″ 115°51′57″ 封育的典型草原Enclosedsteppe
紫芒披碱草犈.狆狌狉狆狌狉犪狉犻狊狋犪狋狌狊HGZ(N) 1357 41°52′01″ 115°52′27″ 路边Roadside
老芒麦犈.狊犻犫犻狉犻犮狌狊 HGL(N) 1350 41°53′26 115°52′24″ 封育的典型草原Enclosedsteppe
圆柱披碱草犈.犮狔犾犻狀犱狉犻犮狌狊 HGY(K) 1363 41°52′31″ 115°48′20″ 拓荒地 Wilderness
甘肃天祝 Tianzhucoun
ty,Gansuprovince
垂穗披碱草犈.狀狌狋犪狀狊 GJC 2915 37°11′38″ 102°48′14″ 高寒草甸Alpinemeadow
圆柱披碱草犈.犮狔犾犻狀犱狉犻犮狌狊 GJY 2918 37°11′33″ 102°48′18″ 高寒草甸Alpinemeadow
披碱草犈.犱犪犺狌狉犻犮狌狊 GJM 2874 37°10′18″ 102°47′31″ 排水沟边Ditch
老芒麦犈.狊犻犫犻狉犻犮狌狊 GJL(Y) 2881 37°11′05″ 102°47′38″ 高寒草甸Alpinemeadow
老芒麦犈.狊犻犫犻狉犻犮狌狊 GJLZ 2887 37°12′18″ 102°47′11″ 人工草地Pasture
短芒披碱草犈.犫狉犲狏犻犪狉犻狊狋犪狋狌狊 GJD 2883 37°12′15″ 102°47′42″ 路边Roadside
无芒披碱草犈.狊狌犫犿狌狋犻犮狌狊 GJW 2883 37°12′15″ 102°47′42″ 路边Roadside
黑紫披碱草犈.犪狋狉犪狋狌狊 GJH 2878 37°11′53″ 102°47′13″ 河漫滩草地Swampmeadow
甘南合作 Hezuocounty,
Gansuprovince
垂穗披碱草犈.狀狌狋犪狀狊 GHC 3040 35°02′18″ 102°55′31″ 封育的天然草地Enclosedrangeland
紫芒披碱草犈.狆狌狉狆狌狉犪狉犻狊狋犪狋狌狊GHY 2107 36°07′52″ 102°18′02″ 干河滩Dryriverway
老芒麦犈.狊犻犫犻狉犻犮狌狊 GHL(1) 2532 35°13′25″ 102°47′03″ 封育的天然草地Enclosedrangeland
老芒麦犈.狊犻犫犻狉犻犮狌狊 GHL(2) 2693 35°28′03″ 102°55′31″ 封育的人工草地Enclosedpasture
短芒披碱草犈.犫狉犲狏犻犪狉犻狊狋犪狋狌狊 GHD 3040 35°02′18″ 102°55′31″ 封育的天然草地Enclosedrangeland
甘南永靖Yongjingcoun
ty,Gansuprovince
披碱草犈.犱犪犺狌狉犻犮狌狊 GYP 1624 35°09′31″ 103°04′02″ 路边Roadside
甘南临夏Linxiacounty,
Gansuprovince
紫芒披碱草犈.狆狌狉狆狌狉犪狉犻狊狋犪狋狌狊GL(W) 1973 35°06′24″ 103°01′16″ 沟旁Ditch
青海同德牧场Tongde
farm,Qinghaiprovince
紫芒披碱草犈.狆狌狉狆狌狉犪狉犻狊狋犪狋狌狊QMDL 3282 35°16′08″ 100°39′29″ 疏林草地Rangelandwithsparseforest
短芒披碱草犈.犫狉犲狏犻犪狉犻狊狋犪狋狌狊 QMDP 3280 35°16′08″ 100°39′29″ 高寒草甸Alpinemeadow
老芒麦犈.狊犻犫犻狉犻犮狌狊 QML(Y) 3282 35°16′08″ 100°39′29″ 疏林草地Rangelandwithsparseforest
紫芒披碱草犈.狆狌狉狆狌狉犪狉犻狊狋犪狋狌狊QMZ 3282 35°16′08″ 100°39′29″ 疏林草地Rangelandwithsparseforest
垂穗披碱草犈.狀狌狋犪狀狊 QMC 3289 35°16′32″ 100°39′22″ 高寒草甸Alpinemeasow
老芒麦犈.狊犻犫犻狉犻犮狌狊 QM3 3280 35°16′22″ 100°39′28″ 试验地Trialland
青海同德河北乡 Hebei
town,Tongde county,
Qinghaiprovince
老芒麦犈.狊犻犫犻狉犻犮狌狊 QHYF 3786 34°54′29″ 100°53′25″ 高寒草甸Alpinemeasow
披碱草犈.犱犪犺狌狉犻犮狌狊 QHHM 3470 34°43′19″ 100°42′49″ 路边Roadside
垂穗披碱草犈.狀狌狋犪狀狊 QHHC 3487 34°42′36″ 100°42′37″ 高寒草甸Alpinemeadow
青海玛沁东倾沟乡
Dongqinggoutown,Maqin
county,Qinghaiprovince
垂穗披碱草犈.狀狌狋犪狀狊 QMDC1 3838 34°29′28″ 100°09′32″ 高寒草甸Alpinemeadow
青海披碱草犈.犵犲犿犻狀犪狋狌狊 QMD(W1)3908 34°29′42″ 100°09′47″ 灌丛草地Rangelandwithshrubs
垂穗披碱草犈.狀狌狋犪狀狊 QMDC2 3916 34°40′27″ 100°24′52″ 高寒草甸Alpinemeadow
青海玛沁下达武 Xiada
wutown,Maqincounty,
Qinghaiprovince
青海披碱草犈.犵犲犿犻狀犪狋狌狊 QMX(W)4010 35°02′05″ 99°12′38″ 灌丛草地Rangelandwithshrubs
垂穗披碱草犈.狀狌狋犪狀狊 QMXC 3724 35°02′05″ 99°12′38″ 河漫滩Swampalongtheriver
垂穗披碱草犈.狀狌狋犪狀狊 QMHC 3867 34°32′06″ 100°25′16″ 高寒草甸Alpinemeadow
短芒披碱草犈.犫狉犲狏犻犪狉犻狊狋犪狋狌狊 QMHD 3628 34°32′06″ 100°25′14″ 山坡草地Sloperangeland
青海兴海鄂拉山
Elashan,Xinghaicoun
ty,Qinghaiprovince
青海披碱草犈.犵犲犿犻狀犪狋狌狊 QXE(W) 4034 35°27′44″ 99°29′12″ 河漫滩Swampalongtheriver
短芒披碱草犈.犫狉犲狏犻犪狉犻狊狋犪狋狌狊 QXED 4186 35°27′41″ 99°29′13″ 水蚀沟内Ditcherodedbywater
311第17卷第6期 草业学报2008年
1.2 植物材料的培养
种子采收后在中国农业大学校园进行盆栽试验,播种时间为2003年10月2日,每个材料3盆,每盆定苗10
株。盆的大小为25cm(上口直径)×17cm(下口直径)×29cm(高)。土壤的理化性质为pH 值7.13,有效磷
69.92mg/kg,有效钾276mg/kg,全氮0.74%,全磷2.94%,有机质4.05%。
1.3 SSR扩增
1.3.1 植物总DNA提取 在披碱草属植物生长至二叶一心期,剪去0.5g左右新鲜叶片用液氮速冻后研成粉
末,置于1.5mL离心管中在-80℃冰箱保存。根据 Doyle[7]的方法进行DNA提取。
1.3.2 SSR引物 试验选择2类引物,一类是来自于披碱草属植物基因组的14条引物:7条来自于犬草(犈.
犮犪狀犻狀狌狊)(缩写为ECGA)[8],7条来自于阿拉斯加披碱草(犈.犪犾犪狊犽犪狀狌狊)基因组(缩写为EAGA)[9];另一类来自
于小麦基因组的8条引物(缩写为 WMS)[1,10],具体见表2。
1.3.3 PCR反应体系和程序 所有PCR反应在PTC200的PCR仪上进行,不同引物采用不同的反应体系和
程序。PCR反应物在冷却后加1/5体积的上样缓冲液在95℃变性5min,然后迅速在-80℃冷却备用。
表2 试验所选用引物
犜犪犫犾犲2 犈犾狔犿狌狊犪狀犱犜.犪犲狊狋犻狏狌犿犿犻犮狉狅狊犪狋犲犾犻狋犲狆狉犻犿犲狉狊狌狊犲犱犻狀狋犺犻狊狊狋狌犱狔
引物
Primers
重复序列
Repeats
序列
Sequence(5′→3′)
等位基因数
Numberof
aleles
预期大小
Expected
size(bp)
退火温度
Tm
(℃)
ECGA22 (CT)27 GAAGGTGACTAGGTCCAACATAGTCTCGGTCAGGCTC 13 166 54
ECGA114 (TC)15 CTTATATCTTGTGGGTTATCATGATCTGATACGTGACATCTCA 8 129 54
ECGA4 (AT)16 TGATCAAGAAGAGGAACATGATAAGATCGTGACTCTCCT 3 146 52
ECGA89 (GA)17 TTAGCTCTTTACTTATTCAAACTCCTATGATCAAGCACAAG 1 232 54
ECGA210 (GA)22 CGACAACTAGTGGATCAAAGAAGTACTCTCGAGAAGCTT 6 196 54
ECGT36 (GT)18 TCACAGAGTGATTACATGCGACATGTAACTGGAGTCGAGC 1 195 54
ECGA125 (AG)23 TGCTTCCAACTTGCTCATGCATCTGTGTGTCCACA 10 204 54
EAGA13 A8G(GA)27 ACACACTGAGACTGCTTTGTCATGCGAAGGTTGAGTTATGCT 8(3) 133 52
EAGA51 (AG)15 TCCACTGTGCTACTTCTAGCTAACTGAATGAATGTGTGCAGT 4(2) 206 52
EAGA101 (TC)22 GATGATGTCAATATGCTGCAATAGGCCAGACTTATGAACACTATT 5(3) 159 52
EAGA74 (CT)14(ATCT)5
(CT)3
AGGTTGTATCTGCTGATACGATCTGCAAGTCGAGCTGTCACTAG 6(4) 153 52
EAGA102 (TCCC)2(TC)21
(AC)10
CACAACCGTGGCAGTGGTTCAACATTCAAATTTGGCAGAC 7(6) 159 52
EAGA103 (GA)21 GACTGCTAAACTAACAACAAAACTATCTCACACTGGCTCATGTC 10(4) 122 52
EAGA104 (AG)4(GA)14 AGCCAGACACAAGTGACTATGGACTACGGTCCATAGATAGTATCT 5(4) 143 52
WMS37 (AG)8GG(AG)21 ACTTCATTGTTGATCTTGCATCGACGAATTCCCAGCTAAAC 7DL 193 60
WMS2 (CA)18 CTGCAAGCCTGTGATCAACTCATTCTCAAATGATCGAACA 2AS 132 50
WMS43 (CA)22 CACCGACGGTTTCCCTAGAGTGGTGAGTGCAAATGTCATGTG 7BL 180 60
WMS44 (GA)28 GTTGAGCTTTTCAGTTCGGCACTGGCATCCACTGAGCTG 7DS 182 60
WMS46 (GA)2GC(GA)33 GCACGTGAATGGATTGGACTGACCCAATAGTGGTGGTCA 7BS 187 60
WMS47 (CT)7TT(CT)16 TTGCTACCATGCATGACCATTTCACCTCGATTGAGGTCCT 2B 166 60
WMS106 (GA)24 CTGTTCTTGCGTGGCATTAAAATAAGGACACAATTGGGATGG 1DS 81 60
WMS159 (GT)15 GGGCCAACACTGGAACACGCAGAAGCTTGTTGGTAGGC 5DS 187 60
411 ACTAPRATACULTURAESINICA(Vol.17,No.6) 12/2008
反应体系和反应程序:来自于披碱草属植物基因组的14条引物,其中来自于犬草引物的PCR反应体系采用
文献[8]的方法,7条来自于阿拉斯加披碱草基因组的引物采用文献[9]的方法;另一类是来自于小麦基因组的8
条引物采用文献[1]和[10]的方法。
1.4 变性聚丙烯酰胺凝胶电泳和染色
制备6%变性聚丙烯酰胺凝胶(电泳电压300V,1×TAE电泳4~5h),用0.2%硝酸银染色,胶版用凝胶成
像系统扫描成像。
1.5 数据统计和处理
每个样品的电泳条带按有或无记录,电泳条带存在时赋值1,无则赋值0,无记为缺失,用“.”表示。采用
Popgen1.31软件进行SSR的数据处理,多态位点百分率犘=(多态位点数/检测位点数)×100%。某位点基因
频率=所有参试的样品中出现某一个等位变异之和/该位点所有等位变异的数×100%。遗传多样性(geneticdi
versity)指数:犎犲=1-∑犡犻2,式中,犡犻是犻等位基因的频率[11]。Shannon’s指数[12]:犐=∑犺/狉,式中,狉为检测的
位点数。
2 结果
2.1 不同来源引物的扩增结果
为了验证不同来源SSR引物在披碱草属各种群
之间的微卫星(SSR)变异,用14个来自于不同试验材
料的2种披碱草(犬草和阿拉斯加披碱草)的微卫星引
物和8个来自于小麦的引物进行跨种扩增,扩增结果
见表3。其中来自于披碱草的6(43%)条引物和小麦
的5(63%)条引物扩增出稳定可靠的扩增结果,分别
是ECGA22、ECGA13、ECGA101、EAGA51、ECGA41、
ECGA114、WMS43、WMS47、WMS44、WMS159 和
WMS106,以上引物的扩增片段主要集中在100~500
bp。
2.2 多个位点的等位基因数目和多态性
11个微卫星标记共有38个等位基因编码(表4),
每个位点有1~8个等位基因。最多的ECGA22扩增
出8条带,WMS47和 WMS159都只有一条带,平均
每个标记扩增出3.5条带。来自于披碱草属植物的引
物平均扩增出4.5条带,而来自于小麦的微卫星引物
为2.2条带。同一位点不同等位基因在不同种间出现
的频率差异很大,但也发现某些种,甚至整个披碱草属
的共有带。短芒披碱草有6条,老芒麦4条,垂穗披碱
草5条,圆柱披碱草3条,紫芒披碱草3条,披碱草4
条,青海披碱草15条,黑紫披碱草12条,无芒披碱草
21条,但在每一种共有带里面没有发现哪条是这个种
特有的带。
等位基因变异的多态性带数和百分率不仅可以反
应植物的多态性指数,而且可以评价引物反应多样性
信息量的多少。披碱草属11个微卫星位点38个等位
基因变异的多态性带数和百分率,在不同披碱草中同
一位点多态性很不均匀,ECGA22位点扩增出来带数
表3 9种披碱草属植物种的犛犛犚扩增结果
犜犪犫犾犲3 犚犲狊狌犾狋狊狅犳犮狉狅狊狊狊狆犲犮犻犲狊犪犿狆犾犻犳犻犮犪狋犻狅狀狅犳犿犻犮狉狅狊犪狋犲犾犻狋犲狊
犳狉狅犿犈犾狔犿狌狊狊狆犲犮犻犲狊犪狀犱犜.犪犲狊狋犻狏狌犿
引物Primers 1 2 3 4 5 6 7 8 9
ECGA22 + + + + + + + + +
ECGA114 + + + + + + + + +
ECGA41 + + + + + + + + +
ECGA89 - + - - - - - - -
ECGA210 - - - - + - - - -
ECGT36 - - + - - - - - -
ECGA125 - - - - - - - - -
EAGA13 + + + + + + + + +
EAGA51 + + + + + + + + +
EAGA101 + + + + + + + + +
EAGA74 - - + - - - - + -
EAGA102 + + + - - - + - -
EAGA103 - - - + - - - - -
EAGA104 + + - + - + + - +
WMS2 - - + - - - - - -
WMS37 - - - + - - - - -
WMS43 + + + + + + + + +
WMS44 + + - + + - + - -
WMS46 + + + + + + + + +
WMS47 + + + + + + + + +
WMS106 + + + + + + + + +
WMS159 + + + + + + + + +
注:1~9分别代表短芒披碱草、老芒麦、垂穗披碱草、圆柱披碱草、紫
芒披碱草、披碱草、青海披碱草、黑紫披碱草和无芒披碱草;+ 表示有
扩增结果,- 表示没有扩增结果。
Note:Number1-9denote犈.犫狉犲狏犻犪狉犻狊狋犪狋狌狊,犈.狊犻犫犻狉犻犮狌狊,犈.狀狌
狋犪狀狊,犈.犮狔犾犻狀犱狉犻犮狌狊,犈.狆狌狉狆狌狉犪狉犻狊狋犪狋狌狊,犈.犱犪犺狌狉犻犮狌狊,犈.犵犲犿犻狀犪
狋狌狊,犈.犪狋狉犪狋狌狊,犈.狊狌犫犿狌狋犻犮狌狊respectively;+indicatessuccessfulam
plificationofPCRproduct,-indicatesnonsuccessfulamplificationof
PCRproduct.
511第17卷第6期 草业学报2008年
表4 等位基因变异的多态性带数和多态性百分数
犜犪犫犾犲4 犖狌犿犫犲狉狊犪狀犱狆犲狉犮犲狀狋犪犵犲狊狅犳狆狅犾狔犿狅狉狆犺犻犮犪犾犲犾犲
引物
Primers
1
带数
Bands
百分率
Percentage
(%)
2
带数
Bands
百分率
Percentage
(%)
3
带数
Bands
百分率
Percentage
(%)
4
带数
Bands
百分率
Percentage
(%)
5
带数
Bands
百分率
Percentage
(%)
6
带数
Bands
百分率
Percentage
(%)
7
带数
Bands
百分率
Percentage
(%)
所有种群
Alpopulations
带数
Bands
百分率
Percentage
(%)
ECGA22 7 88 7 88 5 63 4 50 7 88 6 75 5 63 8 100
ECGA13 5 100 4 80 5 100 0 0 5 100 0 0 0 0 5 100
ECGA101 3 100 1 33 2 67 3 100 3 100 3 100 1 33 3 100
EAGA51 5 100 5 100 5 100 2 40 5 100 3 60 2 40 5 100
ECGA41 1 33 2 67 1 33 2 67 2 67 1 33 0 0 2 67
ECGA114 3 100 3 100 3 100 2 67 3 100 3 100 0 0 3 100
WMS43 2 75 4 100 4 100 2 50 4 100 3 75 4 100 4 100
WMS47 1 100 1 100 1 100 0 0 1 100 1 100 0 0 1 100
WMS44 2 67 2 67 3 100 2 67 2 67 3 100 0 0 3 100
WMS159 1 100 1 100 0 0 1 100 0 0 1 100 0 0 1 100
WMS106 1 50 2 100 2 100 1 50 2 100 2 100 1 50 2 100
总带数
Total
27 71 30 79 31 82 8 21 30 79 26 68 13 34 37 97
注:表头数字1~7代表如表3。
Note:Number1-7denotethesameasthetable3.
最多之外,等位基因的多态百分数也普遍很高,均在50%以上。ECGA114、EAGA51和 WMS43也是多态率比
较高的位点(图1),除了青海披碱草之外,其他披碱草植物多数种均表现出丰富的等位基因变异。通过单独采用
这4个位点等位基因数据对供试材料进行亲缘关系分析,基本能够把我国9种披碱草属植物区分开,构建出不同
披碱草属植物的微卫星指纹图谱。
2.3 披碱草属和种水平上的遗传多样性
不同的披碱草属植物种间遗传多样性变化较大,而且不同来源的引物检测的遗传多样性也有很大的波动,
Nei’s基因多样性和Shannon’s信息指数分别为0~0.5和0~0.6931。但总体来说,披碱草属植物引物检测到
更高而且稳定的遗传多样性指数,高于或接近所有引物的检测结果(表5)。
从披碱草属水平的基因多样性指数和基因流(表6)可以看出,多样性指数在多个位点有一定的变化,分别为
0.1800~0.4988和0.3251~0.6919,WMS159多样性指数最低,WMS47最高,多个位点平均0.3812和
0.5619。从引物角度来比较,虽然多样性指数最低和最高都出现在小麦引物里面,但总体水平披碱草引物的多
样性指数要略高于小麦。在反映种内和种间的遗传多样性变异结构方面,多个引物具有很好的一致性。所有引
物检测的结果是:大多数基因多样性存在种内,占总变异的75.74%。在本研究中的多个SSR位点均具有较高的
基因流,ECGA13基因流最大(3.3542),而 WMS47最小(0.9287),所有引物检测的基因流为1.5613。不同来
源引物所检测的基因流明显不同,披碱草属的引物反映了较强的基因流(2.1312),高于小麦(1.7714)和全部引
物的检测水平(表6)。
3 讨论
3.1 不同来源的微卫星引物通用性和遗传效率
在同一科和族、不同属和种间共用SSR引物的思路和方法,利于在不同物种间互相利用遗传信息,特别是将
模式物种的研究结果引入其他遗传组成复杂、操作难度大的物种中去。根据所测的序列设计SSR引物,理论上
611 ACTAPRATACULTURAESINICA(Vol.17,No.6) 12/2008
图1 引物犈犆犌犃22和 犠犕犛43的扩增结果
犉犻犵.1 犈犾犲犮狋狉狅狆犺狅狉犲狊犻狊狅犳犪犿狆犾犻犳犻犲犱犫犪狀犱狊犫狔狆狉犻犿犲狉狊犈犆犌犃22犪狀犱犠犕犛43
泳道的样品分别是:1.GJLY;2.HYZK;3.GJC;4.GHL(1);5.QXE(W);6.QM3;7.QMDC2;8.GJLZ;9.QHHM;10.QMD(Wl);11.QMX(W);
12.GHL(2);13.HYZH;14.GJM;15.HYL;16.QMDP;17.GHC;18.HGY(K);19.QMHD;20.HGZ(1)Samplesinlanesfrom1to20areGJLY,
HYZK,GJC,GHL(1),QXE(W),QM3,QMDC2,GJLZ,QHHM,QMD(Wl),QMX(W),GHL(2),HYZH,GJM,HYL,QMDP,GHC,HGY
(K),QMHDandHGZ(1),respectively
表5 不同披碱草种水平上的多样性指数
犜犪犫犾犲5 犇犻狏犲狉狊犻狋狔犻狀犱犲狓犪狋犈犾狔犿狌狊狊狆犲犮犻犲狊犾犲狏犲犾
引物
Primers
垂穗披碱草
犈.狀狌狋犪狀狊
犎犲 犐
紫芒披碱草
犈.狆狌狉狆狌狉犪狉犻狊狋犪狋狌狊
犎犲 犐
短芒披碱草
犈.犫狉犲狏犻犪狉犻狊狋犪狋狌狊
犎犲 犐
老芒麦
犈.狊犻犫犻狉犻犮狌狊
犎犲 犐
圆柱披碱草
犈.犮狔犾犻狀犱狉犻犮狌狊
犎犲 犐
披碱草
犈.犱犪犺狌狉犻犮狌狊
犎犲 犐
青海披碱草
犈.犵犲犿犻狀犪狋狌狊
犎犲 犐
ECGA22 0.26540.3837 0.34720.5085 0.26390.4175 0.38780.5529 0.22220.3183 0.33330.4774 0.25000.3466
ECGA13 0.44440.6365 0.31110.4878 0.34440.5250 0.19590.3281 0 0 0 0 0 0
ECGA1010.29630.4243 0.38890.5745 0.42590.6123 0.08160.1367 0.44440.6365 0.44440.6365 0 0
EAGA51 0.31600.4888 0.43330.6220 0.42220.6106 0.27760.4477 0.17780.2546 0.26660.3819 0.30000.4159
ECGA41 0.24690.3435 0.36110.5436 0.22220.3183 0.36740.5465 0.44440.6365 0.22220.3183 0.25000.3466
ECGA1140.44440.6365 0.33330.5126 0.50000.6931 0.46260.6547 0.29630.4243 0.44440.6365 0.50000.6931
所有披碱草引物Primersfrom犈犾狔犿狌狊species
0.33240.4833 0.36110.5371 0.35260.5220 0.30140.4527 0.22220.3183 0.27350.3917 0.21150.2932
WMS47 0.44440.6351 0.43060.6183 0.18060.2718 0.44900.6406 0.22220.3183 0.33330.4774 0 0
WMS44 0.34570.5297 0.50000.6931 0.27780.4506 0.40820.5983 0 0 0.44440.6365 0.50000.6931
WMS159 0.37860.5574 0.29630.4243 0.29630.4243 0.29930.4271 0.29630.4243 0.44440.6365 0 0
WMS106 0 0 0 0 0.27780.4506 0.24490.4101 0.44440.6365 0.44440.6365 0 0
所有小麦引物Primersfrom犜.犪犲狊狋犻狏狌犿
0.19750.3488 0.44440.6365 0.13890.2253 0.24490.4101 0.22220.3183 0.44440.6365 0 0
所有引物Alprimers
0.33230.4866 0.36190.5318 0.31380.4671 0.31550.4714 0.22820.3269 0.31230.4473 0.16220.2248
犎犲:基因多样性指数Nei’s[11]genediversity,犐:Shannon’s指数Shannon’sinformationindex[12].
711第17卷第6期 草业学报2008年
表6 披碱草属水平上的多样性指数和基因流
犜犪犫犾犲6 犇犻狏犲狉狊犻狋狔犻狀犱犲狓犪狀犱犵犲狀犲犳犾狅狑犪狋犈犾狔犿狌狊犾犲狏犲犾
引物Primers 样本数Samplenumber 犺(犎狋) 犐 犎狊 犌狊狋 犖犿
ECGA22 40 0.3844 0.5628 0.2890 0.2472 1.8828
ECGA13 40 0.2685 0.4391 0.2326 0.1338 3.3542
ECGA101 40 0.3942 0.5755 0.2782 0.2615 1.9269
EAGA51 40 0.4283 0.6166 0.3063 0.2717 1.6130
ECGA41 40 0.3400 0.5091 0.2699 0.2508 1.8232
ECGA114 40 0.4775 0.6704 0.3865 0.1912 2.1873
披碱草引物
Primersfrom犈犾狔犿狌狊species
40 0.3822 0.5622 0.2938 0.2260 2.1312
WMS43 40 0.4628 0.6554 0.3369 0.2748 1.5339
WMS47 40 0.4988 0.6919 0.3242 0.3500 0.9287
WMS44 40 0.3729 0.5536 0.2820 0.2868 1.6552
WMS159 40 0.1800 0.3251 0.1512 0.1601 2.6240
WMS106 40 0.2612 0.4270 0.2086 0.2006 2.1150
小麦引物Primersfrom犜.犪犲狊狋犻狏狌犿 40 0.3552 0.5306 0.2606 0.2545 1.7714
所有引物Alprimers 40 0.3812 0.5619 0.2888 0.2426 1.5613
犐:Shannon’s指数Shannon’sInformationindex[12],犎狋:总基因多样性Totalgeneticdiversity,犎狊:种内基因多样性Geneticdiversitywithinspe
cies,犌狊狋:基因变异系数Coefficientofgeneticvariation,犖犿:基因流Geneflow[犖犿=0.5(1-犌狊狋)/犌狊狋].
用侧翼DNA设计的引物序列来检测近缘种微卫星位点是可行的[6]。侧翼序列的内部起始位点的保守性是跨种
扩增成为可能的重要原因,许多植物种类侧翼序列存在保守性[2],而且已经在实践上得以验证[1~5]。本研究中采
用的披碱草属植物微卫星引物是根据2个物种犬草[8]和阿拉斯加披碱草[9]的重复序列设计的,在披碱草属内的
其他植物也得到很好的应用[4,13,14]。不同属间SSR引物的共享也得到了诸多验证[2,3,5]。本试验采用披碱草属
植物和小麦的微卫星序列在我国9种披碱草属植物进行了遗传学研究,6个(43%)披碱草属和5个(63%)小麦
SSR引物得到成功扩增和较好遗传多样性分析结果,披碱草属SSR引物的成功扩增率与孙建萍和袁庆华[15]的
47.4%接近。在利用小麦SSR引物在披碱草属植物的遗传学研究方面,MacRitchie和Sun[5]利用25个大麦
(犎狅狉犱犲狌犿狏狌犾犵犪狉犲)和3个小麦引物在细茎披碱草(犈.狋狉犪犮犺狔犮犪狌犾狌狊)能够成功应用,其中13个(52%)大麦和2
个(67%)小麦引物在细茎披碱草扩增出稳定、可靠的产物并用以多样性分析。因此,小麦引物在对披碱草属植物
的遗传学研究中有一定的适用性。
本试验中不同SSR位点所检测到的等位变异数目不同,其等位基因数目的变化范围为1~8。不同披碱草在
某个位点的变异较小,说明SSR序列在该位点上进化比较保守,此类SSR对研究披碱草起源进化有一定意义。
遗传多样性指数是决定披碱草属植物种质资源利用和保护很重要的依据[16]。对于等位变异比较大的位点,在揭
示不同披碱草多样性方面有很重要的研究价值。通过比较种内和种间的遗传多样性变异结构发现,多个引物具
有很好的一致性,大多数基因多样性存在种内,占总变异的75.74%。但来自于披碱草属植物的引物所检测等位
基因数目与测序开发引物时预期等位基因数目相差较小,遗传多样性指数较高和更接近研究材料的基因流,因此
亲缘关系更近的引物遗传分析的效率更高。从引物设计的遗传学基础方面分析,本研究采用的小麦引物反映的
是小麦A、B、D基因组的DNA分子标记,而披碱草属引物是基于构成披碱草属St、H、Y基因组的遗传学背景而
设计的,因此更能与供试材料———披碱草属植物全基因组序列匹配而具有更强的遗传学价值。
3.2 SSR引物在物种(品种)指纹分析上的应用
选择遗传多态性高的SSR引物组成核心引物,可以快速、有效地对供试材料进行遗传差异分析。郭海林
等[17]从45对Xgwm系列SSR引物中筛选出2对产物清晰、稳定的引物,建立了11个结缕草(犣狅狔狊犻犪犼犪狆狅狀犻犮犪)
811 ACTAPRATACULTURAESINICA(Vol.17,No.6) 12/2008
优良品系的DNA指纹图谱,并借鉴常规植物分类法,以品系的特征带为依据,从分子的角度将它们与生产上的
主栽品种‘马尼拉’、‘青岛结缕草’和‘兰引3号’结缕草区分开来。魏臻武[18]认为,通过2~3个引物即可鉴别我
国主要苜蓿(犕犲犱犻犮犪犵狅狊犪狋犻狏犪)品种和引进品种,SSR和ISSR指纹图谱可以更好地用于苜蓿品种鉴定和遗传多
样性分析。刘杰等[19]利用SSR标记在玉米(犣犲犪犿犪狔狊)自交系分析中,也筛选出了10对核心引物,并认为不同
的试验材料中有着不同的核心引物,没有必要选择固定核心引物对供试材料进行分析,可选用前人研究中获得较
高遗传多态性的引物进行分析,从而减少引物选择的盲目性,提高试验效率。在本试验中,ECGA22、ECGA114、
EAGA51和 WMS43表达出更强的遗传信息,其中3对来自于披碱草属植物的引物,每个位点可检测到5个以上
等位变异,3个位点混合扩增就有100个以上的组合,而且能检测到更多遗传变异和特异等位基因,能区分出不
同种的差异,相当于一种很好的指纹图谱技术。据此建议,在构建核心引物时应尽可能选择更接近供试材料的引
物进行核心种质的遗传分析。
3.3 其他影响因素
在本试验中,得出披碱草属43%和小麦SSR引物63%的扩增率,并没有得到预期的结果:披碱草属植物的
引物应该具有较高的成功扩增率。试验中发现,披碱草属植物的SSR引物开发比较晚,应用范围相对窄,扩增体
系并不稳定,需要多次的重复和摸索。而相反,小麦的SSR引物反应体系就比较成熟,在试验中就很稳定。上述
情况影响了参试引物扩增的成功率。因此,试验体系的成熟程度也是需要考虑的重要因素之一。亲缘关系是反
映物种本身的遗传关系,但地理来源也是影响分子标记,特别是基于重复序列设计的分子标记的扩增效率[20],因
此选择不同物种间的SSR标记进行跨种间的扩增时,要兼顾二者对分子标记的扩增效率的影响。另外,国际上
普遍采用的是广义披碱草属概念,包括150多种植物,是禾本科最大的属。本试验中的材料是依据我国的分类系
统,即狭义的披碱草属概念,在我国仅包括12个物种,而且国内学者从形态学标记、细胞学标记、生化标记和分子
标记等多个角度并不支持广义的披碱草属概念[21]。不同的分类系统会缩小或放大不同地域分类群的亲缘关系,
地域和分类系统的不统一是值得思考的另外一个问题。
参考文献:
[1] RderMS,PlaschkeJ,KonigS,犲狋犪犾.Abundance,variabilityandchromosomallocationofmicrosatelitesinwheat[J].Mo
lecularandGeneralGenetics,1995,246:327333.
[2] TreurenRV,KuttinenH,KarkkainenK,犲狋犪犾.Evolutionofmicrosatelitesin犃狉犪犫犻狊狆犲狋狉犪犲犪and犃狉犪犫犻狊犾狔狉犪狋犪,outcrossing
relativesof犃狉犪犫犻犱狅狆狊犻狊狋犺犪犾犻犪狀犪[J].MolecularBiologyandEvolution,1997,14:220229.
[3] HernándezP,LaurieDA,MartinA,犲狋犪犾.Utilityofbarleyandwheatsimplesequencerepeat(SSR)markersforgenetica
nalysisof犎狅狉犱犲狌犿犮犺犻犾犲狀狊犲andtritordeum[J].TheoreticalandAppliedGenetics,2002,104:735739.
[4] BockelmannAC,ReuschTBH,BijsmaR,犲狋犪犾.Habitatdifferentiationvs.isolationbydistance:Thegeneticpopulation
structureof犈犾狔犿狌狊犪狋犺犲狉犻犮狌狊inEuropeansaltmarshes[J].MolecularEcology,2003,12:505515.
[5] MacRitchieD,SunGL.Evaluatingthepotentialofbarleyandwheatmicrosatelitemarkersforgeneticanalysisof犈犾狔犿狌狊tra
chycauluscomplexspecies[J].TheoreticalandAppliedGenetics,2004,108:720724.
[6] FitzsimmonsNN,MoritzC,MooreSS.Conservationanddynamicsofmicrosatelitelociover300milionyearsofmarinetur
tleevolution[J].MolecularBiologyandEvolution,1995,12:432440.
[7] DoyleJ.IsolationofplantDNAfromfreshtissue[J].FocusLifeTechnologies,1989,12:1.
[8] SunGL,SalomonB,BothmerRV.Characterizationandanalysisofmicrosatelitelociin犈犾狔犿狌狊犮犪狀犻狀狌狊(Triticeae:犘狅犪犮犲犪犲)[J].
TheoreticalandAppliedGenetics,1998,96:676682.
[9] SunGL,SalomonB,BothmerVR.Characterizationofmicrosatelitelocifrom犈犾狔犿狌狊alaskanusandlengthpolymorphismin
several犈犾狔犿狌狊species(犜狉犻狋犻犮犲犪犲:犘狅犪犮犲犪犲)[J].Genome,1998,41:455463.
[10] PlaschkeJ,GanalM W,RderMS.Detectionofgeneticdiversityincloselyrelatedbreadwheatusingmicrosatelitemarkers[J].
TheoreticalandAppliedGenetics,1995,91:10011007.
[11] NeiM.Analysisofgenediversityinsubdividedpopulations[J].ProceedingoftheNationalAcademyofScience,1973,70:
911第17卷第6期 草业学报2008年
33213323.
[12] LewontinRC.Theapportionmentofhumandiversity[J].JournalofEvolutionaryBiology,1972,6:381398.
[13] SunGL,DíazO,SalomonB,犲狋犪犾.Geneticdiversityandstructureinanatural犈犾狔犿狌狊犮犪狀犻狀狌狊populationfromDenmark
basedonmicrosateliteandisozymeanalysis[J].PlantSystematicsandEvolution,2001,227:235244.
[14] SunGL,SalomonB,BothmerRV.MicrosatelitepolymorphismandgeneticdifferentiationinthreeNorwegianpopulationsof
犈犾狔犿狌狊犪犾犪狊犽犪狀狌狊(Poaceae)[J].PlantSystematicsandEvolution,2002,234:101110.
[15] 孙建萍,袁庆华.利用微卫星分子标记研究我国16份披碱草遗传多样性[J].草业科学,2006,23(8):4044.
[16] 鄢家俊,白史且,马啸,等.川西北高原野生老芒麦居群穗部形态多样性研究[J].草业学报,2007,16(6):99106.
[17] 郭海林,刘建秀,高鹤,等.结缕草属优良品系SSR指纹图谱的构建[J].草业学报,2007,16(2):5359.
[18] 魏臻武.利用SSR、ISSR和RAPD技术构建苜蓿基因组DNA指纹图谱[J].草业学报,2004,13(3):6267.
[19] 刘杰,刘公社,朱至清,等.SSR标记用于玉米自交系遗传变异与优势类群划分的研究[J].西北植物学报,2002,22(4):
741750.
[20] 刘伟,张新全,李芳,等.西南区野生狗牙根遗传多样性的ISSR标记与地理来源分析[J].草业学报,2007,16(3):5561.
[21] 肖海峻,翟利剑,卢宏双,等.小麦族鹅观草属植物研究进展[J].草业科学,2007,24(4):4146.
犈狏犪犾狌犪狋犻狅狀狅犳狌狀犻狏犲狉狊犪犾犻狋狔犪狀犱犲犳犳犻犮犪犮狔狅犳犿犻犮狉狅狊犪狋犲犾犻狋犲犿犪狉犽犲狉狊犪犿狆犾犻犳犻犲犱犻狀犈犾狔犿狌狊狋犪狓犪犳狉狅犿犆犺犻狀犪
YANXuebing1,WANGKun2,ZHOUHe2,WANGChengzhang1,GUOYuxia1
(1.SchoolofAnimalScienceandVetinaryofHenanAgriculturalUniversity,Zhengzhou450002,
China;2.GrasslandInstituteofChinaAgriculturalUniversity,Beijing100094,China)
犃犫狊狋狉犪犮狋:Microsatelitemarkersfromrelatedspeciesarecommonlyusedinplantgenetics,butmuchunpredict
abilityexists.Differentsourcesofmicrosatelitemarkerswereamplifiedinnine犈犾狔犿狌狊speciesinChina.Re
sultsindicatedthatsix犈犾狔犿狌狊andfive犜狉犻狋犻犮狌犿犪犲狊狋犻狏狌犿 markershadstablePCRamplificationandgavebet
tergeneticanalyticalanalysis.LociECGA22、ECGA114、EAGA51andWMS43werehighlyinformativeand
helpfulinconstructionofhighresolutiongeneticfingerprintsof犈犾狔犿狌狊taxafromChina.Therewerefew
differencesinalelenumbersbetweenthisresearchandthatinformerpublicationsusinghighergeneticindexes
andsimilargeneflowtothematerialsusedinthisstudy.Thissuggeststhatmorehomologousprimersareeven
moreefficient.
犓犲狔狑狅狉犱狊:microsatelitemarker(SSR);犈犾狔犿狌狊;genetics;universality;efficacy
021 ACTAPRATACULTURAESINICA(Vol.17,No.6) 12/2008