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A study on genetic diversity of Avena germplasm resources detected by ISSR

燕麦种质资源遗传多样性ISSR研究



全 文 :书燕麦种质资源遗传多样性犐犛犛犚研究
刘欢1,慕平2,赵桂琴1
(1.甘肃农业大学草业学院 草业生态系统教育部重点实验室 中-美草地畜牧业可持续发展研究中心,
甘肃 兰州730070;2.甘肃农业大学农学院,甘肃 兰州730070)
摘要:采用ISSR分子标记技术对来自中国、加拿大、美国和欧洲等国家的42个有代表性的饲用燕麦品种及6个裸
燕麦品种进行遗传多样性分析。筛选出8个引物共扩增出多态性带144条,多态性条带比率(PPB)为86.1%。由
Nei’s指数(h)估测,应试皮燕麦、裸燕麦品种平均变异分别为0.2036和0.2015,平均Shannon’s信息指数估计值
为0.3259和0.3058;48个燕麦品种间遗传相似系数为0.5833~0.9417,遗传距离的变化范围是0.0601~
0.5390。结果表明燕麦具有较丰富的遗传多样性,且皮燕麦的遗传多样性高于裸燕麦。根据ISSR数据进行了聚
类分析和主成分分析,可将48份燕麦材料分为五大类,来源相同的品种大致聚在一类,呈现出一定的地域性分布
规律。皮燕麦与裸燕麦在遗传相似度0.66处被明显分为2类,与形态学及其他标记分类结果一致,由ISSR揭示
的品种间遗传关系与品种实际来源基本一致。
关键词:燕麦;遗传多样性;ISSR;聚类分析;主成分分析
中图分类号:S512.603;Q943  文献标识码:A  文章编号:10045759(2012)04011609
  燕麦(犃狏犲狀犪)属禾本科(Gramineae)、燕麦族(Aveneae)、燕麦属(犃狏犲狀犪),是世界各地广泛栽培种植的一种
重要粮食兼饲草、饲料作物[1]。燕麦具有抗旱、耐冷、耐瘠薄等优良性状和很高的营养及保健价值,主要栽培种分
为有稃和裸粒两大类型。世界各国以有稃型为主,其中最主要的是普通栽培燕麦,又称饲用燕麦(犃.狊犪狋犻狏犪),而
我国是裸燕麦(犃.狀狌犱犪)的起源中心,裸燕麦产量约占燕麦总产量的90%以上[2]。
我国燕麦尽管栽培历史悠久,但对燕麦的研究主要侧重于燕麦栽培、引种、生产性能比较等方面[35]。目前,
我国对燕麦种质资源的分子遗传学研究还远不够完善,主要借助于同功酶等生化标记方法[6,7],在国内外有利用
RAPD(randomlyamplifiedpolymorphicDNA,随机扩增的多态性 DNA)、RFLP(restrictionfragmentlength
polymorphism,限制性片段长度多态性)以及AFLP(amplifiedfragmentlengthpolymorphism,扩增片段长度
多态性)等分子标记对燕麦遗传差异、品种鉴定和图谱构建等方面进行研究,但利用ISSR(intersimplesequence
repeats,简单重复序列区间)标记法研究燕麦遗传多样性尚未见报道[812]。
遗传多样性不仅表现在表型性状上的差别,更重要的是表现在蛋白质、染色体和DNA水平上的差异。分子
标记的发展为从DNA水平检测品种及品系间的遗传多样性提供了有利的工具。ISSR技术是由Zietkiewicz
等[13]创建的一种新型的微卫星类分子标记技术,其采用锚定SSR(simplesequencerepeats,简单重复序列)策
略,对简单重复序列间的遗传信息进行多态性扩增。ISSR综合了其他分子标记高多态性、可重复性、低成本易操
作以及无需知道基因组序列优点,目前已广泛应用于多种作物和部分牧草的品种鉴定、系统分类、遗传多样性检
测、基因定位和遗传图谱构建等研究中[1416]。因此,本研究利用ISSR标记方法对所收集的48份国内外主要燕
麦栽培品种进行遗传多样性和亲缘关系分析,研究不同品种之间的遗传差异,分析其遗传背景,为燕麦的遗传改
良奠定基础。
1 材料与方法
1.1 试验材料
试验材料选用来自中国、日本、加拿大、澳大利亚和欧洲等不同国家和地区的42个饲用燕麦及6个裸燕麦品
116-124
2012年8月
   草 业 学 报   
   ACTAPRATACULTURAESINICA   
第21卷 第4期
Vol.21,No.4
收稿日期:20110516;改回日期:20110804
基金项目:现代农业产业技术体系(CARS08C)和农业行业专项(201003023)资助。
作者简介:刘欢(1982),女,山东招远人,讲师,在读博士。Email:liuhuaner@yahoo.com.cn
通讯作者。Email:zhaog07@yahoo.com
种,具体来源见表1。
1.2 基因组DNA提取
参试资源材料于培养皿中播种,室温下25~30℃,出苗后8~10d(材料预处理:供试植株暗培养2~3d),每
份材料随机取10~15个单株的幼嫩叶片0.5g,等量混合,采用改良CTAB(cetyltriethylammoniumbromide)
法提取植物总DNA[17]。
表1 试验材料及其来源
犜犪犫犾犲1 犕犪狋犲狉犻犪犾狊犪狀犱狊狅狌狉犮犲狊
代号Code 种类Species 品种Variety 来源Source
1 皮燕麦犃.狊犪狋犻狏犪 青引1号Qingyin1 青海Qinghai,China
2 皮燕麦犃.狊犪狋犻狏犪 青引2号Qingyin2 青海Qinghai,China
3 皮燕麦犃.狊犪狋犻狏犪 4628 加拿大Canada
4 皮燕麦犃.狊犪狋犻狏犪 Calibre 加拿大Canada
5 皮燕麦犃.狊犪狋犻狏犪 初岛Chudao 日本Japan
6 皮燕麦犃.狊犪狋犻狏犪 CNC 加拿大Canada
7 皮燕麦犃.狊犪狋犻狏犪 Blackbutt 澳大利亚Australia
8 皮燕麦犃.狊犪狋犻狏犪 巴燕3号Bayan3 青海Qinghai,China
9 皮燕麦犃.狊犪狋犻狏犪 黄燕麦Yelowoat 甘肃Gansu,China
10 皮燕麦犃.狊犪狋犻狏犪 丹麦444Denmark444 丹麦Denmark
11 皮燕麦犃.狊犪狋犻狏犪 57 蒙古 Mongolia
12 皮燕麦犃.狊犪狋犻狏犪 353 英国England
13 皮燕麦犃.狊犪狋犻狏犪 474 俄罗斯Russia
14 皮燕麦犃.狊犪狋犻狏犪 53 欧洲Europe
15 皮燕麦犃.狊犪狋犻狏犪 249 青海Qinghai,China
16 皮燕麦犃.狊犪狋犻狏犪 白燕7号Baiyan7 吉林Jilin,China
17 皮燕麦犃.狊犪狋犻狏犪 甜燕麦Sweetoat 青海Qinghai,China
18 皮燕麦犃.狊犪狋犻狏犪 28 前苏联USSR
19 皮燕麦犃.狊犪狋犻狏犪 4607 加拿大Canada
20 皮燕麦犃.狊犪狋犻狏犪 4617 加拿大Canada
21 皮燕麦犃.狊犪狋犻狏犪 4632 加拿大Canada
22 皮燕麦犃.狊犪狋犻狏犪 4641 加拿大Canada
23 皮燕麦犃.狊犪狋犻狏犪 4609 加拿大Canada
24 皮燕麦犃.狊犪狋犻狏犪 237 青海Qinghai,China
25 皮燕麦犃.狊犪狋犻狏犪 97 芬兰Finland
26 皮燕麦犃.狊犪狋犻狏犪 252 加拿大Canada
27 皮燕麦犃.狊犪狋犻狏犪 青永久30Qingyongjiu30 青海Qinghai,China
28 皮燕麦犃.狊犪狋犻狏犪 304 瑞典Sweden
29 皮燕麦犃.狊犪狋犻狏犪 青永久709Qingyongjiu709 青海Qinghai,China
30 皮燕麦犃.狊犪狋犻狏犪 青选18Qingxuan18 青海Qinghai,China
31 皮燕麦犃.狊犪狋犻狏犪 316 前苏联USSR
32 皮燕麦犃.狊犪狋犻狏犪 181 俄罗斯Russia
33 皮燕麦犃.狊犪狋犻狏犪 青永久198Qingyongjiu198 青海Qinghai,China
34 皮燕麦犃.狊犪狋犻狏犪 青永久96Qingyongjiu96 青海Qinghai,China
35 皮燕麦犃.狊犪狋犻狏犪 科燕1号 Keyan1 内蒙古InnerMongolia,China
711第21卷第4期 草业学报2012年
 续表1 Continued
代号Code 种类Species 品种Variety 来源Source
36 皮燕麦犃.狊犪狋犻狏犪 冀引1号Jiyin1 河北 Hebei,China
37 皮燕麦犃.狊犪狋犻狏犪 Ronald 加拿大Canada
38 皮燕麦犃.狊犪狋犻狏犪 AC1131 加拿大Canada
39 皮燕麦犃.狊犪狋犻狏犪 AC1038 加拿大Canada
40 皮燕麦犃.狊犪狋犻狏犪 98AS1302 加拿大Canada
41 皮燕麦犃.狊犪狋犻狏犪 石燕麦Shioat 美国America
42 皮燕麦犃.狊犪狋犻狏犪 Y61005 四川Sichuan,China
43 裸燕麦犃.狀狌犱犪 定莜2号 Dingyou2 定西Dingxi,China
44 裸燕麦犃.狀狌犱犪 定莜6号 Dingyou6 定西Dingxi,China
45 裸燕麦犃.狀狌犱犪 白燕2号Baiyan2 吉林Jilin,China
46 裸燕麦犃.狀狌犱犪 蒙燕8637Mengyan8637 内蒙古InnerMongolia,China
47 裸燕麦犃.狀狌犱犪 晋燕1号Jinyan1 山西Shanxi,China
48 裸燕麦犃.狀狌犱犪 VOA3 加拿大Canada
1.3 燕麦ISSR反应体系的优化建立及引物筛选
ISSR引物是根据加拿大哥伦比亚大学公布的100个引物序列,选出48个交由上海生工合成,进一步筛选引
物用于燕麦ISSR。将筛选引物分别在小麦(犜狉犻狋犻犮狌犿犪犲狊狋犻狏狌犿)[18]、野生大麦(犎狅狉犱犲狌犿狏狌犾犵犪狉犲)[19]和乌拉尔
甘草 (犌犾狔犮狔狉狉犺犻狕犪狌狉犪犾犲狀狊犻狊)[20]的ISSR反应体系和反应程序下进行扩增,通过预试验,建立了一套燕麦ISSR
分析的优化反应体系及反应程序。即:25μL反应体系中含有,18.3μLddH2O,2.5μL10×buffer,2.0μmol/L
Mg2+,250μmol/LdNTP,1.5UTaqDNA聚合酶,0.3μmol/L引物,10ngDNA模板。反应程序为:94℃预变
性3min,94℃变性30s,55℃退火30s,72℃延伸1min,共34个循环;72℃延伸5min,4℃保温。
1.4 PCR扩增及电泳检测
PCR扩增在ThermoHybaidPCR仪上进行。扩增产物在8%变性聚丙烯酰胺凝胶40W 恒功率电泳。采
用Brant银染法进行显色观察[21],胶版干后扫描拍照、统计数据。
1.5 数据统计及分析
ISSR通常被认为是显性标记,同一对引物组合扩
增产物中电泳迁移率一致的条带被认为具有同源性,
按照相同移位上有扩增带记为1,无带的记为0的方
法记录清晰电泳谱带,得到的ISSR表型数据矩阵。
用NTSYS2.1及Genepop软件进行数据处理,采用
Nei(1987)方法计算遗传相似系数(geneticsimilarity)
犌犛=2犖犻犼/(犖犻+犖犼),式中,犖犻和犖犼分别为犻和犼
两材料的总等位位点数,犖犻犼为犻和犼两材料的共有
等位位点数。遗传距离(geneticdistance)犌犇=1-
犌犛。利用GD值按非加权成对算术平均法(UPGMA)
进行聚类分析,建立树状图[22]。
2 结果与分析
2.1 燕麦ISSR引物筛选
燕麦ISSR反应体系的构建最终借鉴了小麦IS
SR研究,经反复试验摸索出了效果较好的PCR扩增
体系,并从48个引物中筛选出8个重复性好,特异性
高,扩增效果好,电泳图清晰的引物(表2),扩增片段
表2 8个犐犛犛犚引物对48份燕麦基因组犇犖犃扩增结果
犜犪犫犾犲2 犜犺犲狉犲狊狌犾狋狅犳犐犛犛犚犳狉犪犵犿犲狀狋狊犪犿狆犾犻犳犻犲犱
狑犻狋犺8狆狉犻犿犲狉狊犻狀48狅犪狋狊
编号
Primer
序列
Sequence
(5′3′)
多态带数
Numberof
polymorphic
bands
总带数
Totalnumber
offragments
多态带比率
Proportion
polymorphic
fragments(%)
UBC845 (CT)8RG 23 26 88.4
UBC844 (CT)8RC 22 25 88.0
UBC848 (CA)8RG 20 23 87.0
UBC823 (TC)8C 20 22 90.9
UBC856 (AC)8YA 12 14 85.7
UBC835 (AG)8YC 10 13 76.9
UBC825 (AC)8T 9 11 81.8
UBC875 (CTAG)4 8 10 80.0
平均数Average 15.5 18 86.1
总数 Total 124 144
 R=(A,G);Y=(C,T).
811 ACTAPRATACULTURAESINICA(2012) Vol.21,No.4
的长度在200~2000bp,共获得清晰可见带144条,其中多态带126条,平均每个引物产生18条带,平均多态性
检出率为86.1%,说明供试燕麦种质间有较高等位多态性,这些多态性多来自外部种质的引进或育种亲本的选
择,可检测出变种间及种内各品种间的变异。
ISSR鉴定标记在所用的ISSR引物中,以引物UBC845和UBC844区分48个材料的效果较为明显,即使是
亲缘关系很近的材料,也可根据其指纹将其分开(图1)。如亲缘关系很近的青引1号和青引2号品种在2个引
物的扩增图谱上都有各自的特异性条带;而所有皮燕麦品种在450bp处均比裸燕麦品种多出1条多态带,这说
明ISSR标记在燕麦指纹图谱建立和种间及种内鉴定中具有较好的效果。
图1 引物犝犅犆845(上图)、犝犅犆844(下图)扩增的燕麦犐犛犛犚图谱(犘犃犌犈)
犉犻犵.1 犐犛犛犚狆狉狅犳犻犾犲狅犳狅犪狋狑犻狋犺狆狉犻犿犲狉犝犅犆845(狌狆狆犲狉犳犻犵狌狉犲)犪狀犱犝犅犆844(犫犲犾狅狑犳犻犵狌狉犲),狉犲狊狆犲犮狋犻狏犲犾狔(犘犃犌犈)
 1~42为皮燕麦样品,43~48为裸燕麦,品种名同表1。1-42:coveredoatsamples;43-48:naked
oatsamples,nameshowedintable1;M:DNAmarkerⅤ (BBI).
不同的引物对燕麦的扩增效果差别较大,8个筛选出的引物中,有7个二核苷酸重复序列,1个四核苷酸重复
序列,说明在植物中二核苷酸微卫星比三核苷酸和四核苷酸微卫星更普遍,其中2个(CT)n重复序列引物为
UBC845和UBC844,其多态性比率分别达88.4%和88.0%,且扩增谱带最为清晰(图1)。所以在燕麦ISSR研
究中,设计二核苷酸引物更好些,且燕麦基因组中(CT)n重复序列较多。尽管(AT)n 在植物中含量最多,但所筛
引物中并无含(AT)n引物,说明这样的引物容易自连导致不能扩增出条带。
2.2 燕麦品种的聚类分析
Nei相似系数是用来比较群体或个体间相似程度的度量参数,平均相似系数越高,说明相似程度越大,遗传
背景一致性越强[22]。48个燕麦品种间遗传相似系数均在0.58以上,最高为0.9417(青选18和316),最低为
0.5833(加拿大裸燕麦VOA3和蒙古皮燕麦57),遗传相似系数变幅较大,主要是由于皮燕麦与裸燕麦之间差
异较大。品种间的遗传距离变化为0.0601~0.5390。
按UPGMA方法进行聚类分析,建立聚类分支树状图(图2)。结果表明,利用ISSR标记能将48份燕麦完
全区分开。在遗传相似系数为0.66处,42个皮燕麦品种与6个裸燕麦品种明显分为2类,这说明ISSR标记种
间或亚种间的界线十分明显。供试品种以遗传相似系数0.783为分类界限,聚为5类:第Ⅰ类由20个品种组成,
来自我国青海和湖北的皮燕麦品种青引1号、青引2号、249、冀引1号、加拿大品种Ronald为第1亚类;巴燕3
911第21卷第4期 草业学报2012年
号、黄燕麦、甜燕麦为第2亚类;吉林品种白燕7号独自归为一亚类。青选18、316、青96、青198、181、青30、237、
青252、304、青97、709为第4亚类,此亚类多数为我国青海品种,此外有3个品种分别来自俄罗斯、瑞典和芬兰。
第Ⅱ类由19个品种组成,多数都是国外品种,又分为4个亚类,第1亚类包括4628、4607、4617、4632、Calibre、
CNC、科燕1号、AC1131、AC1038、4641、4609;其中除科燕1号外,均为加拿大品种;第2亚类包括澳大利亚品
种Blackbutt、丹麦品种444;第3亚类包括蒙古品种57、俄罗斯品种474和28、英国品种353、欧洲品种53;日本
品种初岛独自归为一亚类。第Ⅲ类仅有2个品种,即98AS1302、美国石燕麦,且二者各归为一个亚类。四川品种
Y61005与其他材料间的遗传分化最大,单独聚为一类(第Ⅳ类);以上四大类所有品种均为皮燕麦,而第Ⅴ类则
包括全部裸燕麦品种。
图2 燕麦48个品种基于犐犛犛犚的遗传相似性犝犘犌犕犃聚类图
犉犻犵.2 犝犘犌犕犃犮犾狌狊狋犲狉犪狀犪犾狔狊犻狊犫犪狊犲犱狅狀犐犛犛犚犵犲狀犲狋犻犮犻犱犲狀狋犻狋犻犲狊犪犿狅狀犵48狅犪狋犮狌犾狋犻狏犪狉狊
  聚类结果表明,皮燕麦与裸燕麦的遗传距离在0.58~0.76,在聚类树状图上分为两大类,进一步证实了当今
的燕麦分类系统中皮燕麦与裸燕麦分别为燕麦属的2个种的分类情况。48个燕麦品种所分的五大类可能分属
六倍体燕麦(2n=6x=42)种群中具有AACCDD染色体组的不同种,或是同一种中由于地理位置造成的远缘关
系。我国的几个皮燕麦品种聚为第Ⅰ大类,这些品种遗传关系较近,遗传资源基础狭窄,加拿大品种Ronald与青
引1号、青引2号、249、冀引1号归为一亚类,证明我国多数皮燕麦品种为引进品种,且这几个品种与Ronald亲
缘关系较近,但这些品种是否引自Ronald则无法断定。第Ⅰ类第2亚类中的高产且适应性强的新品种巴燕3号
与甘肃、青海的地方品种黄燕麦间的遗传相似度极高,为0.9250,这与AFLP标记对燕麦遗传多样性研究中分
析的2个品种遗传相似度为0.9881的结果极为相似,且聚类结果完全一致,进一步证明了黄燕麦是巴燕3号的
021 ACTAPRATACULTURAESINICA(2012) Vol.21,No.4
杂交亲本之一,且说明ISSR和AFLP标记均是品种遗传关系鉴定的可靠方法。在48个燕麦种质中,川草四号
(Y61005)燕麦表现出了特异性,与其他种质的遗传距离远,单独聚为第Ⅳ类。其粒色深棕,籽粒细小纺锤形,发
芽率极低,应对种质性状和遗传特性进行进一步研究。从图中可以看出,加拿大、澳大利亚皮燕麦品种的遗传多
样性稍高于我国燕麦品种,而美国皮燕麦品种单独归为不同亚类,证明其遗传背景相对复杂,多样性水平极高。
供试国内外裸燕麦品种遗传相似度在0.8083~0.9333,都表现为近缘关系,进一步证实了裸燕麦的中心起源
说。
本研究还利用Popgen32软件中的Shannon’s信息指数和Nei’s指数分别估计了群体的遗传变异。供试品
种平均变异为0.2313,平均Shannon’s信息指数估计值为0.3690。42个皮燕麦品种的平均变异为0.2036,平
均Shannon’s信息指数估计值为0.3259;6个裸燕麦品种的平均变异为0.2015,平均Shannon’s信息指数估计
值为0.3058。可见,皮燕麦的遗传多样性高于裸燕麦。
2.3 燕麦品种的主成分分析
对48份燕麦种质的ISSR标记的原始矩阵进行主成分分析,并根据第1、第2主成分进行作图,所形成的各
燕麦材料的位置分布如图3所示,位置相靠近者表示关系密切,远离者表示关系疏远。
将位置靠近的燕麦材料划归在一起,可将供试材料分成5个组,结果表明,主成分分析结果与聚类分析结果
基本一致,在聚类图中各品种间的遗传多样性较高,因此主成分分析图中个别品种也较为分散,主成分分析结果
更直观地表明了不同燕麦材料之间的亲缘关系。
图3 燕麦48个品种基于犐犛犛犚表型的犘犆犃分析
犉犻犵.3 犜犺犲狆狉犻狀犮犻狆犪犾犮狅狅狉犱犻狀犪狋犲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犪犿狅狀犵48狅犪狋犮狌犾狋犻狏犪狉狊
3 讨论
3.1 燕麦遗传多样性的ISSR检测
本研究是利用ISSR技术来研究国内外燕麦品种的遗传多样性,通过PCR扩增的多态性差异所统计的遗传
相似系数,能反应不同材料间的遗传距离及关系,也可以作为遗传育种的辅助手段,对杂交品种的选育和育成品
种的杂种优势进行初步估测,提高育种效率。试验中8个ISSR标记在48份燕麦材料中共产生144条扩增带,其
121第21卷第4期 草业学报2012年
中86.1%的扩增片段能够揭示材料间的遗传差异,表明燕麦品种间遗传相似系数和遗传距离的变化范围很大,
具有丰富的遗传基础。这一点在国内外多种分子标记对燕麦种质资源的相关研究中都得到验证,这些标记都能
产生各自有效的多态性条带,但多态性水平和检测水平各不相同。如王茅雁和齐秀丽[7]利用RAPD标记对我国
21份燕麦材料的遗传差异及类群划分的研究中,22个多态性引物共扩增出114条带,其中85.1%具有多态性。
O’Donoughue等[23]根据RFLPs对北美83份栽培燕麦和大麦品种进行了遗传分析和品种鉴定,46个cDNA多
态性克隆检测到278条带,其中73.7%是多态性带。Pal和Sandhu[24]用RFLP分析燕麦属13个种间存在41%
的多态性。Li等[25]用SSR对燕麦建立遗传图谱,研究表明44条引物中62%的引物能够检测燕麦种间的多态
性,36%能够检测燕麦品种间的多态性,品种间多态带比率为57%。刘欢等[10]采用AFLP分析42份燕麦材料遗
传多样性,筛选出的5对引物组合共获得268条带,平均多态性检出率为69.0%。这些差异可能是由于材料选
择和研究方法的不同造成的。此外,ISSR标记每一个简并碱基代表2~3个碱基,提供了许多机会被不同的基因
组筛选。因而,同一套引物可以用于不同的物种,而且ISSR可以更好地揭示物种间的多态性。本研究发现燕麦
ISSR的多态性极高,但其ISSR引物的有效数目远远低于水稻 (犗狉狔狕犪狊犪狋犻狏犪)和小麦,48条ISSR引物,仅有8
条引物(占16.7%)能够得到清晰扩增产物。而在小麦中,Nagaoka和Ogihara[26]发现100条ISSR引物中33条
(占33%)能产生清晰的扩增产物;Joshi等[27]在水稻ISSR研究中发现60%的引物能产生清晰条带。这可能是
由于物种的基因型差异所致。在检测技术上,本研究采用聚丙烯酰胺凝胶电泳,相比较常规的琼脂糖凝胶电泳而
言,操作过程稍显复杂,但分离小片段DNA效果好,分辨率极高,PCR扩增所得产物在200~2000bp,基因型间
的差异仅为几个bp,且无需采用有毒性的溴化乙锭染色,用银染法即可得到清晰、重复性好而多态性高的电泳图
谱,进一步增加了试验结果的稳定性和可靠性。综合分析,利用ISSR可以获得清晰且多态性高的燕麦电泳图
谱,该技术比RFLP、SSR、RAPD等技术更多地揭示基因组中的多态性,可应用于大批量样品的研究,应用于燕
麦遗传多样性研究及不同材料的DNA水平识别也是可靠的。另外,燕麦是自花授粉植物,利用ISSR标记分析
的准确性明显高于异花授粉植物,只要选择足够多且具有代表性的种、亚种、类型进行深入研究,可以在分析亲缘
关系、研究系统发育、种质资源利用等方面发挥重要作用。
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,只不过正好碰巧片段长度相
等[28]。此外,ISSR大部分情况下是显性标记,不能区分纯合体与杂合体,进行两倍体或多倍体物种的种群多样
性研究时,数据分析方法还需不断改进[29]。
3.2 燕麦遗传多样性与其地理来源的关系
试验选取来自中国、加拿大、美国、澳大利亚、欧洲、日本、乌克兰等不同国家和地区的燕麦品种,这些品种遗
传多样性丰富,遗传背景差异相对显著,可以直接应用到以后的杂交优势亲本选育中去。ISSR分析结果从DNA
水平揭示品种间的差异和相关性,基于ISSR水平的聚类分析及主成分分析结果与品种的地域来源表现较强的
相关性,遗传距离与地理分布关系密切,各国或不同地理区间的ISSR变异较大,各品种间差异较明显,欧氏距离
相差大;而来自同一国家的品种间遗传差异并不明显,以美国品种的遗传多样性最高,与其遗传距离最近品种间
遗传相似系数为0.7833;加拿大、欧洲及中国品种的遗传多样性指数都相对较低,我国供试的16个皮燕麦品种
遗传相似系数极高,在0.8417~0.9333,说明国内品种间差异小。原因可能是美国地理气候条件丰富,燕麦的
起源和进化状况差异较大,育种手段和研究方法多样,故遗传多样性较明显。而其他几个国家及地区地理气候条
件相近,育种方法单一,此方面研究稍微落后,故燕麦遗传差异相对较小。ISSR在一定程度上能较好的反映出燕
麦品种间亲缘关系的远近。从聚类图可以得出两点,一个是属于同种、同组的不同材料首先聚在一起,然后再与
其他组的材料聚在一起,另外一点表现为明显的地域规律,即地理来源相同的材料首先聚在一起。我国的多数皮
燕麦品种都聚在第Ⅰ大类,其中青海的多数品种、甘肃品种为一亚类,吉林的品种单独归为一亚类;第Ⅱ大类多数
由国外皮燕麦品种组成,其中第1亚类中除科燕1号外,均为加拿大品种,澳大利亚、丹麦品种为一亚类,蒙古、俄
罗斯、欧洲品种也归为同一亚类,日本品种初岛独自归为一亚类;第Ⅲ大类包括加拿大、美国的2个品种;第Ⅳ类
为我国四川品种,而第Ⅴ类则包括全部裸燕麦品种。这一结果与范彦等[30]的研究结果相似,即地理位置近的具
221 ACTAPRATACULTURAESINICA(2012) Vol.21,No.4
有首先聚在一类的趋势,品种(系)间呈现出一定的地域性分布规律。但孙群等[31]研究结果表明乌拉尔甘草组群
的划分与其生态地域性没有明显关系,认为样品间遗传差异与形态、地理来源差异没有必然的联系。聚类图中可
看出有些品种并未与同一地区或具有亲缘关系的品种聚为一类,这可能是由于选育过程中存在相互引种的关系,
或是多个亲本复合杂交以及多向选择产生了较大的遗传变异所致。也可能是由于长期种植后,自然条件及栽培
环境等的变化所产生的基因变异,种质的相互渗透而形成。
供试6个裸燕麦品种遗传相似度在0.8083~0.9333,加拿大裸燕麦品种与其他中国品种遗传相似度平均
保持在0.83,与吉林裸燕麦遗传距离最近,因为吉林的裸燕麦大多来源于加拿大;我国被认为是裸燕麦的起源中
心,供试的5个国内裸燕麦品种遗传相似系数在0.8500~0.9333,其中定西、内蒙古品种遗传距离较近,其次是
山西品种,吉林品种与其余几省的品种遗传距离相对较远,表明我国燕麦地方品种遗传基础广阔,在基因型表现
特异性的同时又有较强的地域性。
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犃狊狋狌犱狔狅狀犵犲狀犲狋犻犮犱犻狏犲狉狊犻狋狔狅犳犃狏犲狀犪犵犲狉犿狆犾犪狊犿狉犲狊狅狌狉犮犲狊犱犲狋犲犮狋犲犱犫狔犐犛犛犚
LIUHuan1,MUPing2,ZHAOGuiqin1
(1.ColegeofPrataculturalScience,GansuAgriculturalUniversity;KeyLaboratoryofGrassland
Ecosystem,MinistryofEducation;SinoU.S.CenterforGrazinglandEcosystem
Sustainability,Lanzhou730070,China;2.ColegeofAgronomy,Gansu
AgriculturalUniversity,Lanzhou730070,China)
犃犫狊狋狉犪犮狋:Geneticdiversityof42犃狏犲狀犪狊犪狋犻狏犪varietiesand6犃狏犲狀犪狀狌犱犪varietiesfromChina,Canada,Amer
ica,Europeandothercountrieswasstudiedusingintersimplesequencerepeat(ISSR)molecularmarkers.
Eightprimersdetected144polymorphicbands,andtheproportionofpolymorphicfragmentwas86.1%.Based
onNei’sindex,theaveragevariationcoefficientof犃.狊犪狋犻狏犪and犃.狀狌犱犪were0.2036and0.2015,andof
theShannondiversityindexwere0.3259and0.3058,respectively.Thesimilaritycoefficientofalcultivars
was0.5833-0.9417,andgeneticdistancewas0.0601-0.5390indicatingarichgeneticdiversityof犃狏犲狀犪,
with犃.狊犪狋犻狏犪varietieshavingahighergeneticdiversitythanthatof犃.狀狌犱犪varieties.Basedonclusterand
principalcomponentanalysesoftheISSRfingerprintingdata,the48varietiescouldbedividedinto5groups.In
mostcases,accessionsfromthesamecontinentwereclassifiedintothesamegroup.Thegeographicaldistribu
tionofgeneticdiversityin犃.狊犪狋犻狏犪and犃.狀狌犱犪weredividedintotwogroupsat0.66,whichwasinaccord
ancewithtraditionalmorphologicandothermolecularmarkerclassifications.Thegeneticrelationshiprevealed
byISSRwasconsistentwiththatfromothersources.
犓犲狔狑狅狉犱狊:犃狏犲狀犪;geneticdiversity;ISSR;clusteringanalysis;componentanalysis
421 ACTAPRATACULTURAESINICA(2012) Vol.21,No.4