全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2012, 38(4): 596−605 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn
本研究由国家自然科学基金项目(31101180)，中国农业科学院油料作物研究所所长基金项目(1610172011007)和国家现代农业产业技术
体系项目(CARS-15)资助。
* 通讯作者(Corresponding author): 赵应忠, E-mail: yingzhzh@public.wh.hb.cn
第一作者联系方式: E-mail: liuhy@oilcrops.cn
Received(收稿日期): 2011-08-17; Accepted(接受日期): 2011-12-19; Published online(网络出版日期): 2012-02-13.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20120213.1104.005.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2012.00596
国家芝麻区域试验新品种(系)的 DNA指纹分析
刘红艳 吴 坤 杨敏敏 左 阳 赵应忠*
中国农业科学院油料作物研究所 / 农业部油料作物生物学与遗传育种重点实验室, 湖北武汉 430062
摘 要: 以我国近年参加国家芝麻区域试验的 43个品种(系)为材料, 利用 12对 SSR核心引物开展DNA指纹分析, 初
步构建参试品种的 DNA指纹图谱, 并根据指纹图谱分析了参试品种的特异性和一致性。聚类分析结果表明, 12对引
物检测到 30个标记, 可将 43个品种完全区分开, 以遗传相似系数 0.90为划分标准, 95%的供试品种具备特异性; 以
引物位点的一致性为指标, 80%的品种具有一致性; 分配试验中, 86%的单株都能正确地分配回到原来的品种, 这些
品种的一致性较好, 个别品种的单株正确分配率较低, 品种一致性差。表明大部分参加国家区试的品种都具有很好的
特异性和一致性。
关键词: 芝麻品种; SSR; 特异性; 一致性
DNA Fingerprinting of Sesame (Sesamum indicum L.) Varieties (Lines) from
Recent National Regional Trials in China
LIU Hong-Yan, WU Kun, YANG Min-Min, ZUO Yang, and ZHAO Ying-Zhong*
Key Laboratory of Oil Crops Biology and Genetic Breeding of the Ministry of Agriculture, Oil Crops Research Institute of Chinese Academy of
Agricultural Science, Wuhan 430062, China
Abstract: DNA fingerprinting is an important technique for plant variety identification and protection. In this study, 43 sesame
(Sesamum indicum L.) varieties (lines) from recent National Regional Trails were amplified with 12 pairs of SSR primers, and a
total of 30 polymorphic bands were obtained. These molecular markers were further used for variety (lines) distinction and uni-
formity analysis. Clustering analysis showed that 43 varieties (lines) were completely differed from each other with 30 markers.
With a genetic similarity coefficient threshold of 0.90, 90% of varieties (lines) were distinctive, and 80% of tested varieties (lines)
were classified into high uniformity group in consistence with marker loci uniformity, Furthermore, in assignment test, 86% of
derivative individuals were correctly corresponding to their original varieties (lines), it indicated that most varieties (lines) have a
good uniformity. Overall, the results showed that most of the tested sesame varieties (lines) have good distinction and uniformity,
and SSR marker is suitable for variety identification and protection.
Keywords: Sesame variety; SSR; Distinctness; Uniformity
芝麻在优化种植业结构、促进农民增收方面具
有重要作用。芝麻油富含亚油酸和维生素 E, 营养价
值很高 , 市场需求大 , 因此大力培育芝麻新品种 ,
提高芝麻生产水平 , 保障我国油料产品供给安全 ,
是育种家当前的一个重要任务[1]。近来, 参加国家区
试的芝麻新品种数目逐年增多, 一方面促进了品种
的更新换代, 另一方面也给芝麻新品种的审定和市
场监管带来了较大困难。我国制定的《芝麻新品种
DUS 测试指南》以形态性状为主, 鉴定周期长, 鉴
定结果容易受环境条件的影响, 因此在芝麻品种鉴
定和保护上存在一定的局限性。另外, 芝麻育成品
种的遗传基础相对狭窄 [2], 形态特征相似 , 单纯依
靠形态性状难以有效区分和鉴定不同品种。为了解
决上述问题, 部分研究者开展了利用生理特性、同
第 4期 刘红艳等: 国家芝麻区域试验新品种(系)的 DNA指纹分析 597
工酶、种子贮藏蛋白等方法检验种子真伪和纯度的
尝试[3-5], 其效果仍然不够理想。
SSR 分子标记是一种适合品种鉴定的新技术 ,
它具有数量丰富、共显性遗传、信息含量高、分析
方法简单快速、结果重现性好等优点[6]。该标记的
高分辨率及共显性遗传方式使其成为品种 DNA指纹
分析的理想技术, 已经成功应用于玉米[7]、水稻[8]、
小麦[9]、油菜[10]、番茄[11]、大豆[12]等作物的 DNA
指纹分析和品种鉴定。在芝麻中, Dixit 等[13]从一个
富含重复序列的芝麻基因组文库中分离到 50条微卫
星序列, 并且将其中的 10 个多态性标记应用于 16
份资源的多样性分析。魏利斌等[14]利用芝麻 EST数
据信息, 开发了 50对 EST-SSR引物并应用于 36份
芝麻材料的遗传多样性研究, 效果良好。由于芝麻
中可供利用的 SSR 标记较少, 目前尚未见到关于
SSR标记在芝麻品种鉴定方面的研究报道。
本文利用 SSR 标记对近 10 年来参加国家区域
试验的芝麻品种进行DNA指纹图谱分析, 构建了我
国芝麻新品种的DNA指纹图谱, 并为芝麻新品种的
鉴别、管理和保护提供技术支撑。
1 材料与方法
1.1 试验材料
43份 2000—2008年度参加国家芝麻区域试验的
新品种(系), 由中国农业科学院油料作物研究所提
供(表 1)。
1.2 DNA提取
在人工气候箱内用专门的培养皿进行暗萌发, 4
d 后采集幼苗组织提取总 DNA, 每份材料混合取样
5~10个单株。部分品种(系)分单株提取 DNA。按照
改进的 SDS快速提取法提取 DNA [15]。取芝麻幼苗
5~10株, 在碾钵中加入 1.0 mL提取液迅速将其磨为
匀浆, 然后 65℃水浴保温 30 min左右, 15 000×g离
心收集上清液, 加入异丙醇沉淀 DNA, ddH2O 重新
溶解, 氯仿纯化 1~2 次, 再用无水乙醇沉淀 DNA,
晾干, 加适量 ddH2O溶解备用, 取 2 μL以电泳检测
其质量和浓度, 并将 DNA浓度统一到 50 ng mL–1。
1.3 SSR分析
31对 SSR引物序列来源于已发表文章[13,16], 引
物由上海生工生物工程有限公司合成, 部分序列见
表 2。采用本实验室建立的体系检测 SSR, 反应总体
积为 12 μL, 其中 50 ng μL–1 DNA模板 4 μL, 10×
PCR buffer 1.0 μL, 10 mmol L–1 dNTPs 0.2 μL, 25
mmol L–1 MgC12 0.8 μL, 5 U Taq 酶 0.1 μL, 正、反
向引物各 50 ng, 10 μL矿物油。PCR热循环参数为
94℃ 60 s, 57℃ 30 s, 72℃ 45 s, 40个循环。PCR产物
经 6%变性 PAGE胶电泳分离, 银染显带, 用数码相
机照相, 编号存档, 以便查询。
1.4 统计分析
以 0和 l统计 SSR扩增产物, 建立 DNA指纹数
据库。在相同迁移率位置上, 有带记为 l, 无带记为
0。为保证数据准确、可靠, 每块胶板均由 2人独立
记录(仅记录主带), 然后比对确认。
引物的多态性位点百分率 P=k/n×100%, 其中 k
是多态位点数目; n为所测位点总数。引物的鉴定能
力可用多态性信息量 PIC 值(polymorphic informa-
tion content)和鉴别力 DP值(discrimination power)表
示。 21 ,iPIC f= −Σ 其中 fi为 i 位点的基因频率[13]。
DP是指一对引物所能区别的最大品种数目[17]。
用 NTSYS-pc 2.11软件计算 Dice遗传相似性系
数, 用 SAHN 程序和 UPGMA 方法进行聚类分析。
在软件 Geneclass [18]上进行品种的分配试验(assign-
ment test)。
2 结果与分析
2.1 SSR引物筛选及扩增
选择 2个形态性状差异较大的芝麻品种(中芝 14
和豫芝 8号), 对 31对芝麻 SSR引物初步筛选, 发现
均能扩增出条带。在此基础上, 利用这些引物进一
步分析 43份芝麻材料, 共检测到 72条 SSR带纹, 其
中多态性带 70 条, 多态性比率高达 96.8%, 扩增片
段大小在 80~580 bp之间。每对引物扩增的 SSR条
带数在 1~4 条之间, 平均 2.3 条, 其中引物 ZHY23
最多扩增出 4 条多态性条带, 而 ZHY03 和 ZHY05
仅扩增出 1 条多态性条带。引物的 PIC 值变幅为
0.24~0.89, 平均值为 0.618。引物 Sa08 的 PIC 值最
高, ZHY17最低。DP值较高的引物有 Sa184、Sa173
和 ZHY23等, 采用这种高鉴别力的引物有可能用最
少的引物将所有的品种区分开。根据上述结果, 初
步确定 Sa08、Sa33、Sa72、Sa108、Sa173、Sa182、
Sa184、ZHY21、ZHY22、ZHY23、ZHY24、ZHY25
等 12 对 SSR 引物为芝麻区试品种(系)DNA 指纹分
析的核心引物, 并将其用到品种的一致性分析中。
用这些引物共检测到 30 个标记, 全部具有多态性,
平均 PIC值为 0.754 (表 3)。
598 作 物 学 报 第 38卷
表 1 国家芝麻区试品种(系)的名称及育种单位
Table 1 Name and breeding institute of sesame varieties (lines) used in this study
代号
Code
品种
Variety
选育单位
Breeding institute
1 驻芝 14 Zhuzhi 14 驻马店市农业科学研究所 Zhumadian, ARI
2 6120 襄阳市农业科学院 Xiangyang, AAS
3 01-2658 中国农业科学院油料作物研究所 OCRI, CAAS
4 51019 中国农业科学院油料作物研究所 OCRI, CAAS
5 02-2496 中国农业科学院油料作物研究所 OCRI, CAAS
6 03-4067 襄阳市农业科学院 Xiangyang, AAS
7 03-41008 中国农业科学院油料作物研究所 OCRI, CAAS
8 03H02 中国农业科学院油料作物研究所 OCRI, CAAS
9 04-41014 中国农业科学院油料作物研究所 OCRI, CAAS
10 01-4088 襄阳市农业科学院 Xiangyang, AAS
11 05-4082 襄阳市农业科学院 Xiangyang, AAS
12 05-479 中国农业科学院油料作物研究所 OCRI, CAAS
13 05-51018 中国农业科学院油料作物研究所 OCRI, CAAS
14 06-AA7 中国农业科学院油料作物研究所 OCRI, CAAS
15 06H04 中国农业科学院油料作物研究所 OCRI, CAAS
16 06XF5 中国农业科学院油料作物研究所 OCRI, CAAS
17 07A5 中国农业科学院油料作物研究所 OCRI, CAAS
18 国芝 235 Guozhi 235 合肥大国生物所 Hefei Daguo Biology Institute
19 漯芝 03-7 Luozhi 03-7 漯河市农业科学院 Luohe, AAS
20 漯芝 18 Luozhi 18 漯河市农业科学院 Luohe, AAS
21 驻 122 Zhu 122 驻马店市农业科学研究所 Zhumadian, ARI
22 豫芝 4号 Yuzhi 4 驻马店市农业科学研究所 Zhumadian, ARI
23 郑芝 2010 Zhengzhi 2010 河南省农作物新品种重点实验室 Henan, KLCI
24 郑芝 95Y09 Zhengzhi 95Y09 河南省农作物新品种重点实验室 Henan, KLCI
25 郑芝 9730 Zhengzhi 9730 河南省农作物新品种重点实验室 Henan, KLCI
26 郑芝 97S56 Zhengzhi 97S56 河南省农作物新品种重点实验室 Henan, KLCI
27 郑芝 9925 Zhengzhi 9925 河南省农作物新品种重点实验室 Henan, KLCI
28 驻 03J-3 Zhu 03J-3 驻马店市农业科学研究所 Zhumadian, ARI
29 中芝 0403 Zhongzhi 0403 中国农业科学院油料作物研究所 OCRI, CAAS
30 中芝 9号 Zhongzhi 9 中国农业科学院油料作物研究所 OCRI, CAAS
31 99-2188 中国农业科学院油料作物研究所 OCRI, CAAS
32 郑 98N09 Zheng 98N09 河南省农作物新品种重点实验室 Henan, KLCI
33 驻 86-207 Zhu 86-207 驻马店市农业科学研究所 Zhumadian, ARI
34 中芝 11 Zhongzhi 11 中国农业科学院油料作物研究所 OCRI, CAAS
35 中芝 12 Zhongzhi 12 中国农业科学院油料作物研究所 OCRI, CAAS
36 漯芝 12 Luozhi 12 漯河市农业科学院 Luohe, AAS
37 驻芝 4号 Zhuzhi 4 驻马店市农业科学研究所 Zhumadian, ARI
38 豫芝 8号 Yuzhi 8 河南省农业科学院 Henan, AAS
39 豫芝 11 Yuzhi 11 河南省农业科学院 Henan, AAS
40 驻芝 11 Zhuzhi 11 驻马店市农业科学研究所 Zhumadian, ARI
41 冀 9014 Ji 9014 河北省农林科学院 Hebei, AAFS
42 06AA8 中国农业科学院油料作物研究所 OCRI, CAAS
43 中芝 14 Zhongzhi 14 中国农业科学院油料作物研究所 OCRI, CAAS
OCRI, CAAS: Oil Crops Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences; AAS: Academy of Agricultural Sciences;
KLCI: Key Laboratory of Crop Improvement; ARI: Agricultural Research Institute; AAFS: Academy of Agriculture and Forestry Sciences.
2.2 品种(系)的特异性分析
利用 12对 SSR核心引物扩增获得的 30个多态
性标记, 初步构建 43个芝麻品种(系)的DNA指纹图
谱(表 4)。DNA指纹比对结果显示, 43个品种中没有
指纹完全相同的品种, 说明所构建的DNA指纹图谱
是有效的。聚类结果表明：(1)在遗传相似系数为
第 4期 刘红艳等: 国家芝麻区域试验新品种(系)的 DNA指纹分析 599
表 2 SSR引物名称及其序列
Table 2 SSR primers sequences
引物名称
Primer
正向引物
Forward sequence (5′→3′)
反向引物
Reverse sequence (5′→3′)
sa08 GGAGAAATTTTCAGAGAGAA ATTGCTCTGCCTACAAATAA
sa33 TTTTCCTGAATGGCATAGTT GCCCAATTTGTCTATCTCCT
sa72 GCAGCAGTTCCGTTCTTG AGTGCTGAATTTAGTCTGCATAG
sa108 CCACTCAAAATTTTCACTAAGAA TCGTCTTCCTCTCTCCCC
sa173 TTTCTTCCTCGTTGCTCG CCTAACCAACCACCCTCC
sa182 CCATTGAAAACTGCACACAA TCCACACACAGAGAGCCC
sa184 TCTTGCAATGGGGATCAG CGAACTATAGATAATCACTTGGAA
ZHY21 AATTCGGGCTCTTGAAGACA AGGAGCCTTTGGTTGAGGAT
ZHY22 CAGGAAATCAGTACACTGGAA AAACGATCGACGACTGTTCA
ZHY23 ATGGGCGTATCAGTTTCGAC TTTCCTGCCAACTTTTCTGG
ZHY24 GGGGCACAGAGTGGATGTAG GGACCATGTAATCCCAGCAC
ZHY25 CAGCCCCTTCTTCTTCCTTC CAGCTGGCAGATCAGTATGG
表 3 SSR核心引物的扩增情况
Table 3 Amplification results of core SSR primers
引物
Primer
总带数
No. of amplified bands
多态性带数
No. of polymorphic bands
多态性比率
Polymorphic rate (%)
鉴别力
Discrimination power
多态性信息量
PIC
Sa08 2 2 100 4 0.89
Sa33 2 2 100 2 0.78
Sa72 2 2 100 3 0.73
Sa108 2 2 100 4 0.64
Sa173 3 3 100 5 0.85
Sa182 2 2 100 4 0.67
Sa184 3 3 100 5 0.83
ZHY21 2 2 100 4 0.59
ZHY22 3 3 100 4 0.79
ZHY23 4 4 100 7 0.84
ZHY24 2 2 100 3 0.68
ZHY25 3 3 100 3 0.76
平均 Mean 2.5 2.5 100 4 0.754
0.914处, 这些品种可被分为 43类, 即所有品种被完
全区分开, 与 DNA指纹比对结果一致; (2)同一育种
单位提供的部分品种(系)其遗传基础相近, 优先聚
类在一起, 比如中国农业科学院油料所提供的中芝
11和 06-AA7、03H02和 06H04等; (3)不同单位选育
的品种其遗传背景差异较大, 往往被分配到不同的
类群中(图 1); 4)聚类结果与品种的地域来源并不完全
对应, 不同育种单位提供的部分品种也经常聚类在一
起, 比如豫芝11 (河南省农业科学院)与中芝 12 (中国
农业科学院油料作物研究所), 表明这些品种的遗传基
础比较相似, 可能是采用了共同的育种亲本的缘故。
计算了 43个品种相互间的遗传相似系数, 并将
任意一个品种(视为待测品种)与其余 42个品种(视为
已知品种)的最小值、最大值和平均值归纳整理, 结
果列于表 5。待测品种与已知品种的遗传相似系数越
高, 说明待测品种派生于已知品种(或与已知品种具
有共同祖先)的可能性就越大, 待测品种的特异性就
越低。从表 5 可以看出, 品种间遗传相似系数平均
值的变幅为 0.475~0.728, 最小值的变幅为 0.200~
0.538, 说明区试品种总体上具有较好的特异性, 部
分品种具有较高的特异性。再从最大值(即特异性最
差的情况)看 , 如果分别以遗传相似系数阈值 T =
0.90、0.85、0.80 、0.75 和 0.70 为确定品种具有特
异性的标准 , 那么具有特异性品种的比例分别为
95%、70%、37%、12%和 5%。由此可见, 随着 T
值的降低, 符合特异性标准的品种比例迅速降低。
600 作 物 学 报 第 38卷
表 4 利用 12对 SSR核心引物构建的芝麻品种(系) DNA指纹图谱
Table 4 DNA fingerprint of sesame varieties (lines) using 12 SSR core primers
Code 指纹图谱 Fingerprint
1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0
2 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0
3 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0
4 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0
5 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0
6 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0
7 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0
8 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0
9 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0
10 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0
11 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0
12 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0
13 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0
14 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0
15 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0
16 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0
17 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0
18 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0
19 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1
20 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0
21 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0
22 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0
23 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0
24 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0
25 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0
26 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1
27 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1
28 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0
29 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0
30 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0
31 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0
32 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0
33 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0
34 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0
35 1 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0
36 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0
37 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0
38 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0
39 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0
40 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0
41 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0
42 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0
43 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0
参照前人的研究结果[10,19], 本研究初步将 T = 0.90
作为划分标准, 在此标准下 41 个品种(95%)具备特
异性。若将标准提高(T = 0.85), 则有 13个品种(30%)
被划分为无特异性, 这些品种大多数来源于同一育
种单位或省份, 如襄阳市农业科学院提供的 01-4088
与中国农业科学院油料作物研究所提供的 05-479
(遗传相似系数为 0.914)。
2.3 品种的一致性
从 43个国家区试品种中随机选出 10个品种, 每
个品种分析 30 个单株, 用 12 对 SSR 核心引物检
第 4期 刘红艳等: 国家芝麻区域试验新品种(系)的 DNA指纹分析 601
图 1 芝麻品种(系)的 UPGMA聚类分析
Fig. 1 UPGMA clustering of 43 sesame varieties (lines)
测品种的一致性。以多数个体具有的谱带(即主带)
作为该品种的特征谱带, 分别计算单个引物位点的
一致性 r (r为具有主带的个体所占的比率)和所有引
物位点的平均一致性 R(R 为所有位点一致性 r 的平
均值)。参照玉米的评价标准, 将品种一致性级别分
为 5 级[20]。从表 6 可以看出, 一致性较好(1 级和 2
602 作 物 学 报 第 38卷
表 5 品种(系)间的最大、最小及平均遗传相似系数
Table 5 Genetic similarity coefficient among varieties (lines) by pairwise comparison
遗传相似系数 Genetic similarity 遗传相似系数 Genetic similarity品种
Variety 最小值
Min
最大值
Max
平均值
Mean
品种
Variety 最小值
Min
最大值
Max
平均值
Mean
驻芝 14 Zhuzhi 14 0.400 0.857 0.670 郑芝 2010 Zhengzhi 2010 0.462 0.889 0.631
6120 0.400 0.769 0.626 郑芝 95Y09 Zhengzhi 95Y09 0.500 0.800 0.645
01-2658 0.381 0.769 0.586 郑芝 9730 Zhengzhi 9730 0.435 0.867 0.666
51019 0.400 0.824 0.631 郑芝 97S56 Zhengzhi 97S56 0.429 0.865 0.682
02-2496 0.333 0.846 0.613 郑芝 9925 Zhengzhi 9925 0.381 0.833 0.628
03-4067 0.385 0.846 0.602 驻 03J-3 Zhu 03J-3 0.364 0.867 0.653
03-41008 0.261 0.800 0.550 中芝 0403 Zhongzhi 0403 0.357 0.833 0.647
03H02 0.444 0.800 0.610 中芝 9号 Zhongzhi 9 0.435 0.759 0.618
04-41014 0.400 0.813 0.666 J18 0.364 0.870 0.603
01-4088 0.400 0.914 0.670 郑 98N09 Zheng 98N09 0.353 0.696 0.569
05-4082 0.500 0.839 0.696 驻 86-207 Zhu 86-207 0.444 0.774 0.620
05-479 0.538 0.914 0.728 中芝 11 Zhongzhi 11 0.455 0.828 0.677
05-51018 0.400 0.800 0.674 中芝 12 Zhongzhi 12 0.200 0.750 0.475
06-AA7 0.381 0.828 0.641 漯芝 12 Luozhi 12 0.462 0.870 0.650
06H04 0.400 0.824 0.674 驻芝 4号 Zhuzhi 4 0.300 0.800 0.583
06XF5 0.444 0.800 0.597 豫芝 8号 Yuzhi 8 0.200 0.690 0.551
07A5 0.333 0.875 0.655 豫芝 11 Yuzhi 11 0.286 0.750 0.491
国芝 235 Guozhi 235 0.417 0.875 0.687 驻芝 11 Zhuzhi 11 0.364 0.833 0.613
漯芝 03-7 Luozhi 03-7 0.381 0.815 0.629 冀 9014 Ji 9014 0.286 0.733 0.568
漯芝 18 Luozhi 18 0.261 0.786 0.577 06AA8 0.417 0.815 0.615
驻 122 Zhu 122 0.348 0.867 0.686 中芝 14 Zhongzhi 14 0.333 0.833 0.628
豫芝 4号 Yuzhi 4 0.462 0.889 0.692
表 6 国家区试品种(系)的一致性划分
Table 6 Uniformity of tested varieties (lines)
分级
Grade
表现
Performance
品种
Variety
百分比
Percentage (%)
I 很好 Excellent 中芝 14 Zhongzhi 14, 驻 122 Zhu 122 20
II 好 Good 驻 03J-3 Zhu 03J-3, 郑芝 2010 Zhongzhi 2010, 01-2658 30
III 中等 Medium 03H02, 漯芝 03-7 Luozhi 03-7, 6120 03H02 30
IV 差 Poor 冀 9014 Ji 9014, 国芝 235 Guozhi 235 20
V 很差 Very poor 0
级)的品种占 50%, 中等(3级)的占 30%, 因此参试组
合的一致性总体表现较好。对于一致性差的品种(如
国芝 235), 区试记录也反映该品种的田间整齐度较
差, 异型株多, 说明 SSR 标记的一致性检测结果是
可信的。
另外, 还采用分配试验进一步评价上面 10个品
种的一致性。分配试验是一种十分有用的评价品种
一致性的统计方法, 其原理是将品种分为待测品种
和目标品种(在本文中待测品种与目标品种相同),
首先计算待测品种每个单株相对于 10个目标品种的
期望基因型频率, 然后将这些单株一一分配到期望
基因型频率最高的目标品种中去(基因型频率低于
0.5的单株不分配, 放入“其他”类)。分配试验结果表
明, 在 300个单株(30×10)中, 86%的单株(258株)被正
确分配回到原来的品种中。单株正确分配率最高的
品种是中芝 14、驻 122 和驻 03J-3, 达 100%; 其次
是 03H02、01-2658、漯芝 03-7 和郑芝 2010, 在
83%以上; 冀 9014和国芝 235较低, 仅有 63%~73%
(表 7)。以上结果也说明中芝 14、驻 122和驻 03J-3
的一致性最好, 03H02和郑芝 2010的一致性次之, 冀
第 4期 刘红艳等: 国家芝麻区域试验新品种(系)的 DNA指纹分析 603
表 7 品种单株分配试验结果
Table 7 Results of assignment test
待分配品种代号 Assigned variety code 目标品种代号
Source variety code 2 3 43 8 18 19 21 23 28 41
6120 24 0 0 0 0 0 0 0 0 0
01-2658 0 26 0 0 0 0 0 3 0 0
中芝 14 Zhongzhi 14 0 0 30 3 0 0 0 0 0 0
03H02 0 0 0 27 0 0 0 0 0 0
国芝 235 Guozhi 235 0 0 0 0 19 0 0 0 0 0
漯芝 03-7 Luozhi 03-7 0 0 0 0 0 25 0 0 0 0
驻 122 Zhu 122 4 0 0 0 0 0 30 0 0 4
郑芝 2010 Zhengzhi 2010 0 4 0 0 0 0 0 25 0 0
驻 03J-3 Zhu 03J-3 0 0 0 0 10 0 0 0 30 4
冀 9014 Ji 9014 0 0 0 0 0 0 0 0 0 22
其他品种 Other variety 2 0 0 0 1 5 0 2 0 0
正确分配百分比 Correctly assigned (%) 80 87 100 90 63 83 100 83 100 73
表中数据为分配到各品种中的单株数。
Number of plants from tested variety assigned to source variety were listed.
9014和国芝 235的一致性最差。
3 讨论
在品种鉴定中, 最理想的鉴定技术应该是具有
较好的可操作性、精确性、可靠性和高度的自动化,
有研究者认为 SSR标记就是最接近于理想化的品种
鉴定技术[21]。SSR 作为第二代分子遗传标记, 由于
它广泛分布于植物基因组, 近几年已应用于芝麻种
质资源多样性分析中[14,16]。本研究在构建 SSR指纹
图谱的过程中, 筛选出多态性好、鉴别力强、重复
性高的 SSR引物 12对, 暂时作为芝麻 DNA指纹分
析的核心引物。随着更多 SSR 引物的开发和利用,
相信会有更多更理想的核心引物被选用, 对于提高
建库效率及鉴定结果的可靠性具有重要意义。
在本研究中, 品种间的遗传系数最大为 0.914,
最小为 0.200, 平均为 0.627, 而且遗传聚类结果较
分散, 表明我国新育成品种的遗传基础较丰富。上
述结果与孙建等 [ 2 ]的结果存在一定差异。他们用
SRAP 标记分析了 32 个 1990—2007 年间育成品种,
发现遗传相似系数最大为 0.975, 最小为 0.857, 平
均为 0.912, 因此认为主栽品种间的亲缘关系十分相
近, 亲本遗传基础较窄。上述研究结果的差异可能
与选用的研究材料及分子标记类型(SSR 与 SRAP)
不同有关。不过, 虽然芝麻品种利用和交流的频率
较大 , 但各单位在杂交育种中选用的亲本仍有限 ,
比如大部分育成品种都携带有宜阳白、豫芝 4 号等
少数骨干亲本的血缘。骨干亲本的高频利用降低了
品种间的遗传多样性, 使遗传基础变窄。今后应该
加强国外野生芝麻等优异种质的引进和利用, 有效
拓宽品种的遗传基础。
在芝麻品种的特异性鉴定中, 核心的问题是特
异性划分标准。在以表型为基础的 DUS 测试体系
中, 品种间只要有一个明显不同的性状即视为具备
特异性。在以分子标记为基础的品种鉴定中, 有 2
种特异性划分方法, 一种是根据遗传距离(或遗传相
似系数)的大小来划分, 另外一种是根据差异的 SSR
位点数目来划分。国际上, 通常是将分子标记数据
转换为遗传距离(或相似系数), 然后根据遗传距离
的大小来判断品种是否具有特异性, 已经提出的用
于划分品种特异性的遗传距离临界值有 0.25[22]、
0.20[23]和 0.10[19]等, 目前尚无法统一。在近几年的
国家油菜区试品种 DNA 指纹分析中采用的遗传相
似系数标准是 0.90 (相当于遗传距离 0.10)[10]。经综
合比较分析 , 本研究认为采用遗传相似系数阈值
T=0.90 作为芝麻品种特异性的划分标准较为合适。
采用此标准, 95%的品种均具备特异性。若将标准提
高到 0.85, 则有 13 个品种的特异性较低, 它们大多
数来源于相同的省份或育种单位, 具有较为相似的
遗传背景, 可能是育种者使用了相同或相近的核心
亲本的缘故。在国内, 通常采用的品种特异性划分
方法是比较具有差异的 SSR 位点数, 比如农业行业
标准《玉米品种鉴定-DNA指纹方法》(NY/T 1432-
2007)规定, 在品种(系)间分析检测 20对 SSR核心引
物, 差异位点数≥2 个则判定为不同品种(具备特异
604 作 物 学 报 第 38卷
性), 差异位点数为 1 则判断为近似品种, 差异位点
数为 0 则判定为仿冒品种。水稻品种鉴定的行业标
准(NY/T 1433-2007)与此类似。本研究中, 01-4088
与 05-479 是最为相似的一对品种之一(遗传相似系
数为 0.914), 在检测的 12 对核心引物中有 3 对存在
差异, 折算为在 20 对引物中有 5 对存在差异, 若参
照玉米的品种鉴定标准, 则这 2 个品种具备特异性,
进而推断 43个芝麻品种全部具有特异性。由此可见,
采用两种特异性划分方法的鉴定结果基本相同, 但
两种方法各有侧重点, 第一种方法(遗传距离法)适
合于品种的大规模筛查比对, 第二种方法(差异位点
法)适合于特定品种间的两两比对。今后, 应该尽快
确定一套适合于芝麻品种鉴定的标准引物, 制定和
完善芝麻品种鉴定的行业标准, 切实保护育种家的
权益, 促进新品种的选育。
4 结论
利用 12 对 SSR 核心引物可以将所有的品种区
分开, 表明 SSR标记用于芝麻品种 DUS测试是可靠
的。在 43个区试品种中, 大部分(80%)品种都具有较
好的特异性和一致性。
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tion of Plant Breeders for the Protection of Plant Varieties
(ASSINSEL), Nyon, Switzerland
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