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Evaluation of Application of SRAP on Analysis of Genetic Diversity in Cultivars of Allium fistulosum L.

SRAP在葱栽培品种遗传多样性研究中的适用性分析



全 文 :园  艺  学  报  2007, 34 (4) : 929 - 934
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2007 - 02 - 28; 修回日期 : 2007 - 04 - 253 通讯作者 Author for correspondence ( E2mail: ypyin@ sdau1edu1cn)
SRAP在葱栽培品种遗传多样性研究中的适用性分析
李慧芝 , 尹燕枰 3 , 张春庆 , 张 敏 , 李建敏
(山东农业大学农学院 , 作物生物学国家重点实验室 , 山东泰安 271018)
摘  要 : 为评价 SRAP技术对葱品种进行鉴定和遗传关系分析的适用性 , 对 20个葱栽培品种的表型特
征进行了观察记载 , 利用 256个 SRAP引物组合对其进行了遗传多样性研究。结果表明 : (1) 256个 SRAP
引物组合中有 161个引物组合产生多态性条带 , 占所用引物组合数的 6219%。161个引物组合共产生 336
条多态性条带 , 不同引物组合产生的多态性条带数为 1~6个 , 平均 211个。20个葱栽培品种遗传相似系
数变幅为 01464~01938, 平均 01703。 (2) 依据 SRAP进行聚类分析的分类结果与依据表型特征分类的结
果一致。上述结果说明 SRAP标记可以在葱栽培品种的鉴定和遗传多样性研究中应用。
关键词 : 葱 ; 栽培品种 ; SRAP; 遗传多样性 ; 适用性
中图分类号 : S 63311  文献标识码 : A  文章编号 : 05132353X (2007) 0420929206
Eva lua tion of Applica tion of SRAP on Ana lysis of Genetic D iversity in Culti2
vars of A llium fistu losum L.
L I Hui2zhi, YIN Yan2p ing3 , ZHANG Chun2qing, ZHANG M in, and L I J ian2m in
(A gronom y College, Shandong A gricu ltura l U niversity, S ta te Key L aboratory of C rop B iology, Taipian, Shandong 271018, China)
Abstract: In order to evaluate the app lication of SRAP in identification and genetic relationship analysis
on cultivars of A llium fistu losum L. , 20 cultivarswere used in this experiment. W e investigated the morpholog2
ical characters and analyzed the genetic diversity of 20 cultivars with SRAP markers. 256 p rimer pairs were
tested, 161 (6219% ) of which generated polymorphic bands. A total of 336 polymorphic bands were ob2
served. The number of polymorphic bands detected by an individual p rimer pair ranged from one to six, with
an average number of 211. Genetic sim ilarity ( GS) coefficients among 20 cultivars based on the SRAP data
ranged from 01464 to 01938, with a mean GS coefficient of 01703. A dendrogram was generated using cluster
analysis, which revealed phylogenetic relationship s among 20 cultivars. The result was in agreement with the
common classification based on morphologic traits, which suggested that SRAP marker could be reliably used
in cultivar identification and genetic diversity analysis of A. fistu losum L.
Key words: A llium fistu losum L. ; Cultivar; SRAP; Genetic diversity; App lication
目前国外用于葱属植物遗传多样性分析的 DNA分子标记技术主要为 SSR ( Fischer & Bachman,
2000) 和 AFLP ( Ipek et al. , 2005) , 且多应用于洋葱、大蒜等 , 对葱的研究少见报道。对葱属植物
遗传多样性研究 , 使用的分子标记技术仅为 RAPD 技术 , 且多用在种或亚种间亲缘关系的探索上
(孟祥栋 等 , 1998; 盖树鹏 等 , 2001)。寻找在葱属植物品种间遗传多样性及亲缘关系分析中适用
的有效分子标记技术 , 是目前葱品种鉴定、遗传关系分析及种质资源评价工作中急需解决的问题。
SRAP ( Sequence2Related Amp lified Polymorphism ) 标记 (L i & Quiros, 2001) 的原理是利用特定
引物对 ORFs区域 ( Open Reading Frames) 进行扩增。上游引物长 17 bp, 5′端的前 10 bp是填充序
列 , 紧接着是 CCGG组成核心序列及 3′端 3个选择碱基 , 对外显子进行特异扩增 , 下游引物长 18 bp,
园   艺   学   报 34卷
5′端的前 11 bp是一段填充序列 , 紧接着是 AATT组成核心序列及 3′端 3个选择碱基 , 对内含子区域、
启动子区域进行特异扩增。因不同个体、物种的内含子、启动子及间隔区长度不同而产生多态性。目
前该技术已被用于甜瓜 ( Ferriol et al. , 2003)、南瓜 ( Ferriol et al. , 2004) 与野牛草 (Budak et al. ,
2004) 等的遗传多样性研究 , 显示了良好的效果 , 在辣椒 (任羽 等 , 2004) 和棉花 (林忠旭 等 ,
2004) 中也显示了良好的适用性。本研究将 SRAP应用于葱属植物的遗传多样性研究中 , 以探讨该技
术对葱品种进行鉴定和遗传关系分析的可行性。
1 材料与方法
111 试验材料
选用葱 (A llium fistu losum var. g igan tum ) 的 8个日本栽培品种 ‘田宝 ’、‘天光一本 ’、‘春味 ’、
‘长崎一号’、‘夏黑二号 ’、‘元藏 ’、‘长宝 ’、‘日本铁杆大葱 ’; 9个中国栽培品种 ‘掖幅一号 ’
(山东莱州 )、‘铁杆大葱王 ’ (山东章丘 )、‘日本巨葱 120’ (河北衡水 )、‘宝塔大葱 ’ (河北定州 )、
‘章丘大葱’ (山东莒县 )、‘五叶齐大葱 ’ (天津宝坻 )、‘泰山巨葱 ’ (山东泰安 )、‘鲁友长茎大葱 ’
(山东高密 )、‘莱芜鸡腿葱 ’ (山东莱芜 ) ; 3个分葱 (A. fistu losum var. caepitosum ) 品种 ‘金夏香
葱 ’ (日本 )、‘万能香葱 ’ (日本 )、‘四季小葱 ’ (浙江杭州 ) , 共 20个。各品种均从产地收集。
2006年 3月 31日在山东农业大学农作物标本园育苗 , 每品种育苗面积 115 m2 (115 m ×1 m) , 6
月 15日移栽 , 小区面积 12 m2 (6 m ×2 m) , 行距 50 cm, 株距 10 cm, 每小区栽植 240株。田间管理
同大田栽培。10月 10日调查各品种叶色、叶肉厚度、叶鞘紧实程度和蜡粉有无等表型性状。12月 1
日采收时每品种随机取样 10株 , 统计其分蘖数、株高、假茎长和假茎直径。
112 D NA提取
每个品种取发芽期幼苗 2~3 g, 约 150株 , 液氮研磨成浆状 , 迅速加入 65℃预热提取液 ( 100
mmol/L Tris2HCl pH 810, 20 g/L CTAB , 114 mol/L NaCl, 20 mmol/L EDTA pH 810, 用前加 40 mmol/L
β -巯基乙醇 ) , 65~70℃浸提 30 m in, 加入等体积氯仿—异戊醇 ( 24∶1) , 颠倒离心管 5~6次 ,
5 500 ×g离心 20 m in。取上清液 , 再次加入氯仿 —异戊醇 , 5 500 ×g离心 20 m in。取上清液 , 加入
016倍体积的异丙醇沉淀 30 m in左右 , 将沉淀转移至另一离心管 , 70%乙醇冲洗 2~3次 , TE [ 10
mmol/L Tris2HCl (pH 810) , 1 mmol/L EDTA (pH 810) ] 溶解后 , 保存于 - 20℃备用。
113 SRAP - PCR扩增
引物采用 Ferriol等 ( 2003) 与 Budak等 ( 2004) 发表的 16个正向引物和 16个反向引物 (表
1) , 两两组合成 256个引物组合。引物由上海生工合成。PCR扩增总体积为 25μL, 包括 DNA模板
60 ng, 引物 10μmol/L , 1 ×Loading buffer, 210 mmol/L MgCl2 , 012 mmol/L dNTP, 0175 U Taq酶 (购
于上海生工 ) , 不足部分用 ddH2O补足。PCR扩增在 PTC2100扩增仪 (B io - Rad公司 ) 上进行 , 扩
增程序为 DNA 94℃预变性 5 m in; 94℃变性 1 m in, 35℃退火 1 m in, 72℃复性 1 m in, 5个循环 ; 94℃
变性 1 m in, 50℃退火 1 m in, 72℃复性 1 m in, 35个循环 ; 72℃延伸 10 m in; 4℃结束保存。
扩增产物采用 10%非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳 , 电泳缓冲液为 1 ×TBE, 稳压 120 V , 溴酚蓝距
离凝胶 2~3 cm处结束电泳。电泳后银染 (B rant et al. , 1991) : 蒸馏水冲洗胶板 1次 , 不超过 20 s;
将冲洗后的胶板放入染色液中轻轻晃动 6~7 m in; 将染色液倒出后 , 加入蒸馏水冲洗 20 s, 然后加入
少量显色液冲洗 1次 , 15 s后倒出 ; 倒入足量显色液摇动大约 5 m in后显影 ; 等带完全出现之后倒出
显影液 , 加入定影液 , 轻摇 5 m in, 用蒸馏水冲洗后照相或者保存。
114 数据分析方法
使用 NTSYS2PC2110软件 , 非加权组平均法 (UPGMA ) 聚类。相似系数 S ij = a / ( a + b + c) ; 其
中 , a表示两份样品共有条带数 , b表示 i样品特有条带数 , c表示 j样品特有条带数。
039
 4期 李慧芝等 : SRAP在葱栽培品种遗传多样性研究中的适用性分析  
表 1 SRAP引物序列
Table 1 Sequences of SRAP pr im ers
正向引物
Forward p rimers
正向引物序列
Forward p rimers sequences
反向引物
Reverse p rimers
反向引物序列
Reverse p rimers sequences
Me1 TGA GTC CAA ACC GGA TA Em1 GAC TGC GTA CGA ATT AAT
Me2 TGA GTC CAA ACC GGA GC Em2 GAC TGC GTA CGA ATT TGC
Me3 TGA GTC CAA ACC GGA AT Em3 GAC TGC GTA CGA ATT GAC
Me4 TGA GTC CAA ACC GGA CC Em4 GAC TGC GTA CGA ATT TGA
Me5 TGA GTC CAA ACC GGA AG Em5 GAC TGC GTA CGA ATT AAC
Me6 TGA GTC CAA ACC GGA CA Em6 GAC TGC GTA CGA ATT GCA
Me7 TGA GTC CAA ACC GGA CG Em7 GAC TGC GTA CGA ATT CAA
Me8 TGA GTC CAA ACC GGA CT Em8 GAC TGC GTA CGA ATT CAC
Me9 TGA GTC CAA ACC GGA GG Em9 GAC TGC GTA CGA ATT CAG
Me10 TGA GTC CAA ACC GGA AA Em10 GAC TGC GTA CGA ATT CAT
Me11 TGA GTC CAA ACC GGA AC Em11 GAC TGC GTA CGA ATT CTA
Me12 TGA GTC CAA ACC GGA GA Em12 GAC TGC GTA CGA ATT CTC
Me13 TGA GTC CAA ACC GGA AG Em13 GAC TGC GTA CGA ATT CTG
ME6 TGA GTC CTT TCC GGT AA Em14 GAC TGC GTA CGA ATT CTT
ME7 TGA GTC CTT TCC GGT CC Em15 GAC TGC GTA CGA ATT GAT
ME8 TGA GTC CTT TCC GGT GC Em16 GAC TGC GTA CGA ATT GTC
2 结果与分析
211 20个葱栽培品种表型特征
表 2为各品种主要表型性状。在叶性状方面 , 来自于日本的 8个品种基本一致 , 叶色浓绿 , 叶肉
厚 , 叶片直立、排列紧凑 , 不易折 , 叶鞘部紧实 , 蜡粉较多。来自于国内的 9个品种叶色鲜绿或暗
绿 , 叶鞘部松散或较松散 , 蜡粉较少 , 在叶肉厚薄、叶片排列及易折性等性状上差异较大。其中 , 掖
幅一号、铁杆大葱王、日本巨葱 120、章丘大葱与泰山巨葱叶肉薄或较薄 , 叶片排列稀疏或较稀疏 ,
易折 ; 宝塔大葱、莱芜鸡腿葱叶片排列较稀疏 , 但叶肉较厚 , 不易折 , 鳞茎膨大 , 明显粗于葱白 ; 五
表 2 20个葱栽培品种表型特征
Table 2 M orpholog ica l tra its of 20 cultivars of A. fistu losum L.
编号
Code
品种
Cultivar
分蘖
Tiller
株高
Plant height( cm)
假茎 Pseudostem
长 Length ( cm) 直径 D iameter( cm)
1 田宝 Tianbao 0 67185 ±5116 h 29165 ±2100 f 3104 ±0111 h
2 天光一本 Tianguang Yiben 0 71167 ±5177 g 27105 ±1152 gh 3126 ±0113 fgh
3 春味 Chunwei 0 69188 ±2100 gh 29141 ±1185 f 3116 ±0113 gh
4 长崎一号 Changqi 1 0 63185 ±4161 i 28129 ±3121 fg 3118 ±0124 gh
5 掖幅一号 Yefu 1 0 104105 ±2175 a 42183 ±4100 a 3152 ±0115 de
6 夏黑二号 Xiahei 2 0 68180 ±1114 gh 24130 ±1106 ij 3147 ±0106 def
7 元藏 Yuanzang 0 69100 ±0178 gh 23135 ±0191 j 2173 ±0107 j
8 长宝 Changbao 0 69105 ±5106 gh 29185 ±2101 f 3110 ±0120 h
9 金夏香葱 J inxia Xiangcong 218 35120 ±4142 l 12180 ±0163 l 0172 ±0110 k
10 万能香葱 W anneng Xiangcong 0 58110 ±2148 j 25135 ±1187 h 2160 ±0119 j
11 铁杆大葱王 Tiegan Dacongwang 0 85150 ±4138 e 38155 ±2140 c 4106 ±0146 c
12 四季小葱 Siji Xiaocong 718 47105 ±3111 k 11150 ±0185 l 0161 ±0105 k
13 日本巨葱 120 Japan Jucong 120 0 97150 ±5129 bc 33175 ±2165 e 4120 ±0133 c
14 宝塔大葱 Baota Dacong 0 105105 ±3193 a 36120 ±1175 d 5162 ±0144 a
15 章丘大葱 Zhangqiu Dacong 0 95175 ±4195 c 40110 ±2134 bc 3135 ±0114 efg
16 日本铁杆大葱 Japan Tiegan Dacong 0 60121 ±3106 j 28105 ±1126 fg 3119 ±0114 gh
17 五叶齐大葱 W uyeqi Dacong 0 89180 ±4180 d 41130 ±3107 ab 3166 ±0154 d
18 泰山巨葱 Taishan Jucong 0 89135 ±3129 d 40122 ±1124 bc 3135 ±0111 efg
19 莱芜鸡腿葱 Laiwu J itui Cong 0 77118 ±3147 f 20104 ±1128 k 4175 ±0123 b
20 鲁友长茎大葱 Luyou Changjing Dacong 0 99118 ±2107 b 41156 ±2133 ab 3156 ±0116 de
  注 : 同列标有不同字母的平均值间差异达 P≤0105显著水平。
Note: D ifferent letters within a column mean significantly different at P≤0105.
139
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叶齐和鲁友长茎大葱叶肉厚或较厚 , 叶片排列较紧凑 , 不易折。3个分葱品种的鳞茎不膨大 , 但略粗
于葱白。其中 , 金夏香葱和万能香葱叶色浓绿 , 叶肉厚 , 不易折 , 但金夏香葱叶鞘部松散 , 蜡粉较
少 , 而万能香葱叶鞘部较松散 , 蜡粉多 ; 四季小葱植株丛生 , 叶色淡绿 , 叶片筒状细小 , 叶肉薄、极
易折 , 叶鞘部松散 , 无蜡粉 , 叶性状与国内大葱品种基本一致。在株高、假茎长和直径方面 , 日本大
葱低于中国大葱品种。金夏香葱和四季小葱的株高、假茎长显著低于大葱品种 , 万能香葱的株高、假
茎长和直径与部分日本大葱品种无显著差异。在分蘖方面 , 大葱品种均无分蘖 ; 分葱品种中 , 金夏香
葱和四季小葱有分蘖 , 万能香葱无分蘖。
212 SRAP多态性分析
对 20个葱栽培品种的 SRAP多态性分析结果 (表 3) 表明 , 在 256个引物组合中 , 有 161个引物
组合产生多态性条带 , 占 6219%。161个引物组合共产生 336条多态性条带 , 每个引物组合的多态性
条带数范围在 1~6条之间 , 平均每个引物组合产生 211个多态性条带。
表 3 不同引物组合扩增的多态性条带数
Table 3 The num bers of polym orph ic bands genera ted by 256 pr im er pa irs
名称 Name Em1 Em2 Em3 Em4 Em5 Em6 Em7 Em8 Em9 Em10 Em11 Em12 Em13 Em14 Em15 Em16 合计 Sum.
Me1 2 2 3 3 0 1 1 3 2 4 3 3 0 0 0 0 27
Me2 4 6 3 0 3 3 2 3 5 3 1 6 1 0 1 2 43
Me3 3 0 2 1 1 3 2 2 1 0 0 0 0 2 0 1 18
Me4 4 2 1 2 0 0 5 1 0 0 0 0 0 0 0 1 16
Me5 2 1 1 0 0 1 4 1 3 1 1 2 2 0 3 1 23
Me6 3 0 2 0 2 0 2 0 0 0 0 0 2 2 2 0 15
Me7 0 1 0 1 3 0 2 0 1 1 4 1 1 3 1 2 21
Me8 2 6 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 2 4 1 3 25
Me9 3 2 1 4 1 3 2 2 0 1 1 2 0 0 2 0 24
Me10 0 1 0 1 0 0 0 2 0 3 2 0 1 0 3 0 13
Me11 4 1 0 1 2 3 0 1 0 2 0 1 2 1 2 1 21
Me12 4 0 0 0 2 2 2 2 6 0 0 0 0 3 0 1 22
Me13 0 1 0 1 0 1 3 1 1 5 0 0 0 0 1 0 14
ME6 2 0 0 0 0 0 3 0 1 1 0 0 4 0 4 1 16
ME7 2 1 4 1 0 0 3 2 1 0 0 1 0 2 2 0 19
ME8 1 4 1 1 4 0 2 1 0 2 0 0 2 1 0 0 19
合计 Sum. 36 28 18 17 19 18 33 22 22 23 13 17 17 18 22 13 336
图 1结果为 Me52Em2、Me82Em14、ME82Em1的扩增图谱。由图 1可以看出 , 这 3对引物组合分
别产生了 1、4、1条多态性条带 , 不同引物组合在品种间多态性上存在差异。
图 1 部分引物的扩增结果
A为 Me52Em2; B为 Me82Em14; C为 ME82Em1; 箭头示多态性条带 ; M为分子量标记 ; 品种代码详见表 2。
F ig. 1 The am plif ica tion results of som e pr im er com b ina tion in 20 cultivars of A llium fistu losum L.
A. Me52Em2; B. Me82Em14; C. ME82Em1; A rrows show polymorphic bands; M. Marker; Material codes were shown in Table 2.
239
 4期 李慧芝等 : SRAP在葱栽培品种遗传多样性研究中的适用性分析  
  进一步分析 SRAP不同引物组合的多态性 (表 3) 可以看出 , 每个正向引物与 16个不同的反向
引物组合扩增的多态性条带为 13~43条 , 每个反向引物与 16个不同的正向引物组合扩增的多态性条
带为 13~36条。单个正向引物与不同反向引物组合产生多态性条带的引物组合数为 7~14个 , 单个
反向引物与不同正向引物组合产生多态性条带的引物组合数为 7~13个 , 不同正、反向引物间产生多
态性条带的引物组合数基本一致 , 说明 SRAP引物间产生多态性的组合数较为稳定。
213 20个葱栽培品种的聚类分析
根据 SRAP引物扩增的 336条多态性条带 , 对 20个葱栽培品种进行遗传多样性分析。结果表明 ,
20个葱栽培品种的相似系数变幅在 01464 (元藏
与宝塔大葱 ) ~01938 (长宝与长崎一号 ) 之间 ,
平均遗传相似系数为 01703, 遗传相似性为 61%。
在相似系数为 0165时 , 可将 20个葱栽培品种分
为 4个类群 (图 2)。第 1类群为来自日本的 8个
大葱栽培品种 , 其中日本铁杆大葱与其它 7个日
本品种亲缘关系较远 , 长宝与长崎一号之间亲缘
关系最近 , 但使用引物组合 Me22Em1可将其区分
开。第 2类群包括 3个分葱品种 , 其中金夏香葱
和万能香葱的亲缘关系较近 , 与四季小葱亲缘关
系较远 , 万能香葱虽在表型特征方面与部分日本
大葱品种相似 , 但仍与金夏香葱、四季小葱聚为
一类。第 3类群包括中国 8个栽培品种 , 其中日
本巨葱 120与宝塔大葱聚为一亚类 , 其余品种聚
为另一亚类。第 4类群为莱芜鸡腿葱。莱芜鸡腿
葱单独聚类 , 与中国大葱品种亲缘关系较远。上
述结果表明 , 根据 SRAP多态性的聚类分析结果
与基于表型特征的分类结果基本吻合。
图 2 20个葱栽培品种的聚类分析图
品种编号见表 2。
F ig. 2 The dendrogram of phylogenetic rela tion sh ip
of 20 cultivars of A llium fistu losum L.
Material codes were shown in Table 2.
3 讨论
311 关于 SRAP的扩增效果
试验结果显示 , SRAP稳定性和重复性好 , 条带清晰 , 扩增效果良好 , 产率中等 , 可以在葱类中
产生多态性。但与前人研究结果相比 , 试验中使用的 256对 SRAP引物组合仅产生了 336条多态性条
带 , 且单引物组合最多可产生 6个多态性条带 , 葱栽培品种的 SRAP多态性 (平均 211个 ) 和多态性
频率远低于前人对甜瓜 ( Ferriol et al. , 2003 )、南瓜 ( Ferriol et al. , 2004 )、棉花 (林忠旭 等 ,
2004) 的研究结果。其原因可能在于本试验研究的为品种间遗传多样性 , 而前人所探讨的是种间或
亚种间遗传多样性 , 而后者之间的差异远大于种内品种间的差异。
钱文成等 (2006) 研究发现 , SRAP不同引物组合在检测黄瓜亲本间多态性上存在很大的差异 ,
并提出当试验需要增加新的 SRAP引物时 , 合成正向引物以获取较稳定的扩增结果。本试验结果表
明 , 不同引物组合在 20个葱栽培品种之间扩增的多态性分布较为均匀 , 这说明 SRAP在不同物种间
显现的具体特征是不一样的。据此认为 , 在葱属植物的研究中如果需要增加新的 SRAP标记 , 可通过
随机改变 3′碱基的组成和排列方式获取新的引物 , 而不需强调选择哪种引物类型。
312 SRAP的适用性分析
SRAP扩增的为 ORFs区域 , 而 ORFs区域是基因序列的重要组成部分 , ORF的识别决定或基本
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决定了基因对应的蛋白序列 , 是证明一个 DNA序列为特定的蛋白质编码基因的部分或全部的先决条
件 , 亦是在不同品种之间呈现差别的重要因素 (司源 等 , 2005)。前人研究认为 , SRAP技术在生态
型变异性和生态型进化史上比 AFLP更具有一致性 ( Ferriol et al. , 2003) , 在对育种目标性状的评价
方面明显优于 RAPD标记 ( Ferriol et al. , 2004) , 有较高的多态性标记比率 (林忠旭 等 , 2004) , 是
一个评价遗传多样性、品种鉴定和系统发生的有效工具 (Budak et al. , 2004)。本研究表明 , 根据
SRAP多态性的聚类分析结果与基于表型特征的分类结果基本吻合 , 说明利用 SRAP标记评价葱品种
的遗传多样性是可行的。SRAP多态性条带清晰分明 , 品种之间可以使用不同引物组合加以区分 , 因
此 , 亦可用于葱属植物的品种鉴定。
综上所述 , SRAP标记能够在 DNA水平上进行葱不同品种间遗传关系的分析鉴定 , 通过利用更
多引物对大量葱样品的试验研究 , 可在分子水平上为葱品种的指纹图谱构建 , 葱种质资源的鉴定、筛
选和利用提供理论依据。
References
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