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SRAPPCR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4455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03302~07892。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]10015302(2008)01000605
[收稿日期] 20061210
[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,sequencere
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[57]。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08%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 SRAPPCR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,
025%溴酚蓝,025%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 NTsyspc202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 SRAPPCR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 10~20mmol·L-1
时,PCR扩增的条带较少且弱;Mg2+浓度为 25~
30mmol·L-1时,扩增的条带较多,带型清晰且稳
定;Mg2+浓度>30mmol·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10,15,20,25,30,35mmol·L-1;
7~12DNA用量分别为5,10,20,30,40,60ng;13~16引物浓度分别为
04,06,08,10μmol·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05,10,15,20U
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08μmol·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
25mmol·L-1,08μmol·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(9014%),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 4455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 NTsyspc202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03302~
07892,见表 4。在遗传相似系数 042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
m2em8 54 50 m8em7 44 37
m2em7 44 42 m8em9 51 45
m2em4 44 36 m7em9 56 50
m5em7 45 40 m1em8 59 54
m5em4 59 55 m1em6 52 49
m3em7 48 46 m6em8 49 43
m3em8 40 39 m6em6 54 48
m3em9 47 41 m7em3 45 43
m3em10 50 45 m7em4 40 38
m3em11 48 43 m6em11 48 48
m3em3 43 42 m1em3 41 35
m3em6 49 46 m1em2 49 45
m4em4 50 48 m1em1 48 47
m4em9 40 33 m7em9 52 42
m4em11 45 39 m7em10 57 49
m4em7 48 43 m7em6 56 52
m8em2 55 51 m5em10 55 48
m8em3 53 48 m6em8 42 36
m8em5 56 47 m1em11 54 47
m8em6 58 51 m1em9 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 10000
霍山铜皮 06894 10000
杂交石斛 07348 07745 10000
大苞鞘石斛 03629 04038 03629 10000
霍山铁皮 05613 05804 05534 03451 10000
重唇石斛 04173 04622 04646 04317 04856 10000
云南铁皮 04268 04762 04686 03302 07105 04629 10000
罗河石斛 03826 04378 04087 04729 04566 05636 04390 10000
浙江铁皮 04677 05023 04919 03620 07342 04706 07892 04486 10000
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07745,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
070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05636;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
06894),而与铁皮石斛的亲缘关系相对较远(遗传
相似系数为05613)。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07892;浙江居群与霍山居群间的遗传相似
系数为07342,云南居群与霍山居群间的遗传相似
系数为07105。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 03302~
04729,表明它们之间的亲缘关系较远。
32 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
FANHonghong1,LITingchun2,QIUJing1,LIZhengpeng1,3,LINYi1,CAIYongping1
(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'ssimilaritycoeficientrangedfrom0.33020.7892.Conclusion:Theresults
ofthisresearchindicatethatSRAPmolecularmarkeriseficienttostudythemedicalDendrobiumgeneticdiversity.
[Keywords] medicinalDendrobium;geneticdiversity;SRAP
[责任编辑 张宁宁]
[收稿日期] 20070601
[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(2006BAI06A1211)
[通讯作者] 郭巧生,Tel:(025)84396591,Email: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]10015302(2008)01001005
·01·
第33卷第1期
2008年1月
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ChinaJournalofChineseMateriaMedica
Vol.33,Issue 1
January,2008