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Studies on genetic diversity of medicinal Dendrobium by SRAP

药用石斛遗传多样性的SRAP标记研究



全 文 :·研究论文·
药用石斛遗传多样性的 SRAP标记研究
樊洪泓1,李廷春2,邱 婧1,李正鹏1,3,林 毅1,蔡永萍1
(1.安徽农业大学 生命科学学院,安徽 合肥 230036;
2.安徽省烟草研究所,安徽 凤阳 233100;3.安徽科技学院 生命科学学院,安徽 凤阳 233100)
[摘要] 目的:利用 SRAP分子标记技术进行药用石斛的遗传多样性研究。方法:采用在本实验中优化的
SRAP反应体系,应用NTSYS软件对9种供试石斛的SRAPPCR结果进行分析。结果:从中筛选得到40对多态性
引物组合,共产生1782条多态性条带,平均每个引物组合产生4455条多态性条带,显示了较高的多态性比率。
聚类分析40对引物组合的扩增结果,供试材料分为2大类,Jaccard’s遗传相似系数在03302~07892。结论:
SRAP技术可有效地应用于药用石斛的遗传多样性及亲缘关系的研究。
[关键词] 药用石斛;遗传多样性;SRAP
[中图分类号]S567 [文献标识码]A [文章编号]10015302(2008)01000605
[收稿日期] 20061210
[基金项目] 安徽省教育厅自然科学重点科研项目(2006KJ054A)
[通讯作者] 林毅,Tel:(0551)5786406
  石斛属 Dendrobium为兰科第二大属,多年生草
本植物,全球计有1500种,除个别种外,皆属附生
兰类,我国现共有76种[1]。可益胃生津,滋阴清热。
用于阴伤津亏,口干烦渴,食少干呕,病后虚热,目暗
不明[2]。由于石斛生境独特,繁殖困难,加之过
度采收,因此一直是价格昂贵的紧缺药材。目前我
国药材市场上流通的商品石斛原植物来源有40多
种,其中多数为兰科石斛属植物,少数来自兰科金
石斛属、石仙桃属、石豆兰属、贝母兰属及蜂腰兰
属,商品石斛品种混乱复杂,严重影响了药品安全
性、有效性。由于石斛类药材的形态学上的差异较
小,但是化学成分差异大,用显微鉴定、理化性质
鉴定等困难较大[3]。近年来,随着分子生物学技
术的发展,DNA分子标记技术逐渐应用到药用石
斛的鉴定。目前,应用较为广泛的分子标记技术主
要有RFLP,RAPD,AFLP,ISSR以及核酸序列分
析等,丰富了对石斛属植物的认识,结合形态学、
显微结构、生理生化等方法能够更加准确的鉴别石
斛属植物。
2001年,Li和Quiros[4]发展了一种新型的分子
标记———相关序列扩增多态性(SRAP,sequencere
latedamplifiedpolymorphism),该标记通过独特的引
物设计对 ORFs进行扩增。目前,该分子标记技术
已应用于多种植物中[57]。但 SRAP标记技术应用
于药用植物,还未见报道。本试验通过建立石斛属
植物SRAP最优的反应体系,将 SRAP分子标记技
术应用到石斛属植物的遗传多样性研究,构建其亲
缘关系的分子系统树,为合理利用和开发药用石斛
资源奠定理论基础。
1 材料与方法
1.1 材料
植物材料来源见表1,均存放于安徽农业大学
生命科学学院标本室。
表1 用于SRAP分析的石斛材料
No. 植物名称 产地
1 霍山石斛 Dendrobiumhuoshanense(野生) 安徽
2 铜皮石斛 D.moniliforme(野生) 安徽
3 杂交石斛 hybride(栽培) 安徽
4 罗河石斛 D.lohohense(野生) 广东
5 铁皮石斛 D.oficinale(野生) 安徽
6 重唇石斛 D.hercoglosum(野生) 江西
7 铁皮石斛 D.oficinale(野生) 云南
8 大苞鞘石斛 D.wardianum(栽培) 云南
9 铁皮石斛 D.oficinale(野生) 浙江
  注:杂交石斛为霍山石斛×铜皮石斛的F1代,本实验室培育
1.2 试剂与仪器
CTAB,Tris,β巯基乙醇,EDTA,尿素等均购自
美国 AMRESCO公司;RNA酶,dNTPs,扩增引物,
Taq酶,引物均来自上海生工生物工程技术服务有
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限公司,见表2。美国MiliPORE超纯水系统,德国
Sigma3K-30冷冻高速离心机,德国 WhatmanBi
ometra公司T1Thermocycler扩增仪。
表2 试验所用引物的序列
名称 序列(5′→3′) 名称 序列(5′→3′)
m1 TGAGTCCAAACCGGATA em3GACTGCGTACGAATTGAC
m2 TGAGTCCAAACCGGAGC em4GACTGCGTACGAATTTGA
m3 TGAGTCCAAACCGGAAT em5GACTGCGTACGAATTAAC
m4 TGAGTCCAAACCGGACC em6GACTGCGTACGAATTGCA
m5 TGAGTCCAAACCGGAAG em7GACTGCGTACGAATTCAA
m6 TGAGTCCAAACCGGTAA em8GACTGCGTACGAATTCTG
m7 TGAGTCCAAACCGGTCC em9GACTGCGTACGAATTCGA
m8 TGAGTCCAAACCGGTGC em10GACTGCGTACGAATTCAG
em1 GACTGCGTACGAATTAATem11GACTGCGTACGAATTCCA
em2 GACTGCGTACGAATTTGC    
  注:m1~m5,em1~em6参照文献[4]报道的序列合成;m6~
m8,em7~em11参照文献[8]报道的序列合成
1.3 总DNA的提取
总DNA的提取方法参考CTAB法[9],并做了改
进。称取100mg幼嫩的植物组织用液氮研磨至粉
末状,加入800μL65℃预热的2×CTAB提取缓冲
液,混匀后,65℃水浴40min,4℃ 12000r·min-1
离心15min。取上清液,等体积 Tris饱和酚氯仿
异戊醇(25∶24∶1)抽提10min,4℃12000r·min-1
离心10min。再吸取上清液,等体积氯仿异戊醇
(24∶1)抽提10min,4℃ 12000r·min-1离心10
min。取上清液,加入 1/10体积的 3mol·L-1的
NaAc,2倍体积预冷的无水乙醇,-20℃静置 30
min,12000r·min-1离心10min;70%乙醇洗沉淀2
次,室温晾干,加入适量 TE缓冲液溶解;重复上述
氯仿异戊醇抽提及乙醇沉淀2个步骤,可见 DNA
的絮状沉淀,用无菌牙签挑出沉淀,70%乙醇洗沉淀
2次,无水乙醇洗1次,室温晾干,加入50μLTE缓
冲液溶解,放入-20℃冰箱备用。
提取的总DNA,采用08%的琼脂糖凝胶电泳检
测其纯度及完整性。用TU-1800SPC紫外可见分光
光度计检测其在260nm的吸收值,以及λDNA荧光
半定量法标定其质量浓度到10ng·μL-1备用。
1.4 SRAPPCR反应体系的优化
根据有关文献报道[10]和试验要求对 SRAP反
应体系中的一些重要参数进行梯度设置,并严格控
制其他参数和反应条件,确保试验的准确性和可比
性。在试验中采用的是同一对引物(m8~em3),同
一种石斛(霍山石斛)的总 DNA。扩增程序依据文
献[4]报道的程序。
1.5 SRAP扩增产物的电泳检测
扩增产物与 6×LoadingBufer(40%蔗糖,
025%溴酚蓝,025%二甲苯青 FF)混匀后,取 10
μL用于6%聚丙烯酰胺凝胶(7mol·L-1尿素)电
泳分析,电泳缓冲液为1×TBE。电泳时,用2000V
的电压70W的功率预电泳 30min,上样后用同样
的功率电泳约2h,至二甲苯青 FF为胶板2/3处。
电泳后银染,银染方法参照文献[11]方法。
1.6 数据分析
试验中以250bpDNALadderMarker作相对分
子质量标记,电泳图谱中的每一条带(250~3000
bp)均视为1个分子标记。每个样品的扩增带按有
或无记录,有带赋值为1,无带赋值为0,得到原始数
据矩阵。用 NTsyspc202软件计算各品种间的
Jaccard’s遗传相似系数,按非加权配对算术平均法
(UPGMA)建立各品种间亲缘关系的聚类图。
2 结果与分析
2.1 SRAPPCR最适反应体系
2.1.1 Mg2+浓度对 PCR结果的影响 Mg2+浓度
是PCR反应中的一个重要因素。试验结果表明(图
1,泳道 1~6),Mg2+浓度为 10~20mmol·L-1
时,PCR扩增的条带较少且弱;Mg2+浓度为 25~
30mmol·L-1时,扩增的条带较多,带型清晰且稳
定;Mg2+浓度>30mmol·L-1,带型数量虽无明显
变化,但背景值增高,带型有些弥散。
图1 石斛SRAP反应体系的优化结果
  注:1~6.Mg2+浓度分别为10,15,20,25,30,35mmol·L-1;
7~12DNA用量分别为5,10,20,30,40,60ng;13~16引物浓度分别为
04,06,08,10μmol·L-1;17~22.dNTPs浓度分别为50,100,150,200,
250,300μmol·L-1;23~26.Taq酶用量分别为05,10,15,20U
2.1.2 DNA模板浓度对PCR结果的影响 由图1
(泳道7~12)可以看出,模板DNA的浓度对于PCR
的结果影响较大。25μL的反应体系中,DNA用量
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为5~10ng时,扩增出的条带较少且不清晰;20~
60ng时,带型清晰且稳定;30ng的用量为最佳。
2.1.3 引物浓度对PCR结果的影响 引物浓度偏
高会引起错配和非特异性扩增,且可增加引物之间
形成二聚体的机会,所以试验中应选择以最低引物
量产生所需要的结果为好。试验结果表明(图1,泳
道13~16),引物浓度为08μmol·L-1时,扩增的
效果最佳。
2.1.4 dNTPs的浓度对 PCR结果的影响 dNTPs
的质量与浓度和 PCR扩增效率有密切关系。研究
结果表明(图1,泳道17~22),dNTPs的浓度过低或
过高(50,300μmol·L-1)时,基本没有扩增产物;
dNTPs的浓度为100,150,250μmol·L-1时,虽有扩
增产物,但扩增效率较低,条带较少且弱;200μmol
·L-1的 dNTPs,得到的扩增效果最佳。
2.1.5 Taq酶浓度对 PCR结果的影响 Taq酶浓
度和质量对扩增结果至关重要。Taq酶浓度太低,
将导致扩增效率降低;浓度过高,PCR反应的稳定
性降低,并会出现非特异性扩增带,导致假阳性,甚
至有时只出现亮的通带,而无任何扩增带。图1(泳
道23~26)反映出,Taq酶的用量为1U时,PCR扩
增结果较好。
综上所述,石斛 SRAP最优的反应体系为:25
μL的反应体系中,模板 DNA量 30ng,Mg2+浓度
25mmol·L-1,08μmol·L-1的上下游引物,200
μmol·L-1的dNTPs以及Taq酶1U。
2.2 SRAP扩增结果
试验中,从88个引物组合中,筛选出40个重复
性好、扩增条带清晰且多态性丰富的引物组合,进行
SRAP扩增及数据分析,见表 3。40个引物组合共
产生1977条清晰条带,平均每个引物产生49条。
其中,多态性条带1782条(9014%),每个引物组
合的多态性条带数在33~55条不等,平均每个引物
组合产生 4455条多态性条带。代表性带谱见图
2。
2.3 亲缘关系的聚类分析
对供试的石斛材料基于上述40个引物组合产
生的1977个标记数据,用 NTsyspc202软件计算
各品种间的Jaccard’s遗传相似系数,利用 UPGMA
聚类分析方法构建供试石斛材料的亲缘关系分子系
统树,见图3。9种石斛遗传相似系数在03302~
07892,见表 4。在遗传相似系数 042的水平
    表3 40个引物组合的扩增结果
组合名称 总带数
多态性
条带数
组合名称 总带数
多态性
条带数
m2em8 54 50 m8em7 44 37
m2em7 44 42 m8em9 51 45
m2em4 44 36 m7em9 56 50
m5em7 45 40 m1em8 59 54
m5em4 59 55 m1em6 52 49
m3em7 48 46 m6em8 49 43
m3em8 40 39 m6em6 54 48
m3em9 47 41 m7em3 45 43
m3em10 50 45 m7em4 40 38
m3em11 48 43 m6em11 48 48
m3em3 43 42 m1em3 41 35
m3em6 49 46 m1em2 49 45
m4em4 50 48 m1em1 48 47
m4em9 40 33 m7em9 52 42
m4em11 45 39 m7em10 57 49
m4em7 48 43 m7em6 56 52
m8em2 55 51 m5em10 55 48
m8em3 53 48 m6em8 42 36
m8em5 56 47 m1em11 54 47
m8em6 58 51 m1em9 49 41
图2 部分引物组合的扩增图
A.引物组合m7~em4;B.引物组合m1~em6;C.引物组合m6~
em6;1.霍山石斛;2.霍山铜皮;3.杂交石斛;4.罗河石斛;5.霍山
铁皮;6.重唇石斛;7.云南铁皮;8.大苞鞘石斛;9.浙江铁皮
图3 供试石斛材料的UPGMA聚类图
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表4 根据SRAP标记计算的相似系数
因素 霍山石斛 霍山铜皮 杂交石斛 大苞鞘石斛 霍山铁皮 重唇石斛  云南铁皮 罗河石斛 浙江铁皮
霍山石斛  10000                
霍山铜皮  06894 10000              
杂交石斛  07348 07745 10000            
大苞鞘石斛 03629 04038 03629 10000          
霍山铁皮  05613 05804 05534 03451 10000        
重唇石斛  04173 04622 04646 04317 04856 10000      
云南铁皮  04268 04762 04686 03302 07105 04629 10000    
罗河石斛  03826 04378 04087 04729 04566 05636 04390 10000  
浙江铁皮  04677 05023 04919 03620 07342 04706 07892 04486 10000
上,供试的9种石斛材料分为2个大类:Ⅰ和Ⅱ。Ⅰ
类分为A,B2个小类,A类包括霍山石斛、铜皮石斛
以及杂交石斛,其中杂交石斛与铜皮石斛的遗传相
似系数为07745,亲缘关系最近;B类包括铁皮石
斛的3个不同居群,相互间的遗传相似系数均在
070以上,亲缘关系较近。Ⅱ类分为 C,D2个小
类,D类由重唇石斛和罗河石斛聚类而成,其遗传相
似系数为05636;C类由大苞鞘石斛单独构成。
3 讨论
3.1 石斛的亲缘关系 本研究采集了药用石斛主
要产区的代表性石斛品种,利用筛选出的40个引物
组合对9种石斛所进行的研究表明:安徽省霍山地
区的3种石斛———霍山石斛、铜皮石斛及铁皮石斛,
比较其相互间的遗传相似系数发现,霍山石斛在分
类地位上更接近于铜皮石斛(遗传相似系数为
06894),而与铁皮石斛的亲缘关系相对较远(遗传
相似系数为05613)。从聚类图上可以看出,本实
验室选育的杂交石斛与其父本铜皮石斛的亲缘关系
更近,与蔡永萍等[12]对杂交石斛的生理生化研究的
结果一致。浙江、云南和霍山3个居群的铁皮石斛
中,浙江居群与云南居群的亲缘关系最近,遗传相似
系数为07892;浙江居群与霍山居群间的遗传相似
系数为07342,云南居群与霍山居群间的遗传相似
系数为07105。通过分析发现,3个居群的铁皮石
斛间的遗传关系的亲疏与丁鸽等[13]研究的结果一
致,铁皮石斛居群地理分布的远近与居群间的遗传
关系的亲疏呈良好的相关性。观赏植物大包鞘石斛
与其他供试的药用石斛虽为同属植物,但其与药用
石斛间的遗传相似系数均较低,在 03302~
04729,表明它们之间的亲缘关系较远。
32 分子标记技术在药用石斛中的应用 近年来,
已有多种分子标记技术应用于药用石斛的报道。
Lau等[14]对16种石斛内转录间隔区 ITS2DNA测序
的结果表明,ITS2区可作为区分石斛种间、石斛与外
类群的分子标记。丁小余等[15]建立了枫斗类石斛
的rDNAITS区碱基全序列数据库,可对枫斗类石斛
待鉴定种进行鉴别。张铭[16]曾用 RAPD技术对26
种石斛进行聚类分析,并对铁皮石斛特异性条带进
行测序,从而设计出一对长度为20bp的铁皮石斛
高度特异性的引物。也有报道指出利用叶绿体的
matK基因序列区分石斛与其混淆品[17]。
本试验将新发展起来的SRAP分子标记技术应
用于药用石斛的遗传多样性与亲缘关系的研究中,
建立了适用于石斛属植物稳定可靠、重复性强的
SRAP反应体系,为药用石斛的分类鉴定和道地性
鉴定提供了又一可靠的依据。
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StudiesongeneticdiversityofmedicinalDendrobiumbySRAP
FANHonghong1,LITingchun2,QIUJing1,LIZhengpeng1,3,LINYi1,CAIYongping1
(1.SchoolofLifeScience,AnhuiAgricultureUniversity,Heifei230036,China;
2.AnhuiProvincialTobaccoResearchInstitute,Fengyang233100,China;
3.SchoolofLifeScience,AnhuiScienceandTechnologyUniversity,Fengyang233100,China)
[Abstract] Objective:TostudythegeneticdiversityofmedicinalDendrobiumbySRAP.Method:Thegeneticdiversityof9
spicesDendrobiumwasstudiedbyusingtheoptimizedSRAPreactionsystem.TheNTSYSsoftwarewasusedtoanalyzethemarkers.
Result:Fortyprimerpairswereselectedfrom88amplified1782polymorphicbandswithanaverageof44.55polymorphicbandsper
primerpair.ClusteranalysisusingUPGMAmethodbasedonthedataofSRAPamplifiedbandsby40primerpairsshowedthat9spices
ofcouldbedistinguishedintotwomaingroups.Jaccard'ssimilaritycoeficientrangedfrom0.33020.7892.Conclusion:Theresults
ofthisresearchindicatethatSRAPmolecularmarkeriseficienttostudythemedicalDendrobiumgeneticdiversity.
[Keywords] medicinalDendrobium;geneticdiversity;SRAP
[责任编辑 张宁宁]
[收稿日期] 20070601
[基金项目] 国家科技攻关计划项目(2004BA721A20);国家“十一五”科技支撑计划项目(2006BAI06A1211)
[通讯作者] 郭巧生,Tel:(025)84396591,Email:gqs@herbstimes.com
药用菊花不同栽培类型叶片超微结构比较研究
郭巧生,王桃银,汪 涛,梁迎暖
(南京农业大学 中药材研究所,江苏 南京 210095)
[摘要] 目的:研究药用菊花不同栽培类型的叶片超微结构。方法:利用透射电镜对药用菊花不同栽培类型
叶片结构进行观察。结果与结论:叶片超微结构中均有叶绿体、线粒体、淀粉粒和过氧化物酶体等,但不同栽培类
型之间细胞器、超微结构及数量等差异较大。研究结果从一个侧面解释了杭菊的抗性较强,因而得到大面积推广;
同时也为药用菊花的育种提供参考资料。
[关键词] 药用菊花;叶绿体;超微结构
[中图分类号]S567 [文献标识码]A [文章编号]10015302(2008)01001005
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