以丰水梨棚架形与疏散分层形树形为试材,应用WinSCANOPY2005a冠层分析仪比较研究了两种树形的冠层结构特点、产量、品质差异及其相关性,结果表明:棚架形平均叶倾角、冠层开度,冠下直射、散射及总光量子通量密度显著或极显著高于疏散分层形,而叶面积系数极显著低于疏散分层形。棚架形梨果实单果质量、可溶性固形物、可溶性糖、糖酸比显著高于疏散分层形,分别高出23.59%、9.70%、11.25% 和29.08%,而产量、可滴定酸和石细胞含量均显著低于疏散分层形,分别低17.80%、13.45% 和30.43%。棚架形树冠不同部位梨果实品质一致性优于疏层分层形,冠层开度大、冠层总光量子通量密度高、结果枝条粗壮是棚架梨品质优的主要原因,而枝条总体积和叶面积系数小可能是棚架形梨产量偏低的直接原因。冠层特征参数与产量、品质指标存在显著相关性,其中冠层开度与可溶性固形物极显著正相关 (r = 0.9820**),与可滴定酸呈极显著负相关 ( r = - 0.9485**)。冠层分析仪的应用可望成为梨树形研究的新方法。
The canopy structure characteristics, yield, and quality differences were comparatively investigated between the horizontal trellis system (HTS) and the delayed-open central leader system (DLS) of ‘Hosui‘ pear tree with WinsCanopy2005a for Hemispherical Image Analysis. The results showed that mean leaf angle,canopy openness,direct PPFDs, indirect PPFDs and total PPFDs under tree were significantly or very significantly higher in HTS than that in DLS, but the leaf area indexes were significantly lower in HTS than in DLS. Single fruit weight, total contents of soluble solid and sugar, and sugar-acid ratio of HTS were higher by 23.59%, 9.7%, 11.25% and 29.08%, respectively. Whereas, fruit yield per tree, titratable acidity and stone cell contents were lower by 17.80%, 13.45%, and 30.43%, respectively, in comparison to DLS. Consistency of fruit quality in different positions of HDS was better than that of DLS, which was mainly ascribed to the relatively large canopy openness, higher PPFD and strong bearing branch, while its lower yield could be explained by its smaller shoot total volume and leaf area index. The significant correlations were found between the canopy characteristics parameters and yield as well as main quality indexes, for example, canopy openness were very significantly positively related to the total soluble sugars ( r = 0.9820**), but correlated negatively with titratable acidity ( r = - 0.9485**). It is suggested that the application of WinsCanopy2005a may be a new method for the research on tranining systems of pear tree.
全 文 :基于 SRAP 分子标记的桂花遗传多样性研究
李梅1,2,侯喜林 1 *,郝日明3
(1南京农业大学作物遗传与种质创新国家重点实验室,江苏南京 210095;2江苏省·中国科学院植物研究
所,江苏南京 210014;3南京农业大学园艺学院,江苏南京 210095)
摘 要:利用相关序列扩增多态性(SRAP)分子标记,以柊树(Osmanthus heterophyllus (G. Don.) P. S. Green)
和华东木犀(Osmanthus cooperi Hemsl.)为对照种,研究了桂花(Osmanthus fragrans Lour.)88 个品种、1 个
野生种的亲缘关系,18 对 SRAP 引物共获得 296 个位点,其中 248 个为多态性位点,多态性比率达 83.78%。
平均每对引物组合产生 16.4 个位点和 13.8 个多态性位点。其中,银桂品种群的 Shannon 信息指数(0.3412)
和遗传多样性指数(0.2191)最高。遗传变异估算表明:桂花遗传分化系数为 52.95%,大部分变异存在于品
种群之间,说明品种群体间遗传分化高。聚类分析结果表明,以遗传相似系数 0.762 为截值,可将 91 份种
质分成 6 类。各品种群的品种往往聚在一起。四季桂品种群与其他品种群遗传距离较远。色质较深的金桂
往往与丹桂品种群的多个品种聚在一起。基于 SRAP 分子标记的聚类结果与基于形态的传统分类学的结果
基本相符。
关键词:桂花;SRAP-PCR;遗传多样性;聚类分析
Analysis of Genetic Diversity of Osmanthus fragrans Based on SRAP
Markers
LI Mei 1,2, HOU Xi-lin1*, HAO Ri-ming3
(1. State Key Laboratory of Crop and Germplasm Enhancement, Nanjing Agricultural University,
Nanjing 210095, China; 2. Institute of Botany, Jiangsu Province & Chinese Academy of Sciences,
Nanjing 210014, China; 3. Horticultural College, Nanjing Agricultural University, Nanjing
210095, China )
Abstract: Interspecific relationships of 88 cultivars and 1 wild species of Osmanthus fragrans
were evaluated by using sequence-related amplified polymorphism (SRAP) marker, with
O. heterophyllus (G. Don.) P. S. Green and O. cooperi Hemsl. as contrast species. Eighteen primer
pairs produced 296 loci, out of which 248 were polymorphic, the percentage of polymorphic loci
was 83.78%. An average of 16.4 loci and 13.8 polymorphic loci were generated by each pair of
primers. The Shannon’s index (I = 0.3412) and genetic diversity (HE = 0.2191) within Albus Group
were the highest among 4 groups of O. fragrans. A high level of genetic differentiation
among O. fragrans groups was detected based on Nei’s genetic diversity analysis
(52.95%). The cluster analysis using arithmetic averages (UPGMA) showed that six
clades existed in O. fragrans groups when genetic similarity coefficient was given as 0.762.
作者简介:李梅(1968-),女,湖南长沙人,博士研究生,高级实验师,主要从事植物园科普教育和观赏
植物研究。E-mail: limay0306@sina.com
*通讯作者Author for correspondence (E-mail: hxl@njau.edu.cn )
The genetic distance between Asiaticus Group and other 3 groups is far. Cultivars with deep color
in Luteus Group often clustered together with several cultivars in Aurantiacus Group. Cluster
analysis based on SRAP marker is generally consistent with taxonomic result based on
morphology.
Key words: Osmanthus fragrans; SRAP-PCR; genetic diversity; cluster analysis
桂花(Osmanthus fragrans Lour.) 为木犀科(Oleaceae)木犀属(Osmanthus Lour.)常绿
小乔木,为我国十大传统名花之一,栽培历史悠久,观赏价值高,应用广泛,拥有众多品种,
截止 2008 年,共记载 166 个品种,根据品种的形态性状,将其归为四季桂、银桂、金桂和
丹桂 4 个品种群(向其柏和刘玉莲,2008)。长期以来,由于对桂花品种本身的变异规律掌
握不够,致使不同地区、不同研究者记载的桂花品种之间存在一定程度的形态性状变异性(臧
德奎和向其柏,2004) ,桂花的品种分类仍较混乱(臧德奎 等,2006)。因此,在对品种进
行科学鉴定和规范记载的前提下,用现代分子生物学的方法来研究桂花的遗传多样性和品种
亲缘关系,不但具有重要的学术意义,而且对桂花的品种鉴定、育种以及园林应用具有重要
的指导意义。
由Li与Quiros(2001)开发的SRAP(Sequence-Related Amplified Polymorphism,相关序
列扩增多态性)是一种基于PCR的新型分子标记,该技术针对基因外显子里GC含量丰富而
启动子内含子里AT含量丰富的特点来设计引物进行扩增。因不同个体的内含子、启动子与
间隔区长度不等而产生多态性。自建立以来,已用于种质资源的鉴定评价、种质资源遗传多
样性与系统发育分析、遗传图谱的构建、重要性状基因标记定位与克隆、品种指纹图谱绘制
分析等方面(柳李旺 等,2004;李莉 等,2006)。尽管RAPD(赵小兰和姚崇怀,1999;尚
富德 等,2004;Liu et al.,2004)、ISSR (邱英雄 等,2004;胡绍庆 等,2004)、AFLP (韩
远记 等,2008)等分子标记已用于桂花品种分类等方面的研究,但以SRAP分子标记开展桂
花的相关研究尚未见报道,本研究在建立和优化桂花SRAP反应体系的基础上,用SRAP分子
标记研究了桂花的遗传多样性,旨在了解桂花的遗传背景,为桂花品种资源鉴定、栽培应用
等提供理论基础。
1 材料与方法
1.1 试验材料
88 个桂花品种、1 个桂花野生种及木犀属的 2 个对照种(表 1)分别产自江苏无锡、江
苏南京、浙江杭州和湖南浏阳。88 个品种中,《中国桂花品种图志》(向其柏和刘玉莲,2008)
收录的有 62 个;还有向其柏定名的冬香白,姚崇怀定名的早金桂、赤苞黄、金盏碧珠、长
柄金桂、果丹和柳叶红,陈仲芳定名的银铃、梨蕊、多芽银桂、齿叶银桂和矩叶银桂,臧德
奎定名的晚花白,秋月,胡绍庆定名的紫梗籽银桂、西子银桂,曹光树等定名的大叶籽金桂,
王贤荣定名的浦城丹桂;此外,无锡梅园的新品种有桃叶齿银桂、五瓣银、银十字、竹叶银
桂、多裂银桂、圆瓣籽金、银丹和球橙。于 2007 年至 2008 年采集幼嫩叶片。野外采摘幼嫩
叶片后,迅速放入变色硅胶中,充分干燥后密封于室温下保存。实验所用的绝大部分材料均
由权威专家进行过鉴定,名称确切可靠。
表 1 桂花 88 个品种、1 个野生种和木犀属 2 个对照种的基本资料
Table 1 Data of 88 cultivars and 1 wild species of Osmanthus fragrans and 2 contrast species of Osmanthus
编号
No.
物 种
Cultivar or (species)
采集地
Origin
编号
No.
物 种
Cultivar or (species)
采集地
Origin
编号
No.
物 种
Cultivar or (species)
采集地
Origin
1 大叶佛顶珠‘Daye Fodingzhu’ WMY 32 小叶苏桂‘Xiaoye Sugui’ WMY 63 早金桂‘Zao Jingui’ NMHS
2 日香桂‘Rixiang Gui’ NMHS 33 五瓣银‘Wuban Yin’ WMY 64 潢川金桂‘Huangchuan Jingui’ NBG
3 月桂‘Yuegui’ NMHS 34 早黄‘Zao Huang’ WMY 65 万点金‘Wandian Jin’ NBG
4 小叶四季桂‘Xiaoye Sijigui’ NMHS 35 梨蕊‘Lirui’ WMY 66 早籽黄‘Zao Zi Huang’ HZBG
5 四季桂‘Sijigui’ NFU 36 九龙桂‘Jiulong Gui’ NMHS 67 杭州黄‘Hangzhou Huang’ HZBG
6 冬香白‘Dongxiang Bai’ NFU 37 银铃‘Yinling’ WMY 68 晚馨‘Wanxin’ HZBG
7 天香台阁‘Tianxiang Taige’ NFU 38 银十字‘Yinshizi’ WMY 69 大花金桂‘Dahua Jingui’ NLGS
8 橙黄四季桂‘Chenghuang Sijigui’ NFU 39 白碧‘Baibi’ WMY 70 长柄金桂‘Changbing Jingui’ NMHS
9 籽银桂‘Zi Yingui’ NFU 40 紫梗籽银桂‘Zigeng Zi Yin’ WMY 71 球橙‘Qiu Cheng’ WMY
10 桃叶齿银桂‘Taoye Chi Yin’ WMY 41 阔叶早银桂‘Kuoye Zao Yin’ NLGS 72 火炼金丹‘Huolian Jindan’ WMY
11 齿叶银桂‘Chiye Yin’ WMY 42 晚银桂‘Wan Yingui’ NMHS 73 朱砂丹桂‘Zhusha Dangui’ WMY
12 银粟‘Yinsu’ WMY 43 青尖‘Qingjian’ NFU 74 鄂橙‘E Cheng’ WMY
13 大叶银桂‘Daye Yin’ WMY 44 紫梗‘Zigeng’ NMHS 75 墨叶丹桂‘Moye Dan’ WMY
14 竹叶银桂‘Zhuye Yin’ WMY 45 玉玲珑‘Yu Linglong’ NBG 76 醉肌红‘Zuiji Hong’ NBG
15 早银桂‘Zao Yingui’ NFU 46 大花早银桂‘Dahua Zao Yin’ HZZH 77 红十字‘Hong Shizi’ WMY
16 矩叶银桂‘Juye Yin’ WMY 47 西子银桂‘Xizi Yin’ HZML 78 银丹‘Yin Dan’ WMY
17 狭叶晚银桂‘Xiaye Wan Yin’ WMY 48 玉帘银丝‘Yulian Yinsi’ HZCP 79 齿丹桂‘Chi Dangui’ WMY
18 串银球‘Chuan Yinqiu’ WMY 49 大叶籽金桂‘Daye Zi Jin HZML 80 果丹‘Guodan’ WMY
19 米花籽银桂‘Mihua Zi Yin’ WMY 50 大叶黄‘Daye Huang’ WMY 81 杭州丹桂‘Hangzhou Dan’ HZZH
20 多芽银桂‘Duoya Yin’ WMY 51 金狮桂‘Jinshi Gui’ WMY 82 柳叶红‘Liuye Hong’ HZCP
21 银星‘Yinxing’ WMY 52 桃叶黄‘Taoye Huang’ WMY 83 硬叶丹桂‘Yingye Dangui’ HZBG
22 柳叶桂‘Liuye Gui’ WMY 53 波叶金桂‘Boye Jingui WMY 84 籽丹桂‘Zi Dangui’ NMHS
23 白洁‘Baijie’ WMY 54 晚金桂‘Wan Jingui’ WMY 85 晚霞‘Wanxia’ NMHS
24 宽叶籽银桂‘Kuanye Zi Yin’ NFU 55 金盏碧珠‘Jinzhan Bizhu’ WMY 86 雄黄桂‘Xionghuang’ NFU
25 晚花白‘Wanhua Bai’ WMY 56 橙黄金桂‘Chenghuang Jingui’ WMY 87 浦城丹桂‘Pucheng Dan’ NFU
26 多裂银桂‘Duolie Yin’ WMY 57 秋月‘Qiuyue’ WMY 88 丹红翠珠‘Danhong Cuizhu’ HZBG
27 庐州黄‘Luzhou Huang’ WMY 58 垂花金桂‘Chuihua Jin’ WMY 89 野生桂花 Osmanthus fragrans HLZL
28 厚瓣银桂‘Houban Yin’ WMY 59 圆瓣籽金‘Yuanban Zi Jin’ WMY 90 柊树 Osmanthus heterophyllus NMSH
29 短柄籽银桂‘Duanbing Zi Yin’ WMY 60 小金铃‘Xiao Jinling’ WMY 91 华东木犀 Osmanthus cooperi NBG
30 多瓣籽银桂‘Duoban Zi Yin’ HZML 61 圆瓣金桂‘Yuanban Jingui’ WMY
31 赤苞黄‘Chibao Huang’ WMY 62 墨叶金桂‘Moye Jin’ NLGS
注 Note 1-8: 四季桂品种群 O. fragrans Asiaticus Group,9-48:银桂品种群 O. fragrans Albus Group,49-70:金桂品种群 O. fragrans
Luteus Group,71-88:丹桂品种群 O. fragrans Aurantiacus Group,wMY:无锡梅园 Meiyuan,Wuxi, Jiangsu,HZBG:杭州植物园
Hangzhou Botanical Garden,HZML:杭州满陇 Manlong, Hangzhou,HZCP:杭州少儿公园 Hanghzou Children’s Park,HZZH:浙
江宾馆 Zhejiang Hotel, Hangzhou,NMHS:南京梅花山 Meihuashan, Nanjing,NFU:南京林业大学 Nanjing Forestry University,
NLGS:南京灵谷寺 Linggusi, Nanjing,HLZL:湖南浏阳周洛 Zhouluo, Liuyang, Hunan,NBG:南京中山植物园 Nanjing Botanical
Garden, Mem. Sun Yat-Sen
1.2 DNA 提取
选取健康幼嫩的桂花叶片,采用改良的CTAB法结合快速植物基因组DNA提取试剂盒
(离心柱型),提取DNA。将收集得到的DNA,以λDNA浓度为参照,用1.0%的琼脂糖电泳
检测浓度与纯度,并存放于-20℃冰箱备用,最终用TE稀释至30 ng · μ L. -1作为模板DNA。
1.3 SRAP-PCR分析
1.3.1 SRAP分析引物 引物序列参照Li(Li & Quiros,2001)2001)和Sun(Sun et al, 2007),
由南京金思特科技有限公司合成,共组合形成96对引物,最后筛选出扩增条带丰富、清晰、
分布较均匀的引物组合(表2)共18对,对样品进行正式扩增。每对引物重复两次。
表 2 试验所用 SRAP 引物序列
Table 2 Sequences of SRAP primers used in this study
上游引物
Reverse primers
引物序列(5’→3’)
Sequences of primers(5’→3’)
下游引物
Forward primers
引物序列(5’→3’)
Sequences of primers(5’→3’)
me1
me2
me4
me6
ga4
ga18
ga40
pm15
pm17
odd58
sa15
sa17
TGAGTCCAAACCGGATA
TGA TCCAAACCGGAGC
TGAGTCCAAACCGGACA
GACTGCGTA GAATTGCA
CTAACGCTCTGCCTGATG
GGCTTGAACGAGTGACTGA
CCTCTTACGAATATGAATGA
TGACGGCGAACAATCTCC
ACCTGCCGCCATCTTCG
CTAAAACCAGGAAGTGAGAA
CTTGTTTGACACATGCTTTG
ATAAGAATCAGCAGACGCAT
em1
em2
em3
em5
em6
em7
em8
em9
em10
em11
GACTGCGTACGAATTATT
GACTGCGTACGAATTCTGC
GACTGCGTACGAATTCGAC
GACTGCGTACGAATTCAAC
GACTGCGTACGAATTCCAA
GACTGCGTACGAATTCAA
GACTCGATAGCAATTCAC
GACTGCGTACGAATTCGA
GACTGCGTACGAATTCAG
GACTGCGTACGAATTCCA
1.3.2 SRAP-PCR反应体系 扩增反应采用 10 μl的反应体系,其中包括:10×PCR buffer1.0
μl,30 ng DNA1.0 μl,2.5 mmol.L-1Mg2+ 1.2 μl,0.2 mmol.L-1dNTPs 0.8 μl,0.4 μmmol.L-1引物
各 0.5 μl,0.75 U Taq DNA聚合酶 0.15 μl,双蒸水补充至 10 μl。
1.3.3 PCR 扩增程序 94 ℃预变性 5 min,94 ℃变性 1 min,35 ℃退火 1 min,72 ℃延伸
1.5 min,5 个循环;94 ℃变性 1 min,50 ℃退火 1 min,72 ℃延伸 1.5 min,33 个循环;72 ℃
延伸 7 min,4 ℃保存。
1.3.4 扩增产物检测 采用非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳与银染法对SRAP-PCR扩增产物
进行检测。吸取扩增产物3.5 μl,加2.0 μl混有loading buffer的溴酚蓝于8.0 %非变性聚丙烯酰
胺凝胶(丙烯酰胺和N,N-甲叉双丙烯酰胺=19:1)进行电泳,电泳缓冲液为1×TBE。稳压150 V,
1.5~2 h,用100 bpDNA ladder作DNA分子量标准(Maker),电泳至溴酚蓝移到凝胶底部结
束。
电泳结束后,采用银染法进行染色:用体积分数10%的无水乙醇和体积分数0.5%的冰乙
酸固定12~15 min后;用质量分数0.2%的硝酸银水溶液渗透10-12 min,用适量蒸馏水漂洗2
次;用1%硫代硫酸钠渗透30s,倒掉液体,紧接着用质量分数1.5%的氢氧化钠和体积分数0.4%
的甲醛混合液显色,至谱带清晰,将凝胶置于凝胶成像分体系统上进行拍照。
1.4 数据统计与分析
SRAP 为显性标记,每对 SRAP 引物检测一个位点,视每条多态性带为一个等位基因,
记录 100~800bp 范围内带的有无,有带记为“1”,无带记为“0”,将数据录入 Excel 表格,形
成二元矩阵,用 PopGene Version 1.31(Yeh et al., 1997)软件对获得的相关数据进行遗传分
析。
1.5 聚类分析
用 NTSYSpc2.02 软件中的 SHAN 程序对桂花各品种群(含所有相关品种)和品种个体
分别进行聚类,按照 UPGMA 方法进行聚类分析,绘出聚类分析树状图。
2 结果与分析
2.1 桂花 SRAP 引物扩增多态性分析
用筛选出的18对引物对供试的桂花88个品种、1个野生种、2个木犀属对照种进行扩增。
扩增结果见表3。18对引物组合共扩增出296个位点,其中有248个多态性位点,总的位点多
态性比率为83.78%。每对引物组合产生的位点数在12~21之间,平均每对引物组合产生16.4
个位点和13.8个多态性位点。其中,引物组合odd58-em10产生的多态性位点比率最高,为
93.33%。产生位点和多态性位点数最多的引物组合是me6-em1,扩增出21个位点和19个多态
性位点。多态位点比率最高的是引物组合odd58-em10,多态位点比率高达93.33,同时该引
物组合的基因多样性指数H(0.3145)和Shannon信息指数I(0.4653)都是最高的。多态位点比率
最低的引物组合是me4 –em2、odd58-em3和pm15-em6,均为75%。基因多样性指数H最低的
是引物组合me1-em8,为0.1584。
表 3 SRAP 引物组合扩增桂花 DNA 的多态位点数
Table 3 The numbers of polymorphic loci amplified by SRAP primers
引物组合
Primer pairs
总位点数
Total loci
多态位点数
Polymorphic loci
多态比率
Rate of polymorphic
loci (%)
基因多样性指数
H
Shannon 信息指数
I
me1-em2 15 12 80.00 0.2195 0.3504
me1-em3 12 10 83.33 0.2476 0.3856
me1-em8 20 17 85.00 0.1584 0.2704
me2-em10 19 17 89.47 0.2022 0.3192
me4 –em2 12 9 75.00 0.2936 0.4500
me6- em1 21 19 90.48 0.2821 0.4374
me6- em5 17 13 76.47 0.2730 0.4205
ga4 –em6 18 14 77.78 0.1846 0.2957
ga4 –em7 17 15 88.24 0.1964 0.3099
ga4-em9 20 17 85.00 0.2338 0.3661
ga18-em6 17 13 76.47 0.1621 0.2657
ga40-em1 18 16 88.89 0.2499 0.3944
odd58-em3 12 9 75.00 0.1660 0.2849
odd58-em10 15 14 93.33 0.3145 0.4653
pm15-em6 12 9 75.00 0.3034 0.4588
pm17-em10 15 13 86.67 0.2718 0.4234
sa15-em10 18 15 83.33 0.1715 0.2770
sa17-em7 18 16 88.89 0.2481 0.3798
Total/Mean 296 248 83.78 0.2295 0.3605
1– 8:四季桂品种群 O. fragrans Albus Group;9–48:银桂品种群 O. fragrans Asiaticus Group;49-70:金桂品种群 O. fragrans Luteus
Group;71-88:丹桂品种群 O. fragrans Aurantiacus Group;89:桂花野生种 O. fragrans (wild);90:柊树 O. heterophyllus; 91:
华东木犀 O. cooperi;M:100bp 分子质量标准 100bp DNA ladder; 箭头所示条带为多态性条带 The arrows indicate the
polymorphic bands.
图 1 引物组合 sa15-em10 对桂花 88 个品种、1 个野生种和木犀属 2 个对照种的扩增结果
Fig 1 SRAP-PCR amplification profiles of 88 cultivars, 1 wild species of O. fragrans and 2 species of Osmanthus with primer
combination sa15 and em10
2.2 桂花各品种群 SRAP 遗传多样性分析
表 4 桂花不同品种群 SRAP 标记的遗传多样性指数
Table 4 Genetic variation statistics based on SRAP marker of different groups of O. fragrans
品种群 NA NE HE I PPL
四季桂品种群
Asiaticus Group
1.5574 1.3244 0.1900 0.2858 (165)55.74%
银桂品种群
Albus Group
1.8446 1.3599 0.2191 0.3412 (250) 84.46%
金桂品种群
Luteus Group
1.7128 1.3410 0.2044 0.3143 (211)71.28%
丹桂品种群
Aurantiacus Group
1.5642 1.3062 0.1800 0.2721 (167)56.42%
总体 Total 1.9628 1.3735 0.2295 0.3605 (284) 96.28%
NA = Observed number of alleles, NE = Effective number of alleles, HE = Neis (1973) gene diversity,I = Shannons Information index,
PPL: percentage of polymorphic loci
18 对引物检测桂花不同品种群的遗传多样性有差异。在四个品种群中,银桂品种群的
观察等位基因数(1.8446)、有效等位基因数(1.3599)、Neis 遗传多样性指数(0.2191)、Shannon
信息指数(0.3412)和位点多态性比率(250)84.46%都是最高的;其次为金桂,观察等位基因数
(1.7128)、有效等位基因数(1.3410)、Neis 遗传多样性指数(0.2044)、Shannon 信息指数
(0.3143)和位点多态性比率 (71.28%),高于丹桂和四季桂。各品种群的有效等位基因数、Neis
遗传多样性指数、Shannon 信息指数排序排序均为:银桂品种群>金桂品种群>四季桂品种
群>丹桂品种群。观察等位基因数和位点多态性比率排序为:银桂品种群>金桂品种群>丹
桂品种群>四季桂品种群。
桂花品种群群体总遗传多样性指数Ht为0.2410,种群内遗传多样性指数Hs为0.1134,种
群内遗传多样性比率(1-Gst)为47.05%,种群间遗传多样性比率Gst为52.95%。
2.3 桂花 SRAP 遗传距离和聚类分析
桂花 4 个品种群、1 个野生种与柊树及华东木犀 2 个对照种的 SRAP 遗传距离存在差异。
遗传距离介于 0.0209~0.3197 之间。柊树和华东木犀 2 个木犀属对照种与桂花品种群的距离
最大。距离均大于或等于 0.1993。其次为野生桂花与桂花四个品种群之间的距离。都大于等
于 0.1736。在桂花四个品种群中,秋季开花的银桂、金桂和丹桂品种群与四季桂品种群的关
系较远,遗传距离均大于等于 0.0496,其中丹桂品种群与四季桂品种群的距离(0.0591)最
大;而银桂、金桂和丹桂品种群之间的遗传距离均小于等于 0.0378,金桂品种群与丹桂品种
群的遗传距离最小,为 0.0209,略小于金桂品种群与银桂品种群的距离(0.0221),小于丹
桂品种群与银桂品种群的距离(0.0378)。
从桂花品种群的聚类图来看,金桂品种群与丹桂品种群首先聚在一起,再与银桂品种群
聚在一起,三个秋季开花的品种群聚在一起后,又与四季桂品种群聚在一起。图中还显示,
桂花野生种与桂花品种(四个品种群)之间有明显的区别,同属对照种柊树和华东木犀聚在
一起,与桂花野生种和品种距离均较远。
表 5 桂花 4 个品种群、1 个野生种和 2 个对照种 SRAP 遗传距离和遗传相似系数矩阵
Table 5 The genetic diversity and similarity index base on SRAP marker for 4 groups and 1 wild species of O. fragrans and 2
contrast species of Osmanthus
类 型 type 四季桂 品种群
银桂
品种群
金桂
品种群
丹桂
品种群
桂花
野生种 柊树 华东木犀
四季桂品种群
O. fragrans Asiaticus Group **** 0.9512 0.9516 0.9426 0.7975 0.7560 0.7675
银桂品种群
O. fragrans Albus Group 0.0500 **** 0.9781 0.9629 0.8270 0.7874 0.8193
金桂品种群
O. fragrans Luteus Group 0.0496 0.0221 **** 0.9793 0.8406 0.7942 0.8171
丹桂品种群
O. fragrans Aurantiacus Group 0.0591 0.0378 0.0209 **** 0.8280 0.7837 0.8086
桂花野生种
Osmanthus fragrans (wild) 0.2263 0.1899 0.1736 0.1887 **** 0.7601 0.7264
柊树
Osmanthus heterophyllus 0.2798 0.2391 0.2304 0.2438 0.2743 **** 0.8378
华东木犀
Osmanthus cooperi 0.2646 0.1993 0.2019 0.2125 0.3197 0.1769 ****
对角线以上为遗传相似系数,以下为遗传距离 Neis genetic identity (above diagonal) and genetic distance (below diagonal).
图 2 基于Nei’s 遗传距离产生的桂花各品种群和野生种聚类图[i1]
Fig. 2 SRAP dendrogram of cluster analysis based on Nei’s genetic distance for 4 groups and wild species of Osmanthus fragrans
利用 SRAP 谱带数据,对桂花的 88 个品种、1 个野生种和木犀属 2 个对照种进行聚类,
以遗传相似系数 0.762 为截值,可将桂花为Ⅵ类。第Ⅰ类,为 6 个四季桂品种:大叶佛顶珠、
日香桂、小叶四季桂、四季桂、冬香白、月桂。第Ⅱ类总计 36 个品种,包括 2 个四季桂品
种天香台阁、橙黄四季桂以及 34 个银桂品种(占供试材料中银桂总数的 85%),具体为籽
银桂、桃叶齿银桂、柳叶桂、狭叶晚银桂、串银球、米花籽银桂、多芽银桂、银星、白洁、
宽叶籽银桂、晚花白、多裂银桂、庐州黄、厚瓣银桂、短柄籽银桂、多瓣籽银桂、赤苞黄、
小叶苏桂、晚银桂、五瓣银、梨蕊、早黄、九龙桂、银十字、阔叶早银桂、玉玲珑、紫梗、
银铃、白碧、紫梗籽银桂、齿叶银桂、银粟、大叶银桂、竹叶银桂。第Ⅲ类,包括 36 个品
种,为混合类型,包括 17 个金桂(总计 22 个)品种:大叶黄、大叶籽金桂、金狮桂、桃叶
黄、波叶金桂、长柄金桂、湟川金桂、杭州黄、万点金、晚馨、大花金桂、圆瓣籽金、墨叶
金桂、早金桂、晚金桂、橙黄金桂、圆瓣金桂;所有的供试丹桂品种共 18 个:硬叶丹桂、
杭州丹桂、丹红翠珠、雄黄桂、柳叶红、浦城丹桂、晚霞、朱砂丹桂、火炼金丹、醉肌红、
红十字丹桂、鄂橙、籽丹桂、墨叶丹桂、齿丹桂、果丹、银丹、球橙,和 1 个银桂品种玉帘
银丝。由图中可见,金桂和丹桂基本上都先聚在一起。第Ⅳ类,10 个品种,包括 5 个银桂
品种早银桂、矩叶银桂、青尖、大花早银桂、西子银桂,和 5 个金桂品种早籽黄、金盏碧珠、
秋月、垂花金桂、小金铃,其中,花色较浅的金桂品种早籽黄(RHS-CC 9C)与花色较深的
银桂品种早银桂(RHS-CC 6A-8B)及矩叶银桂聚在一起;3 个金桂品种金盏碧珠、秋月、
垂花金桂聚在一起,3 个银桂品种青尖、大花早银桂、西子银桂聚在一起。第Ⅴ类为桂花野
生种。第Ⅵ类为木犀属的两个对照种柊树和华东木犀,它们单独聚为一类,并与桂花的野生
种及所有品种明显分开。这一结果可以将大部分四季桂,秋季开花的银桂、金桂、丹桂品种
群,木犀属两个对照种和野生桂花明显分开。
在第Ⅲ类中,以遗传相似系数 0.823 为截值,5 个金桂品种大叶黄、大叶籽金桂、金狮
桂、桃叶黄、波叶金桂与银桂品种玉帘银丝聚在一起;花色浅橙黄的金桂品种长柄金桂与 7
个丹桂品种硬叶丹桂、杭州丹桂、丹红翠珠、雄黄桂、柳叶红、浦城丹桂、晚霞聚在一起;
花色深黄的金桂品种万点金(RHS-CC 16A~19B)与 9 个丹桂品种火炼金丹、醉肌红、红
十字丹桂、鄂橙、籽丹桂、墨叶丹桂、齿丹桂、果丹、银丹聚在一起。4 个金桂品种晚馨、
大花金桂、墨叶金桂及早金桂聚在一起。
以遗传相似系数 0.878 为截值,可见四季桂品种小叶四季桂与四季桂,金桂品种桃叶黄
与波叶金桂,丹桂品种齿丹桂与果丹聚在一起,说明它们之间相似程度高,遗传距离较近。
其中,金桂品种桃叶黄与波叶金桂之间的距离最小,为 0.0806;小叶四季桂与四季桂,齿丹
桂与果丹之间的遗传距离均为 0.0916。
图 3:基于 Nei’s 遗传距离产生的桂花 88 个品种、1 个野生种和木犀属 2 个对照种的 SRAP 聚类图
Fig. 3 SRAP dendrogram of cluster analysis based on Nei’s genetic distance for 88 cultivars, one wild species of O. fragrans and
2 species of Osmanthus
3 讨论
3.1 桂花的 SRAP 遗传多样性分析
实验结果表明,18 对 SRAP 引物共扩增出 296 个位点,其中有 248 个多态性位点,总
位点多态性比率达 83.78%。每对引物的扩增图谱上均出现某些桂花品种的特异性条带,以
遗传相似系数 0.762 为截值,供试的桂花品种可明显地分为Ⅵ类,说明桂花品种之间存在着
较为丰富的遗传多样性。
桂花各品种群位点多态性比率排序为:银桂品种群>金桂品种群>丹桂品种群>四季桂
品种群,这与刘龙昌等的 RAPD 研究结果(Liu et al., 2004)相似。种群间遗传多样性比率
Gst 为 52.95%,说明桂花的大部分变异存在于品种群之间。
3.2 桂花品种群和品种的划分
不论是桂花品种群的聚类图还是桂花品种的聚类图,都可以看出,木犀属两个对照种柊
树和华东木犀单独聚在一起,并且与桂花野生种和品种的遗传距离均较远,这与形态分类的
结果一致。由桂花品种群的聚类图可见,桂花野生种与各品种群明显分开,说明桂花野生种
与栽培品种之间出现了明显的遗传分化。桂花三个秋季开花的品种群聚在一起后,再与四季
桂品种群聚在一起,说明四季桂品种群与三个秋季开花的品种群遗传距离较远。另外,图中
显示金桂与丹桂亲缘关系较近,为丹桂可能是由金桂芽变而来(臧德奎 等,2002;尚富德 等,
2004)的推断增加了分子的依据。
由桂花品种的聚类图可见,野生桂花与绝大部分桂花品种有明显距离,与品种群聚类结
果及形态分类一致,说明桂花野生种与栽培品种在基因上出现了明显分化。四季桂品种大部
分聚在一起,秋桂中银桂、金桂、丹桂三个品种群的品种大都可以先聚在一起。
本研究中花色深黄的金桂品种万点金,与 9 个丹桂品种聚在一起,说明花色较深的金桂
和丹桂品种群的品种遗传距离较近,这与同工酶分析(赵小兰 等,2000)和其他一些分子
标记研究(赵小兰和姚崇怀,1999 邱英雄 等,2004,尚富德 等,2004,韩远记 等,2008)
的结果一致;本研究中品种群的聚类结果,也说明金桂与丹桂亲缘关系较近。一部分金桂品
种与银桂品种聚类(第Ⅳ类),一部分金桂品种与丹桂聚类(第Ⅲ类),但没有银桂与丹桂聚
类的现象,这说明花色的过渡是有遗传基础的。然而,聚类结果还受其他形态性状和起源发
生的影响,具体到一些品种,花色的交叉是可以理解的,有待今后进一步研究加以验证。
本研究的几个桂花品种——来自无锡梅园的桃叶齿银桂、竹叶银桂、多裂银桂、五瓣银、
银十字、圆瓣籽金、球橙和银丹,经过几年的观察,发现其形态和生理特征明显有别于其他
品种,根据形态特征,将其分别划归银桂品种群、金桂品种群和丹桂品种群,本研究 SRAP
标记的分析结果表明它们在基因组水平上也与其他品种存在一定差异,因此可以确立为新品
种。
由聚类图中可见,四季桂品种小叶四季桂与四季桂,金桂品种桃叶黄与波叶金桂,丹桂
品种齿丹桂与果丹,遗传相似程度较高,遗传距离较近,但由于它们的表型性状还有差别,
因此,仍视为不同品种。
3.3 用 SRAP 分子标记研究桂花遗传多样性的优势和可行性
SRAP分子标记是一种基于PCR的理想的新型DNA分子标记,综合了多个常用分子标记
的优点。它多态性和重现性好,与AFLP接近;其上下游引物可以通用,提高了引物使用效
率且降低了引物的合成成本;具有RAPD操作简便的优点却不像后者稳定性重复性差且产率
较低。总之,SRAP标记系统简便、产率高、可显示大量共显性标记、易从序列中得到分离
条带(任羽 等,2004),因此在种质资源鉴定、遗传图谱构建,遗传多样性研究等方面具
有广泛的应用前景。
本研究利用优化后的SRAP-PCR体系对88个桂花品种、1个桂花野生种和木犀属2个对照
种的样品进行了扩增和检测,结果表明,SRAP标记揭示出桂花不同品种群及不同品种的多
态性均较丰富,不同品种群间及不同品种之间均存在明显的遗传差异。基于SRAP分子标记
的桂花品种群及品种的聚类结果与基于形态的传统分类学的结果基本相符。在形态分类的基
础上,还可以判别和鉴定桂花的新品种,可见,SRAP标记可用于桂花品种遗传多样性和亲
缘关系的研究分析,还可用于桂花资源鉴定、系统进化等方面的研究。
Ferriol等人2003年用SRAP标记研究甜瓜遗传多样性时,认为SRAP标记所提供的遗传信
息与作物的形态差异和进化历史更符合(Ferriol et al., 2003 )。SRAP标记优先扩增的开放阅读
框,可能包含与形态和农艺性状有关的基因组编码区(Ferriol et al., 2004)。本研究的结果还
表明,桂花SRAP标记的位点多态性百分比达到了83.84%,与已报道用于桂花品种分类和遗
传多样性研究的几种标记相比,显著高于RAPD标记的71.9%(尚富德 等,2004)和AFLP标记
的60.8%(韩远记 等,2008),略低于ISSR标记(邱英雄 等,2004;胡绍庆 等,2004)的
87.8%,但SRAP平均每对引物组合产生16.5个位点,明显多于ISSR每个引物产生的6.92个位
点,可见SRAP提供了更丰富的遗传信息,可以获得更可靠的结果。
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