全 文 :·研究论文·
仙茅属植物7个国产种的 SRAP遗传关系研究
李隆云,陈大霞,秦松云,李泉森,钟国跃
(重庆市中药研究院,重庆 400065)
[摘要] 目的:研究仙茅属植物7个国产种亲缘关系。方法:通过 SRAP分析,利用 TREECONW软件分析遗
传距离,UPGMA方法聚类,构建亲缘关系系统图。结果:25对引物组合共得到923条扩增条带,其中有910条呈现
多态性,占986%。遗传距离0631~0912。聚类结果显示仙茅属植物7个国产种分类结果与传统形态分类结果
基本一致。结论:仙茅属植物7个国产种的多态性水平高,SRAP用于其分类是可行的。
[关键词] 仙茅属;相关序列扩增多态性 (SRAP);亲缘关系;分类
[中图分类号]S567 [文献标识码]A [文章编号]10015302(2008)02011704
[收稿日期] 20061001
[通讯作者] 李隆云,Tel:(023)89029118,Email:lilongyun8
@163.com
石蒜科仙茅属 Curculigo在全世界约有 20余
种,我国已知有7种,主要分布在华南与西南[1]。该
属植物药用的主要有仙茅 C.orchioides和大叶仙茅
C.capitulata2种。商品仙茅为仙茅属仙茅的干燥
根茎,为药典收载种,大叶仙茅目前只在民间应用,
仙茅属其余种很少药用。目前在该属植物的经典分
类中,首先根据植株的高大与矮小分为大叶仙茅组
Sect.Molineria与仙茅组 Sect.Curculigo,再依据植
物花序、花排列、子房顶端喙、叶子质地等外部形态
特征进一步分类,对其鉴定研究方面也大多局限于
植物的形态特征[2,3],关于仙茅属植物7个国产种
分子生物学方面的研究目前尚未见报道。
相关序列扩增多态性(sequencerelatedampli
fiedpolymorphism,SRAP)是最近发展起来的新型分
子标记[4]。SRAP自诞生以来,便以其操作简便快
速、成本低、可信度高、易于测序等特点倍受分子生
物学家的青睐。在短短的几年时间内,此标记已在
多种植物中试验过,目前SRAP已在植物图谱构建、
遗传多样性评价、QTL定位以及杂种优势预测等诸
多领域研究成功应用[48]。本研究将 SRAP标记技
术用于仙茅属7个国产种植物亲缘关系的分析,为
仙茅属物种的合理分类和开发利用提供分子水平上
的依据。
1 材料和方法
1.1 材料 仙茅属植物7个国产种(表1)于2002
年4月至2003年12月采自四川、重庆、云南、广西、
海南,种植于重庆市中药研究药用植物标本园。由
本院生药栽培室秦松云副研究员、李泉森副研究员
及成都中医药大学卫莹芳教授进行物种鉴定。在成
熟植株上选择当年萌发的幼嫩叶片,低温下带回实
验室,洗净晾干后,冻于 -80℃超低温冰箱中保存
备用。
1.2 仪器与试剂 EppendorfMastercyclergradient
梯度PCR仪(Eppendorf),SmartSpeeTM3000型分光
光度计(BIORAD公司),DYCZ-24B型电泳槽(北
京市六一仪器厂),DYY-6C型电泳仪(北京市六一
仪器厂),CaplioR4数码相机(RICOH公司)。
SRAP正、反向引物(北京赛百盛基因有限公司合
成),Taq酶(TaKaRa),dNTPs(TaKaRa),DL2000
DNAMarker(TaKaRa),CTAB(Amresco),PVP(Sig
ma),β疏基乙醇(Sigma),琼脂糖(进口分装),其余
均为国产分析纯试剂。
表1 研究所用材料
No. 材料名称 组别 来源
1 仙茅 Curculigoorchioides 仙茅 四川宜宾
2 光叶仙茅 C.glabrescens 仙茅 海南保葶
3 绒叶仙茅 C.crasifolia 大叶仙茅 云南文山
4 中华仙茅 C.sinensis 大叶仙茅 云南金平
5 短葶仙茅 C.breviscapa 大叶仙茅 广西扶绥
6 疏花仙茅 C.gracilis 大叶仙茅 重庆南川
7 大叶仙茅 C.capitulata 大叶仙茅 重庆南山
1.3 基因组DNA的提取 每个种随机取5个个体
采用CTAB法提取基因组 DNA,用分光光度计测定
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其浓度和纯度。将5个个体的基因组 DNA等量混
合组成 “基因池”,质量浓度为40ng·μL-1,用于
SRAP分析。
1.4 仙茅属植物 SRAP反应体系优化试验设计
对影响仙茅属植物SRAP反应的主要因素Mg2+(设
05,10,15,20,30,40mmol·L-16个梯度)、
dNTP(设50,100,150,200,250,300,400μmol·L-1
7个梯度)、模板(设5,10,20,40,60,80,120,240ng
8个梯度)、引物(设 01,02,03,04,05,06
μmol·L-16个梯度)进行单因子实验,每一个合适
条件确定后作为后续研究的一个条件。在单因子的
基础上,对 Mg2+与酶进行二因子实验中:设置了
10,15,20mmol·L-1共3个 Mg2+梯度,每个梯
度对应05,10,20U的酶用量,共9个处理。
1.5 SRAP分析 SRAP引物采用 Li等[4]已发表
的引物。本研究所用引物序列见表2。SRAP反应
体系:总体积25μL,内含1×PCRbufer,MgCl220
mmol·L-1,dNTPs250μmol·L-1,引物各02μmol
·L-1,TaqDNA聚合酶 1U,模板 40ng,不足部分
ddH2O补足。一滴矿物油覆盖。
表2 SRAP引物
正向
引物
5′→3′
反向
引物
5′→3′
ME1 TGAGTCCAAACCGGATA EM1GACTGCGTACGAATTAAT
ME2 TGAGTCCAAACCGGAGC EM2GACTGCGTACGAATTTGC
ME3 TGAGTCCAAACCGGAAT EM3GACTGCGTACGAATTGAC
ME4 TGAGTCCAAACCGGACC EM4GACTGCGTACGAATTTGA
ME5 TGAGTCCAAACCGGAAG EM5GACTGCGTACGAATTAAC
扩增程序采用复性变温法,共40个循环,即94
℃预变性5min;前5个循环:94℃变性1min,35℃
复性1min,72℃延伸15min;后35个循环:94℃
变性1min,50℃复性1min,72℃延伸15min;循
环结束后72℃延伸7min,4℃保存。
产物的检测:取扩增产物5μL在6%的非变性
聚丙烯酰胺凝胶上电泳分离,以05×TBE为缓冲
液,稳压150V,电泳至溴酚蓝距凝胶边缘1cm处结
束。采用稍做改进的汪家政等[9]的方法进行银染。
染色后,用数码相机照相、记录。
2 结果与分析
2.1 仙茅属植物 SRAP反应体系的建立 对影响
仙茅属植物SRAP反应的主要因素 Mg2+,dNTP,模
板,引物进行单因子多水平实验,在 Mg2+单因子的
基础上,对Mg2+与酶进行二因子实验。结果表明:
Mg2+在15~40mmol·L-1变化不大,Mg2+为10
mmol·L-1时,大多条带量少且较弱,Mg2+为 05
mmol·L-1时,几乎无产物;相同酶用量下,Mg2+浓
度为10mmol·L-1时的扩增弱于其他组合,Mg2+
浓度20mmol·L-1扩增产物条带数多于其他2种
Mg2+浓度;相同Mg2+浓度、不同的酶用量下可得到
谱带基本一致的图谱,但 Mg2+浓度越大,扩增效率
越高,从以上Mg2+浓度单因子试验结果及经济的角
度考虑,本实验认为 Taq酶 10U,Mg2+浓度 20
mmol·L-1的组合比较适宜。
dNTP浓度的变化对条带的强弱影响较大。
dNTP浓度为50μmol·L-1时,扩增较弱;dNTP浓
度在 100~300μmol·L-1,带型基本一致,但随
dNTP浓度的增高,扩增片断的亮度增加,dNTP浓度
为250,300μmol·L-1时的条带最清晰;当 dNTP浓
度为400μmol·L-1时,扩增则减弱。综合考虑,本
实验选用了250μmol·L-1的dNTP浓度。
引物为01μmol·L-1时,扩增产物少且极弱,
而引物在02~06μmol·L-1,可以得到完全一致
的扩增结果。从降低实验成本考虑,选用了 02
μmol·L-1的引物浓度。
在本研究中模板含量的许可范围较大,除模板
为5ng时,扩增相对较弱外,其余浓度的模板均可
得到相同的扩增结果。考虑到模板含量过高,又会
相应增加非特异性产物的扩增,本实验以40ng作
为扩增中模板的用量。
通过以上单因子、双因子实验进行反应体系的
优化,建立了适合仙茅属植物 SRAP分析的反应体
系:25μL体系中内含 1×PCRbufer,20mmol·
L-1Mg2+,250μmol·L-1dNTP,02μmol·L-1引
物,40ng模板,1UTaq酶。
2.2 多态性标记的筛选 本研究所采用均可扩增
出清晰、呈现多态性的条带,图1为引物 ME5EM2
的电泳结果。各SRAP引物组合的扩增统计结果见
表3。25对引物组合共得到923条扩增带,带数在
16~49不等,平均每对引物组合可得到369条带。
在这923条DNA扩增条中,有910条带呈多态性,
占所观察到的总扩增带的986%,由此可见,仙茅
属植物7个国产种之间有着很高的多态性。
2.3 遗传距离分析 采用 TREECONW[10](Version
13)分析软件对所获数据进行遗传距离的计算,将
每个多态性谱带看作一个遗传位点,根据各分子标
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图1 引物ME5EM2的电泳结果
Mmaker;1仙茅;2光叶仙茅;3绒叶仙茅;4中华仙茅;
5短葶仙茅;6疏花仙茅;7大叶仙茅
表3 25个引物组合的扩增结果
引物组合 总带数
多态性
带数
引物组合 总带数
多态性
带数
ME1EM1 16 15 ME3EM4 33 33
ME1EM2 17 17 ME3EM5 34 34
ME1EM3 39 39 ME4EM1 28 27
ME1EM4 49 49 ME4EM2 28 28
ME1EM5 41 40 ME4EM3 32 32
ME2EM1 35 34 ME4EM4 45 42
ME2EM2 30 29 ME4EM5 33 32
ME2EM3 35 34 ME5EM1 42 42
ME2EM4 28 27 ME5EM2 49 48
ME2EM5 45 45 ME5EM3 45 44
ME3EM1 42 42 ME5EM4 37 37
ME3EM2 48 48 ME5EM5 49 49
ME3EM3 43 43
记的迁移率及其有无统计所有的二无数据,按条带
有或无赋值,有带记为1,无带记为0,强带和弱带的
赋值均为1,以此作为数据记录的标准。对于多态
性位点,仅在重复实验中能稳定出现的差异带用于
数据分析。结果表明,仙茅与大叶仙茅之间的遗传
距离最大,为0912,表明二者亲缘关系最远;中华
仙茅与疏花仙茅之间的遗传距离最小,为0631,表
明二者亲缘关系最近。仙茅组与大叶仙茅组之间遗
传距离差异大,如仙茅与大叶仙茅组5个种之间的
遗传距离平均为0896,光叶仙茅与大叶仙茅组 5
个种之间的遗传距离平均为0860(表4)。
2.4 聚类分析 仙茅属7个国产种聚类图见图2。
从图2中可以看出,利用 SRAP分子标记技术可以
将仙茅属植物7个国产种完全区别开,并且明显分
为2类:仙茅与光叶仙茅聚为一类(A类);其余5种
表4 仙茅属植物7个国产种遗传距离距阵
1 2 3 4 5 6 7
1 0000
2 0733 0000
3 0900 0857 0000
4 0877 0850 0716 0000
5 0881 0862 0724 0782 0000
6 0908 0866 0750 0631 0766 0000
7 0912 0867 0731 0756 0637 0673 0000
仙茅属植物聚为一大类(B类)。在 B类中,中华仙
茅与疏花仙茅首先聚在一起,其余3个种短葶仙茅
与大叶仙茅聚在一起,绒叶仙茅为单独的一支。以
上聚类结果与传统形态学分类结果极为相似。A类
与B类之间的分类最可靠,可信度达100%,B类中
大叶仙茅与短葶仙茅、疏花仙茅与中华仙茅之间的
分类较可靠,可信度为94%,绒叶仙茅与大叶仙茅
和短葶仙茅之间的分类可信度相对差些,为52%。
图2 仙茅属7个国产种聚类图
3 讨论
本实验研究表明仙茅属植物7个国产种之间存
在着较大的遗传差异。在不同物种的 SRAP多态性
研究中,扩增带的多态性比例差异较大,如中国甘蓝
型油菜130个品种间为24%[11],中国花生栽培种间
为5712%[12],甜瓜为 727%[5],野牛草 95%[13]。
本研究中仙茅属植物7个国产种之间的多态性比率
为986%。扩增带的多态性表现不同可能与所研
究的材料之间遗传关系远近有关,有的采用遗传关
系相近的品种,有的采用不同种间的、多种倍性的、
遗传关系较远的不同种质资源。本研究使用的材料
为仙茅属的7个不同种,种间的差异较大,本研究从
分子水平上证实了这一点。
遗传关系聚类图显示:SRAP标记聚类结果与
仙茅属形态学分类极为吻合。在仙茅属植物的传统
分类中,主要根据植物花序、花排列、子房顶端喙、叶
子质地等形态特征将仙茅分为2个组,即仙茅组与
大叶仙茅组。仙茅组植物有仙茅与光叶仙茅2种,
该组植株较为矮小,其余5个种归入大叶仙茅组,植
株较为高大。在大叶仙茅组中,大叶仙茅与短葶仙
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茅、疏花仙茅与中华仙茅分别聚为一类,二者再与单
独聚为一支的绒叶仙茅聚在一起[1]。在本研究聚
类结果中仙茅组的仙茅与光叶仙茅聚为一支(A
类),大叶仙茅组的5个种聚为一支(B类),这与传
统分类完全吻合;在 B类中,大叶仙茅与短葶仙茅
聚为一类,疏花仙茅与中华仙茅聚为一类,与传统分
类也是完全吻合的,不同之处仅是大叶仙茅组中5
个种的聚类先后略有差异。以上结果说明 SRAP标
记聚类结果与它们之间的形态差异是相关的,传统
经典分类将仙茅分为仙茅组与大叶仙茅组是有其科
学依据的,同时也证实 SRAP标记技术由于使用较
高的退火温度和较长的引物,不但保证了扩增的稳
定性,而且由于该标记可检测基因的可译框区域,检
测的结果更能反映物种的遗传多样性和亲缘关系,
因此用于仙茅属物种的分类和遗传亲缘关系研究是
可行的。此外,SRAP引物具有通用性,其正向引物
可以与反向引物两两搭配组合,因此用少量的引物
可组配得到多个引物对,提高了引物的使用效率,降
低引物合成成本,是一种经济、有效的分子标记。
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Studiesongeneticrelationshipofsevenspeciesof
CurculigoplantfromChinausingSRAP
LILongyun,CHENDaxia,QINSongyun,LIQuansen,ZHONGGuoyue
(ChongqingAcademyofChineseMateriaMedica,Chongqing400065,China)
[Abstract] Objective:TostudythegeneticrelationshipofsevenspeciesofCurculigoplantfromChina.Method:Throughse
quencerelatedamplifiedpolymorphism(SRAP)analysis,tostudythegeneticdistancebyTREECONWsoftwareandtomakeupthe
systematicdiagramofgeneticrelationshipbyUPGMAmethod.Result:Atotalof923SRAPmarkerswerescored,amongwhich910
werepolymorphic.Theaveragepercentageofpolymorphicbandwas986%.Geneticdistancewerechangedfrom0631to0912.By
clusteranalysis,theclassifiedresultofSRAPmarkerbetweentraditionalmodalcharacterinsevenspeciesofCurculigoplantfromChi
naisalmostsame.Conclusion:ThepercentageofpolymorphisminsevenspeciesofCurculigoplantfromChinaishigh,showingfeasi
bilityforSRAPmarkerinapplicationintheclassificationofCurculigo.
[Keywords] Curculigo;sequencerelatedamplifiedpolymorphism(SRAP);geneticrelationship
[责任编辑 张宁宁]
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