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Studies on genetic relationship of seven species of Curculigo plant from China using SRAP

仙茅属植物7个国产种的SRAP遗传关系研究



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986%。遗传距离0631~0912。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]10015302(2008)02011704
[收稿日期] 20061001
[通讯作者] 李隆云,Tel:(023)89029118,Email: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(sequencerelatedampli
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[48]。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(BIORAD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
05,10,15,20,30,40mmol·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 01,02,03,04,05,06
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
10,15,20mmol·L-1共3个 Mg2+梯度,每个梯
度对应05,10,20U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,MgCl220
mmol·L-1,dNTPs250μmol·L-1,引物各02μmol
·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15min;后35个循环:94℃
变性1min,50℃复性1min,72℃延伸15min;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05×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15~40mmol·L-1变化不大,Mg2+为10
mmol·L-1时,大多条带量少且较弱,Mg2+为 05
mmol·L-1时,几乎无产物;相同酶用量下,Mg2+浓
度为10mmol·L-1时的扩增弱于其他组合,Mg2+
浓度20mmol·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 10U,Mg2+浓度 20
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01μmol·L-1时,扩增产物少且极弱,
而引物在02~06μmol·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 02
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,20mmol·
L-1Mg2+,250μmol·L-1dNTP,02μmol·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 ME5EM2
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369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986%,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
13)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ME5EM2的电泳结果
Mmaker;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
ME1EM1 16 15 ME3EM4 33 33
ME1EM2 17 17 ME3EM5 34 34
ME1EM3 39 39 ME4EM1 28 27
ME1EM4 49 49 ME4EM2 28 28
ME1EM5 41 40 ME4EM3 32 32
ME2EM1 35 34 ME4EM4 45 42
ME2EM2 30 29 ME4EM5 33 32
ME2EM3 35 34 ME5EM1 42 42
ME2EM4 28 27 ME5EM2 49 48
ME2EM5 45 45 ME5EM3 45 44
ME3EM1 42 42 ME5EM4 37 37
ME3EM2 48 48 ME5EM5 49 49
ME3EM3 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0912,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0631,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0896,光叶仙茅与大叶仙茅组 5
个种之间的遗传距离平均为0860(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 0000            
2 0733 0000          
3 0900 0857 0000        
4 0877 0850 0716 0000      
5 0881 0862 0724 0782 0000    
6 0908 0866 0750 0631 0766 0000  
7 0912 0867 0731 0756 0637 0673 0000
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5712%[12],甜瓜为 727%[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986%。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
LILongyun,CHENDaxia,QINSongyun,LIQuansen,ZHONGGuoyue
(ChongqingAcademyofChineseMateriaMedica,Chongqing400065,China)
[Abstract] Objective:TostudythegeneticrelationshipofsevenspeciesofCurculigoplantfromChina.Method:Throughse
quencerelatedamplifiedpolymorphism(SRAP)analysis,tostudythegeneticdistancebyTREECONWsoftwareandtomakeupthe
systematicdiagramofgeneticrelationshipbyUPGMAmethod.Result:Atotalof923SRAPmarkerswerescored,amongwhich910
werepolymorphic.Theaveragepercentageofpolymorphicbandwas986%.Geneticdistancewerechangedfrom0631to0912.By
clusteranalysis,theclassifiedresultofSRAPmarkerbetweentraditionalmodalcharacterinsevenspeciesofCurculigoplantfromChi
naisalmostsame.Conclusion:ThepercentageofpolymorphisminsevenspeciesofCurculigoplantfromChinaishigh,showingfeasi
bilityforSRAPmarkerinapplicationintheclassificationofCurculigo.
[Keywords] Curculigo;sequencerelatedamplifiedpolymorphism(SRAP);geneticrelationship
[责任编辑 张宁宁]
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