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Genetic diversity of Hemarthria compressa germplasms from southwestern China based on EST-SSR markers

利用EST-SSR标记分析西南扁穗牛鞭草种质的遗传多样性



全 文 :书利用犈犛犜-犛犛犚标记分析西南扁穗牛鞭草
种质的遗传多样性
陈永霞1,2,张新全1,谢文刚1,马啸1,刘影1
(1.四川农业大学草业科学系,四川 雅安625014;2.西昌学院,四川 西昌615000)
摘要:利用禾谷作物EST-SSR标记对采自我国西南地区的40份野生扁穗牛鞭草和3份扁穗牛鞭草国审品种的
遗传变异和亲缘关系进行了研究。试验筛选出23对引物对43份供试材料进行扩增,共获得323条带,其中多态性
条带261条,多态性条带比率(PPB)达80.4%,多态信息含量(PIC)为0.354~0.500,平均值为0.474,遗传相似系
数(GS)为0.690~0.913,表现出丰富的遗传多样性。聚类分析结果表明,各供试材料间的聚类与其地理来源及形
态特征具有一定的相关性。5个扁穗牛鞭草地理类群间的分子方差分析(AMOVA)揭示了供试的扁穗牛鞭草类群
内的遗传变异占总变异的95.32%,类群间变异占总变异的4.68%。表明禾谷作物的EST-SSR能用于扁穗牛鞭
草遗传多样性研究,是一种有效的分子标记。本研究结果为扁穗牛鞭草种质的收集、利用及育种提供了理论依据。
关键词:扁穗牛鞭草;EST-SSR;遗传多样性
中图分类号:S81205;Q943  文献标识码:A  文章编号:10045759(2011)06024509
  简单序列重复(singlesequencerepeats,SSR),又称微卫星DNA,是由1~6个碱基组成串联重复的DNA序
列,广泛应用于遗传图谱构建、种质鉴定和分子标记辅助育种等领域。由于引物开发成本高,目前,仅有小麦
(犜狉犻狋犻犮狌犿犪犲狊狋犻狏狌犿)、玉米(犣犲犪犿犪狔狊)等农作物及模式植物开发了SSR引物,在草上应用较少,仅应用于柱花草
(犛狋狔犾狅狊犪狀狋犺犲狊犵狌犻犪狀犲狀狊犻狊)[1]、紫花苜蓿(犕犲犱犻犮犪犵狅狊犪狋犻狏犪)[2]、披碱草(犈犾狔犿狌狊犱犪犺狌狉犻犮狌狊)[3]、鸭茅(犇犪犮狋狔犾犻狊
犵犾狅犿犲狉犪狋犪)[4]等少数草类。
EST-SSR(expressedsequencetagsSSR)是存在于表达序列标签(expressedsequencetags)中的简单重复
序列[5],具有SSR多态信息含量高、重复性好和特异性强等特点[6]。由于EST-SSR侧翼序列在物种之间高度
保守,EST-SSR标记可在不同物种之间通用[710]。Mian等[6]和 Wang等[11]的研究证实,禾谷作物的EST-
SSR引物可用于禾本科草资源的遗传多样性研究及遗传图谱构建,且在竹子(犃狉狌狀犱犻狀犪狉犻犪)[12]、柳枝稷(犘犪狀犻
犮狌犿狏犻狉犵犪狋狌犿)[13]、鸭茅[14]、黑麦草(犔狅犾犻狌犿)[15]等植物上成功应用。
扁穗牛鞭草(犎犲犿犪狉狋犺狉犻犪犮狅犿狆狉犲狊狊犪)为禾本科牛鞭草属多年生暖季型优良饲草,是我国南方发展草地畜牧
业的骨干草种,在长江中下游各省推广百万余亩[16],取得显著的经济和生态效益。同时,在环境绿化、生态治理
上显示出广阔的应用前景[17,18]。我国西南地区地貌复杂,气候类型多样,蕴藏着丰富的野生扁穗牛鞭草资源。
但目前对野生扁穗牛鞭草种质的遗传背景及分子遗传分析方面研究报告较少,仅采用AFLP(amplifiedfragment
lengthpolymorphism,扩增片段长度多态性)[19]、ISSR(intersimplesequencerepeat,简单序列重复区间)[20,21]、
SRAP(sequencerelatedamplifiedpolymorphism,相关序列扩增多态性)[22]等对其进行研究。可用的标记有限,
亟需开发新的标记。在Genebank数据库上没有关于牛鞭草的任何基因信息,不能开发EST-SSR引物。
鉴于此,本研究选用禾谷作物的EST-SSR引物对来自我国西南区不同生态类型的扁穗牛鞭草基因组
DNA进行扩增,分析其遗传多样性,目的在于探讨禾谷作物EST-SSR引物用于扁穗牛鞭草的可行性,并为扁
穗牛鞭草种质资源的收集利用和新品种选育提供理论依据。
第20卷 第6期
Vol.20,No.6
草 业 学 报
ACTAPRATACULTURAESINICA   
245-253
2011年12月
 收稿日期:20100915;改回日期:20101103
基金项目:国家科技支撑计划(2011BAD17B03)和科技部农转资金(2010GB2F000402)资助。
作者简介:陈永霞(1978),女,四川西昌人,讲师,在读博士。Email:chyongxia@126.com
通讯作者。Email:zhangxq@sicau.edu.cn
1 材料与方法
1.1 供试材料
供试材料为四川农业大学收集保存的野生扁穗牛鞭草无性系40份(表1),其中重庆10份、四川24份、贵州
5份、云南2份及“广益”、“重高”、“雅安”3个国审品种,保存于四川农业大学教学农场种质资源圃。
表1 扁穗牛鞭草无性系来源
犜犪犫犾犲1 犛狅狌狉犮犲狅犳狋犺犲犮犾狅狀犲狊狅犳犎.犮狅犿狆狉犲狊狊犪犮犾狅狀犲狊
编号
Code
来源地
Origin
地理类群
Geographicgroups
编号
Code
来源地
Origin
地理类群
Geographicgroups
H002 重庆Chongqing CQ H037 四川达县 Daxian,Sichuan SCPZ
H003 四川雅安 Ya’an,Sichuan SCPZ H038 重庆梁平Liangping,Chongqing CQ
H004 四川名山 Mingshan,Sichuan SCPZ H039 重庆垫江 Dianjiang,Chongqing CQ
H005 四川雅安 Ya’an,Sichuan SCPZ H040 重庆涪陵Fuling,Chongqing CQ
H007 四川洪雅 Hongya,Sichuan SCPZ H041 贵州独山 Dushan,Guizhou GZ
H009 四川洪雅 Hongya,Sichuan SCPZ H043 贵州独山Dushan,Guizhou GZ
H010 重庆南山 Nanshan,Sichuan CQ H044 贵州独山Dushan,Guizhou GZ
H011 南充嘉陵江Jialingriver SCPZ H045 贵州荔波Libo,Guizhou GZ
H014 四川大邑 Daye,Sichuan SCPZ H047 贵州荔波Libo,Guizhou GZ
H016 四川眉山 Meishan,Sichuan SCPZ H048 云南巧家 Qiaojia,Yunnan YN
H017 四川乐山Leshan,Sichuan SCPZ H049 云南巧家Qiaojia,Yunnan YN
H019 四川雅安 Ya’an,Sichuan SCPZ H050 四川宁南 Ningnan,Sichuan SCPX
H021 四川绵阳 Mianyang,Sichuan SCPZ H052 四川自贡Zigong,Sichuan SCPZ
H023 四川绵阳 Mianyang,Sichuan SCPZ H053 四川自贡Zigong,Sichuan SCPZ
H025 四川绵阳 Mianyang,Sichuan SCPZ H054 四川乐山Leshan,Sichuan SCPZ
H026 四川宁南 Ningnan,Sichuan SCPX H056 重庆江津Jiangjin,Chongqing CQ
H028 四川宁南Ningnan,Sichuan SCPX H057 重庆大足 Dazu,Chongqing CQ
H029 四川宁南Ningnan,Sichuan SCPX H060 四川西昌 Xichang,Sichuan SCPX
H030 四川宜宾 Yibin,Sichuan SCPZ GY 四川雅安 Ya’an,Sichuan SCPZ
H033 重庆万洲 Wanzhou,Chongqing CQ YA 四川雅安 Ya’an,Sichuan SCPZ
H034 重庆梁平Liangping,Chongqing CQ CG 四川雅安Ya’an,Sichuan SCPZ
H035 重庆梁平Liangping,Chongqing CQ
 CQ:重庆 Chongqing;SCPZ:四川盆周山区 ThemountainareasaroundtheSichuan;SCPX:四川攀西地区 Panxiregion,Sichuan;GZ:贵州
Guizhou;YN:云南 Yunnan;GY:广益Guangyi;YA:雅安Ya’an;CG:重高Chonggao.
1.2 方法
1.2.1 DNA提取 2010年5月,取扁穗牛鞭草幼嫩叶片,按植物基因组DNA提取试剂盒(北京天根生物公司)
说明书提取DNA,用0.8%的琼脂糖凝胶检测DNA质量,合格DNA样品于-20℃保存。
1.2.2 EST-SSR引物的筛选 根据 Wang等[11]的报道,选取47对EST-SSR引物,其中来自玉米24对、水
稻(犗狉狔狕犪狊犪狋犻狏犪)12对、高粱(犛狅狉犵犺狌犿狏狌犾犵犪狉犲)11对,所有引物由上海生工合成。利用 H050、“广益”、“雅安”3
份材料对所有47对EST-SSR引物进行筛选,选择条带清晰,多态性好的23对EST-SSR引物(表2),再对所
有扁穗牛鞭草材料基因组DNA进行扩增。
1.2.3 PCR扩增及产物检测 PCR反应体系(20μL)包括DNA20ng、引物0.8mmol/L、Taq酶1U、dNTP
0.1mmol/L、MgCl20.75mmol/L,1×PCRbuffer10μL,用灭菌水补足20μL。PCR程序
[11]为:94℃预变性4
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min;94℃变性1min,50℃复性30s,72℃延伸40s,共10个循环;94℃变性1min,45℃复性30s,72℃延伸40s,
共35个循环;72℃延伸10min;4℃保存。在bioradicyclePCR仪上进行PCR扩增。用6%的变性聚丙烯酰胺
凝胶(丙烯酰胺∶甲叉=19∶1,7.5mol/L尿素,1×TBE缓冲液)在北京六一电泳仪厂的DYY6C电泳仪上400
V恒压电泳,至指示带距胶底部3~5cm,停止电泳;0.1% AgNO3 染色,NaOH溶液中显影;照相观察并记录结果。
表2 引物信息表
犜犪犫犾犲2 犐狀犳狅狉犿犪狋犻狅狀狅犳犈犛犜-犛犛犚狆狉犻犿犲狉狊
引物编号Code EST登录号ESTmarkerNo. 上游引物Fprimer 下游引物Rprimer
M4 AI691437 CACAACTCCATCAGAGGACAGAGA CTGCTACGACATACGCAAGGC
M7 AW067031 CTCGATAGCTCTTGCTGCTTCCTC CAACACCAGCCCTACCCAGA
M8 AW091461 TAAAGCTATGATGGCACTTGCAGA CATATTTGCCTTTGCCCTTTTGTA
M10 AW067275 TAACTACTACACCACTCGCGCAAA GTGTCGTGTTGGGAGAACATGAG
M11 AW330738 GTGGCATTTTTATCTGCAACACAG TGTAACTTAATCGTCGGCAGAACC
M16 AJ011615 TTTCATGTGCTTGCAGAGTTTGAC GTCATGCAAGTATCCGCTGTCTT
M17 AI948008 AAGAAAACAGGTAACGGGCATGTA TGGAATTCTTCTGACTACCCCAAG
M26 AF019146 CTGTCGTAAGAGGCCAACAG TCTGAACGATGAACAGTACACGC
M31 AI855352 GAAGTCGCGATGAGAACGTAACC GCTAGCTAGTGTGAGTTCTTCCGC
M34 AI770592 GCATCTGTAGCCTTTTTGTGTGTG CTCAGCTTGCAGGTTATCGCTT
M36 AW400071 CAGAACAACAACCAGAACCAGAAG CCATTAGCCATCTTGGCGTT
M37 AW424565 AGACGAACCCACCATCATCTTTC CGCTTGGCATCTCATGTATATCT
M48 AI854917 TGGACGATCTGCTTCTTCAGG GAAGGCTTCTTCCTCGAGTAGGTC
R2 AA753906 AAGTCCGTCGACAGGATGAG GCTGCTCTTCCTTGTGGCTA
R5 AU030789 AGCAATGAGGCAGTTCGTCT AGCATGAAGTGCATGACCC
R34 BI802494 GGCTGTGCCCAAATACAAGT AGCAAGCTTCTGTGGGTGTT
R38 BM420928 GTCATCTACCACACCCAGCC CTTGGTCCAACCCGAACTTA
S9 CNL168 GGAGCTGAGGATCGAGAGTG AGTCGGAACTTTGAGGACGA
S13 CNL172 CGCAAGGCAACATCAGTATC TCAGGAGGAGTCGAGCATCT
S17 CNL176 GCCATGAGCTACCAAGCAG GTCGTCGTCCTCGAAGCA
S21 CNL180 CACAATAATGATCCCACCA GTAGTCCTCCAGCAGGATCG
S24 CNL183 AGGGAAGGAACCAAGACCAT CTCAGTCACCTCCACCGAAG
S27 CNL186 GGGATTTGGGGAATTTGGATTT ATCGACTGGTAGAATCAACG
 M:玉米 Maize;R:水稻 Rice;S:高粱Sorghum.
1.3 统计分析
在相同迁移位置,对强带和清晰弱带进行统计,有带记为“1”,无带记为“0”,建立原始矩阵。根据表征矩阵,
统计SSR扩增产物的条带总数和多态性条带数,计算多态性条带所占的比率(PPB)和引物多态性信息含量
(PIC)[23],犘犐犆犻=2犳犻(1-犳犻),式中,犘犐犆犻表示引物犻的多态性信息含量,犳犻表示有带所占的频率,(1-犳犻)表示
无带所占的频率。使用NTSYS2.1计算Nei-Li遗传相似系数(Gs),犌狊犻犼=犪/(犪+犫+犮),犌狊犻犼是个体犻和犼的遗
传相似性系数,犪为两个体的共享片段数,犫和犮为犻个体和犼个体各自拥有的多态片段数。根据相似性系数进行
UPGMA(unweightedpairgroupmethodanalysis)聚类分析,构建系统树[24]。
在HardyWeinberg平衡的基础上,采用POPGENE1.31计算各地理类群 Nei基因多样性指数(犎、犐)和
Nei氏无偏估计的遗传一致度与遗传距离,再用NTSYS2.1绘制 UPGMA聚类图[25]。用AMOVA1.55分析
计算地理类群内和地理类群间的变异分布[26]。
742第20卷第6期 草业学报2011年
2 结果与分析
2.1 EST-SSR扩增的多态性
试验利用筛选出的23对来自高粱、玉米、水稻的EST-SSR引物,对43份供试材料基因组DNA进行扩增,
共得到323条清晰可辨的条带(图1),其中多态性条带261条,多态性条带比率达80.4%。单对引物扩增条带数
变幅为7条(M16)~20条(M17),每对引物平均扩增14.0条,多态性条带11.3条。同时,单对引物的多态信息
含量(PIC)变幅为0.354(S21)~0.500(M17、R5和R38),平均值为0.474(表3)。表明EST-SSR能检测较多
的遗传位点,获得多态性较好的PCR结果。
图1 犕11扩增产物部分电泳图
犉犻犵.1 犃狀犪犿狆犾犻犳犻犮犪狋犻狅狀狆狉狅犳犻犾犲狌狊犻狀犵犈犛犜-犛犛犚狆狉犻犿犲狉狆犪犻狉犕11
表3 23对犈犛犜-犛犛犚引物在供试材料中的扩增情况及多态性
犜犪犫犾犲3 犃犿狆犾犻犳犻犮犪狋犻狅狀犪狀犱狆狅犾狔犿狅狉狆犺犻狊犿狅犳狋犺犲犘犆犚狆狉狅犱狌犮狋狊狑犻狋犺23狆犪犻狉狊狅犳犈犛犜-犛犛犚狆狉犻犿犲狉狊
引物编号
Code
总条带
Numberoftotalband
多态性条带
Numberofpolymorphicbands
多态性比率(PPB)
Percentageofpolymorphicbands(%)
多态信息含量(PIC)
Polymorphicinformationcontent
M4 12 11 91.7 0.485
M7 10 7 70.0 0.470
M8 11 5 45.5 0.445
M10 13 11 84.6 0.460
M11 18 14 77.8 0.496
M16 7 6 85.7 0.484
M17 20 17 85.0 0.500
M26 16 14 87.5 0.496
M31 18 11 61.1 0.498
M34 17 12 70.6 0.469
M36 15 14 93.3 0.464
M37 16 16 100.0 0.472
M48 11 7 63.6 0.493
R2 12 9 75.0 0.499
R5 16 11 68.8 0.500
R34 9 6 66.7 0.425
R38 14 12 85.7 0.500
S9 14 14 100.0 0.499
S13 16 16 100.0 0.464
S17 17 8 47.1 0.464
S21 19 17 89.5 0.354
S24 12 12 100.0 0.498
S27 10 10 100.0 0.471
总和Total 323 260
平均值 Mean 14.0 11.3 80.4 0.474
842 ACTAPRATACULTURAESINICA(2011) Vol.20,No.6
2.2 EST-SSR遗传相似性分析
遗传相似系数越大,亲缘关系越近。对所有无性系进行遗传相似系数分析,结果表明,43份扁穗牛鞭草无性
系间的遗传相似系数为0.690~0.913,其中H039(重庆垫江)和 H040(重庆涪陵)遗传相似系数最大,为0.913,
二者亲缘关系最近;H010(重庆南山)和H052(四川自贡)遗传相似系数最小,亲缘关系最远。表明供试材料间差
异明显,具有较为丰富的遗传多样性。
2.3 EST-SSR聚类分析
采用非加权平均法(UPGMA)进行聚类分析,以323个位点的谱带原始矩阵构建SSR分子系统树图(图2)。
43份扁穗牛鞭草聚为5类,A类包括3个国审品种和 H002、H019,B类主要是来自云南和贵州。来自重庆和四
川的材料主要分布于C、D、E三类中,在聚类过程中存在较多交叉。结合陈永霞等[27]对表型的划分,聚为A类的
H002、“广益”和“雅安”3份材料为高大直立型,H019与“重高”2份材料为粗壮低矮型,聚入其他4类的材料均为
纤细低矮型。A类中,H002与“广益”亲缘关系很近,具有“广益”独特的灰绿色叶片,可作为“广益”的复份材料
保存。“雅安”是四川农业大学从“广益”人工草地变异单株中选育的新品种,聚类结果显示,二者具有较近的亲缘
关系。可见,扁穗牛鞭草ESR-SSR聚类与采集地有一定的相关性,能反映扁穗牛鞭草的生态适应性和外部形
态特征,正确评价种质间的遗传进化关系。同时,也反映出现有3个品种遗传基础较窄。
图2 扁穗牛鞭草犈犛犜-犛犛犚的犝犘犌犕犃聚类图
犉犻犵.2 犝犘犌犕犃犱犲狀犱狉狅犵狉犪犿犳狅狉犈犛犜-犛犛犚狅犳犎.犮狅犿狆狉犲狊狊犪犮犾狅狀犲狊
2.4 地理类群遗传结构分析
参考赵汝植[28]对西南区自然区划的划分,结合采集地生态地理环境,将供试的43份扁穗牛鞭草划分为5个
地理类群,即重庆、四川攀西地区、四川盆周山区、贵州、云南。从Nei氏遗传多样性指数(犎)和香农信息指数(犐)
看,四川盆周山区和重庆扁穗牛鞭草资源的遗传多样性水平最高,最低的是云南的材料(表4)。AMOVA分析结
果表明,95.32%的遗传变异存在于地理类群内部,仅4.68%的遗传变异存在于地理类群间,群体间和群体内的
变异均为极显著(犘<0.01)(表5)。
942第20卷第6期 草业学报2011年
表4 扁穗牛鞭草不同地理类群遗传多样性指数
犜犪犫犾犲4 犌犲狀犲狋犻犮狆狅犾狔犿狅狉狆犺犻狊犿犻狀犱犲狓犳狅狉犳犻狏犲犵犲狅犵狉犪狆犺犻犮犵狉狅狌狆狊
地理类群Groups 样本数Sampleamount PB 犎 犐
重庆Chongqing 10 189 0.1839 0.2799
四川攀西地区Panxiregion,Sichuan 5 144 0.1522 0.2298
四川盆周山区ThemountainareasaroundtheSichuan 21 216 0.1841 0.2867
贵州Guizhou 5 140 0.1407 0.2153
云南Yunnan 2 50 0.0641 0.0936
 PB:多态性条带数 Numbersofpolymorphismbands;犎:Nei氏遗传多样性指数 Nei’sgeneticdiversity;犐:香农信息多样性指数Shannon’sinfor
mationindex.
表5 扁穗牛鞭草种质地理类群分子变异方差分析(犃犕犗犞犃)
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)狅犳犳犻狏犲犵犲狅犵狉犪狆犺犻犮犵狉狅狌狆狊狅犳犎.犮狅犿狆狉犲狊狊犪
变异来源
Sourceofvariance
自由度
犱犳
偏差平方和
Sumofsuqares
变异组分
Variancecomponent
变异百分率
Percentagevariance(%)
犘值
犘value
类群间Amonggroups 4 190.006 1.718 4.68 <0.001
类群内 Withingroups 38 1328.924 34.971 95.32 <0.001
总计Total 42 1518.930 36.689
2.5 地理类群遗传距离及聚类分析
为了解各个生态地理类群间的关系,利用Popgen软件计算出各类群间的Nei氏一致度和遗传距离的无偏
估计值(表6),然后用NTSYS2.1绘制UPGMA聚类图(图3)。5个类群间的遗传一致度较高,均大于0.850。
各类群间遗传距离的变幅为0.0199(重庆与四川盆周山区)~0.1173(云南与贵州),重庆类群与四川盆周山区
类群遗传距离最小,首先聚为一类,后依次与四川攀西地区、贵州、云南类群聚在一起。云南类群与其他类群的距
离较远,表现出一定的特异性。地理类群的聚类结果与43份材料的 UPGMA聚类均显示出重庆和四川的扁穗
牛鞭草材料遗传一致度较高。
表6 各地理类群间犖犲犻氏遗传一致度和遗传距离
犜犪犫犾犲6 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犳犻狏犲犵犲狅犵狉犪狆犺犻犮犵狉狅狌狆狊
地理类群
Group
重庆
Chongqing
四川攀西地区
Panxiregion
四川盆周山区
ThemountainareasaroundtheSichuan
贵州
Guizhou
云南
Yunnan
重庆Chongqing - 0.9644 0.9803 0.9444 0.8927
四川攀西地区Panxiregion 0.0363 - 0.9720 0.9351 0.8908
四川盆周山区
ThemountainareasaroundtheSichuan
0.0199 0.0284 - 0.9553 0.9032
贵州Guizhou 0.0572 0.0671 0.0457 - 0.8893
云南Yunnan 0.1135 0.1156 0.1018 0.1173 -
 注:Nei氏遗传一致度GS(对角线上方)和遗传距离GD(对角线下方)。
 Note:Nei’sgeneticidentity(abovediagonal)andgeneticdistance(belowdiagonal).
3 讨论
3.1 禾谷作物EST-SSR引物在扁穗牛鞭草遗传多样性研究中的可行性
自Gupta等[29]报道普通小麦EST-SSR标记不仅在禾本科作物的单一种内通用,而且在相关种间也具有
052 ACTAPRATACULTURAESINICA(2011) Vol.20,No.6
图3 5个地理类群基于犖犲犻氏一致度的聚类图
犉犻犵.3 犇犲狀犱狉狅犵狉犪犿狅犳犳犻狏犲犵犲狅犵狉犪狆犺犻犮犵狉狅狌狆狊犫犪狊犲犱狅狀狌狀犫犻犪狊犲犱犿犲犪狊狌狉犲狊狅犳犵犲狀犲狋犻犮犻犱犲狀狋犻狋狔
通用性以来,EST-SSR引物的跨种扩增在多种植物的遗传多样性研究中得到成功应用。本研究首次将玉米、水
稻、高粱等禾谷作物EST-SSR引物用于扁穗牛鞭草的SSR标记,100%的引物能从扁穗牛鞭草基因组DNA扩
出条带,其中48.9%(23对)能扩增出条带清晰、多态性好的PCR电泳图谱。23对EST-SSR引物对43份扁穗
牛鞭草基因组DNA进行扩增,共获得323个扩增片段,多态性条带比率(PPB)为80.4%,多态信息含量(PIC)为
0.474。可见,EST-SSR有较高的多态检出率。表明禾谷作物的EST-SSR能用于扁穗牛鞭草遗传多样性研
究,是一种有效的分子标记。本研究中 EST-SSR 多态性条带比率略低于 AFLP的88.6%[19]、ISSR 的
84.2%[20]和SRAP的91.5%[22]。这与 EST-SSR扩增的是 DNA 的转录区,发生变异有限有关[30]。但与
AFLP、SRAP、ISSR等标记相比,EST-SSR标记有大量的EST-SSR引物可供选择,引物开发成本低,而且
EST序列来自基因表达区域,保守性高,可以与功能基因建立联系[31]。因此,对牛鞭草等Genbank上没有基因
组相关信息的植物来说,根据禾谷作物的EST数据开发EST-SSR标记不失为一种方便、快捷的方法,而且
Genebank上不断增长的各类EST数据,为EST-SSR标记提供了丰富的资源。
3.2 EST-SSR的遗传多样性
43份扁穗牛鞭草无性系间的遗传相似系数变化范围为0.690~0.913,表明西南区扁穗牛鞭草具有较丰富的
遗传多样性,这与通过AFLP[20]、SRAP[23]的研究结果一致。供试材料间的亲缘关系与生态地理环境具有一定的
相关性和规律性,扁穗牛鞭草在长期适应相似的环境条件过程中,形成了相似的生态类型,采用SRAP和AFLP
分子标记研究野生狗牙根的遗传多样性时,也得到相似的结论[32,33]。川渝地区属于盆地丘陵类型,具有相似的
环境地理条件,来自该地区的材料聚类时相互交叉;云南、贵州为高原,贵州多阴雨,而云南干湿分明,日照充足,
各自形成了其独特的生态地理环境,来自云南、贵州的材料都是本地区的先聚在一起。但这种关系并不是绝对
的,如来自贵州的H041、H044和四川的材料聚为一类。聚类和地理来源不一致的原因可能是:1)扁穗牛鞭草具
有很强的无性繁殖能力,通过水流、交通、人为引种等交流,使其转入异地扩展繁殖。2)可能发生了基因突变,物
种在进化过程中,有个别的基因发生了变异,且该突变体能较好地适应当地的环境,这个变异基因就能得到保存;
3)尽管扁穗牛鞭草结实率很低,但仍然能进行天然杂交,可能导致其基因型的改变,使得野生扁穗牛鞭草的遗传
相似性和地理来源关系复杂化。
3.3 地理类群间的遗传关系
扁穗牛鞭草地理类群内的遗传变异(95.32%)高于类群间(4.68%),该结果与范彦等[22]通过SRAP方法研
究发现扁穗牛鞭草地理类群内有较高的遗传变异(85.59%)的结论吻合。Huang等[21]通过ISSR分析我国西南
地区12个扁穗牛鞭草自然居群的遗传分化,发现48.2%的变异存在于不同居群间,这是因为本研究供试材料不
是按照自然居群采样,来自不同地点的种质增加了类群内的变异。根据Nei氏遗传多样性指数(H)和香农信息
152第20卷第6期 草业学报2011年
指数(I)计算结果,四川盆周山区和重庆类群的遗传多样性水平最高,其次是四川攀西地区和贵州类群,遗传多样
性最低的是云南类群。有研究表明,遗传多样性水平和群体样本数量间存在明显的相关性[3436],可能正是因为贵
州、云南类群采集的样本数量少,特别是云南类群的2份材料来自同一采集点,导致类群内较低的遗传多样性。
因此,在对遗传多样性丰富地区进一步收集扁穗牛鞭草资源的同时,加强对材料少、代表性差的贵州、云南地区的
扁穗牛鞭草野生资源的收集力度,以丰富扁穗牛鞭草的基因源。
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CHENYongxia1,2,ZHANGXinquan1,XIEWengang1,MAXiao1,LIUYing1
(1.SichuanAgriculturalUniversity,Ya’an625014,China;2.XichangColege,Xichang615000,China)
犃犫狊狋狉犪犮狋:UsingEST-SSRwithprimersfromcerealcrops,thegeneticdiversitywasassessedin40wild犎犲犿
犪狉狋犺狉犻犪犮狅犿狆狉犲狊狊犪clonesfromsouthwesternChinaandthreevarieties.Afteramplificationwith23pairsofEST
-SSRprimersofPoaceae,323fragmentsweredetected,ofwhich261werepolymorphic,accountingfor
80.4%ofthetotal.Thepolymorphicinformationcontentwasfrom0.354to0.500.Thegeneticsimilarityco
efficientof43accessionsrangedfrom0.690to0.913.Clusteringanalysisalsorevealedthattheclusteringa
mongtestedmaterialswasrelatedtotheirgeographicorigins,ecologicaltypesandmorphologicalcharacteris
tics.AMOVA (analysisofmolecularvariance)offivegeographicalgroupsof犎.犮狅犿狆狉犲狊狊犪revealedthat
95.32%oftotalvarianceoccurredwithinthesegroupsand4.68%oftotalvarianceoccurredbetweenthem.It
issuggestedthatusingEST-SSRprimersfromcerealcrops,isfeasibleandeffectiveforanalyzingthegenetic
diversityof犎.犮狅犿狆狉犲狊狊犪.
犓犲狔狑狅狉犱狊:犎犲犿犪狉狋犺狉犻犪犮狅犿狆狉犲狊狊犪;EST-SSRmarker;geneticdiversity
352第20卷第6期 草业学报2011年