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RAPD analysis for genetic relationship and diversity of three species of genus Tripterygium

雷公藤属3种植物遗传关系与遗传多样性的RAPD分析



全 文 :·研究论文·
雷公藤属3种植物遗传关系与遗传多样性的RAPD分析
刘万水2,郭宝林1,陈玉婷2,黄文华1,斯金平3
(1.中国医学科学院 中国协和医科大学 药用植物研究所,北京 100094;
2.北京中医药大学 中药学院,北京 100102;
3.浙江林学院 天然药物研究中心,浙江 临安 311300)
[摘要] 目的:阐明雷公藤属植物的遗传关系和遗传多样性。方法:用 RAPD分子标记方法研究来自雷公藤
属植物3个种4个类型24个居群的110个样本。结果和讨论:从100个随机引物中筛选出10个引物,得到128条
带,其中多样性条带123个,占96%。通过聚类分析可以看出,东北雷公藤明显与其他种有显著的遗传差异;中间
类型和雷公藤的关系较与昆明山海棠的关系更密切,但中间类型和雷公藤之间也有明显的遗传分化,且中间类型
呈现较雷公藤复杂的遗传多样性,不同的中间类型居群与雷公藤的关系远近不同。大量的中间类型的存在,连接
了昆明山海棠与雷公藤这2个种,从分类上建议将2个种合并。将除去东北雷公藤的其他居群作为一个整体分
析,居群间分化明显,遗传多样性主要存在于居群间,因此应当收集不同来源的种质以保存尽可能多的遗传多样
性。
[关键词] 雷公藤;昆明山海棠;中间类型;RAPD;遗传关系;遗传多样性
[中图分类号]S567 [文献标识码]A [文章编号]10015302(2007)16161507
[收稿日期] 20060929
[基金项目] 浙江省科技厅科技计划项目(2003C32098)
[通讯作者] 郭宝林,Tel:(010)62895049,Email:guobaolin
010@yahoo.com.cn
  雷公藤TripterygiumwilfordiHook.f.系卫矛科
雷公藤属植物,其根或去掉根皮的木心在我国民间
用于杀虫和治疗皮肤病,现代研究发现雷公藤具有
抗炎、抗菌、免疫调节、抗肿瘤及抗生育等多种药理
作用。雷公藤制剂发展迅速,临床上被广泛应用于
治疗类风湿性关节炎、红斑狼疮、银屑病、肾炎等多
种疾病,已成为国内首选的免疫抑制剂之一。其同
属植物昆明山海棠 T.hypoglaucum(Levl.Hutch)
亦含有与之相同和类似的成分,具有相近的功效,也
有临床应用制剂。同时,由于雷公藤资源的减少,昆
明山海棠正被越来越多地作为雷公藤制剂的原料而
大量使用。
国产雷公藤属包括3个种,雷公藤和昆明山海
棠分布于中国的南方各省,东北雷公藤 T.regeli
SpragueetTaketa主要分布在中国的东北。一般根
据叶片大小及叶背白粉有无、花序大小及单花大小
和翅果特征来区分该属的3种植物[1]。但对于雷公
藤与昆明山海棠来说,形态变异具有连续性,故本课
题组暂将二者之间的中间类型归为一个单独类
型[2]。
RAPD分子指纹标记正在中药研究领域得到较
为广泛的应用,如用于中药基原动植物分类、遗传关
系分析、遗传多样性评价、资源保护以及药材的鉴定
等方面。本试验采用 RAPD分子标记对雷公藤、昆
明山海棠、东北雷公藤以及形态处于雷公藤和昆明
山海棠之间的中间类型共24个居群的遗传关系和
多样性进行了研究。
1 材料和方法
1.1 材料 本课题组对雷公藤属3种植物在全国
的主要分布区进行资源调查,并进行了样品的收集
和引种工作。所有样本均为2002年和2003年采集
秋季枝条(居群内个体的样本间相距均大于500m,
以避免不同个体来自同一个克隆),并同年扦插于
浙江省丽水市林科所雷公藤种质资源圃。2004年5
月统一采集幼叶,变色硅胶迅速干燥。具体见表1。
每居群5个个体,其中有4个居群限于实际分布数
量,个体数为2~3个,共计24个居群,110个个体。
1.2 总DNA提取工艺的选择 采用CTAB法提取
总DNA,试验过程中发现了实验样品量过大或 β巯
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    中 国 中 药 杂 志
ChinaJournalofChineseMateriaMedica
       
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August,2007
   表1 样品来源
类型 产地(编码) 样本个数 个体样本编号
雷公藤  莲都,浙江(LD) 5 14,19,20,30,56
  缙云1,浙江(JY1) 3 33,34,37
  苍南,浙江(CNAN) 5 72,73,74,75,76
  乐清,浙江(LQ) 5 67,68,69,70,71
  义乌,浙江(YW) 5 78,79,80,81,82
  云和,浙江(YH) 5 50,51,52,53,54
  通城,湖北(TC) 5 142,144,145,149,151
  松阳1,浙江(SY1) 2 57,58
中间类型 开化,浙江(KH) 5 45,46,47,48,49
  江山,浙江(JSH) 5 40,41,42,43,44
  松阳2,浙江(SY2) 3 59,60,61
  缙云2,浙江(JY2) 2 35,36
  景宁,浙江(JN) 5 24,85,87,90,91
  遂昌,浙江(SCH) 5 62,63,64,65,66
  庆元,浙江(QY) 5 22,23,95,96,97
  武义,浙江(WY) 5 98,99,100,101,102
  萍乡,江西(PX) 5 190,191,192,193,195
  黄山,安徽(HS) 5 206,207,208,209,217
  泰宁,福建(TN) 5 109,112,113,114,115
昆明山海棠昆明,云南(KM) 5 119,120,122,123,124
  新宁,湖南(XN) 5 126,129,132,134,138
  雷山,贵州(LSH) 5 158,159,164,168,169
  遂川,江西(JGS) 5 196,197,198,200,203
东北雷公藤通化,吉林(DB) 5 172,179,180,182,H
  注:样本编号为统一编号,本课题组的雷公藤研究论文均为一致
基乙醇(βME)浓度过高严重影响雷公藤总DNA的
提取效果,甚至可能完全提取不出,经研究确定700
μL提取体系中雷公藤干燥叶片用量约0015g,提
取液中 βME为 02%(其中东北雷公藤需要为
5%,否则DNA褐化)[3]。
1.3 PCR扩增 PCR扩增在 LongGeneMG96+/
96GThermocyclePCR仪上进行。反应体系(25
μL):Taq酶(5U·μL-1)05μL,10×PCRbufer
25μL,Mg2+2μL(北京欣经科),引物2μL(上海
生工),25mmol·L-1dNTP2μL(北京华美),模板
DNA2μL(DNA量1~2ng),ddH2O16μL。扩增程
序:94℃预变性 10min;94℃ 变性1min,36℃退
火1min,72℃ 延伸1min,45个扩增循环;72℃ 延
伸10min。电泳条件:PCR扩增产物以15%琼脂
糖凝胶检测,100V恒压(5V·cm-1)电泳2h,照
相。
1.4 引物筛选和扩增 先选择6个个体样本,从
100个引物中选出 10个扩增条带数目适中、信号
强、背景清晰、重复性好、样本间具有较多差异的引
物(表2),然后用于全部 DNA样品的扩增,每个选
定的引物至少扩增2次。
表2 本研究选用的10个引物
No 序列 No 序列
S10 CTGCTGGGAC S79 GTTGCCAGCC
S11 GTAGACCCGT S174 TGACGGCGGT
S64 CCGCATCTAC S176 TCTCCGCCCT
S66 GAACGGACTC S232 ACCCCCCACT
S75 GACGGATCAG S237 ACCGGCTTGT
1.5 扩增产物和差异带的分析方法
1.5.1 带的记录 部分结果见图1,2(M为200bp
lader),选择重复性好的电泳图谱和条带进行统计,
每条带(DNA片段)均为1个分子标记,有带记作
1,无带记作0,强带与弱带均赋值为1,统计得到二
元数据矩阵,用于数据分析。
图1 引物S66对部分样品扩增的结果
1.5.2 数据的统计 利用SPSS120软件对所有个
体进行聚类分析(nearestneighbour);利用 POP
GENE32软件对各居群计算参数:Nei’s基因多样化
性指数(H)、Shannon’表型指数(I)、群体分化系数
(Gst)、多态性条带百分率(PPB)、观测等位基因数
(Na)、有效等位基因数(Ne)、群体总基因多样性
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(Ht)、群体内基因多样性(Hs)、Nei’s遗传距离和遗
传一致度。并根据 Nei’s遗传距离利用 UPGMA法
分析各群体及雷公藤属下4个种(类型)间的遗传
分化关系。
图2 引物S11对部分样品扩增的结果
2 结果与分析
共检测到128个位点,其中123个为多态性位
点,占9609%。利用 SPSS120软件对所有个体
进行聚类分析结果(图 3)与利用 POPGENE32软
件分析得到的居群聚类结果(图4)具有较好的一
致度。
图3 24个居群UPGMA聚类图
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图4 110个个体聚类图
2.1 个体和居群间的遗传关系分析 根据居群的
聚类图谱(图3),整个群体分为明显的3个部分:东
北雷公藤1个居群明显地与其他居群分开;4个昆
明山海棠居群聚在一起;而所有包括雷公藤和中间
类型的19个居群则形成一个以浙江产雷公藤7个
居群为核心的大群体。在这个大群体中,浙江产典
型雷公藤聚为一体,部分浙江产中间类型聚在一起,
并与浙江产典型雷公藤接近,其他浙江产中间类型
的位置则比较分散,安徽、江西、福建等地的中间类
型聚为一体,另外湖北通城产典型雷公藤也聚在此
处。这表明中间类型和雷公藤的遗传关系较昆明山
海棠密切,中间类型呈现较雷公藤复杂的遗传多样
性,不同的中间类型居群与雷公藤的关系远近不同。
在以个体为单位的聚类图(图4)中,每个居群
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的5个个体一般聚在一起,表明居群内的遗传一致
度大于居群间,但属于中间类型的江西萍乡(PX)
191和浙江缙云2(JY2)36与各自居群的其他个体
分开,也与雷公藤和中间类型的其他个体分开,表明
这2个居群遗传的多样性程度比较高;另外浙江产
的雷公藤的 9个居群中除苍南(CNAN)的 5个个
体、义乌(YW)5个个体、松阳1(SY1)2个个体明
显聚在一起外,其余居群的个体遗传关系则交联在
一起,表明浙江境内的雷公藤由于取样密集,居群间
没有形成明显的分化,而分布于浙江境内高海拔地
区的中间类型则居群内较为一致,居群间分化明显,
尤其是来自于同一地区的松阳的2个雷公藤(SY1)
和中间类型居群(SY2)相距较远,各自聚为一体后
与相应的类型聚在一起。
2.2 遗传多样性分析 在所有样本中,Nei’s基因
多样性指数 H=1961,Shannon’s表型指数 I=
1489;除去东北雷公藤1个居群,Nei’s基因多样
性指数 H=1930,Shannon’s表型指数 I=0449。
在所有典型昆明山海棠居群中,居群内多态位点百
分率在2422%~3594%,其中江西遂川居群多态
性位点最高。在所有典型雷公藤居群中,居群内多
态位点百分率在391% ~1953%,其中通城居群
多态性为点最高。在所有中间类型居群中,居群内
多态位点百分率在859% ~2737%,其中黄山居
群最高。东北雷公藤只有一个居群,其居群内多态
位点百分率为1953%(表3)。
表3 各个居群内部遗传多样性分析
类型 居群 居群代号 采样数
Nei’s观测等
位基因数
Na
Nei’s数有效等
位基因
Ne
Nei’s基因
多样性

Shnnon’s
表型指数

多态位点
百分率
PPB/%
昆明山海棠 遂川 JGS 5 13594 12220 01285 01919 3594
  昆明 KM 5 12734 11476 00886 01354 2734
  新宁 XN 5 13047 11894 01097 01637 3047
  雷山 LSH 5 12422 11636 00922 01358 2422
雷公藤   通城 TC 5 11953 11415 00777 01131 1953
  莲都 LD 5 11172 10853 00466 00677 1172
  苍南 CNAN 5 10938 10648 00362 00531 938
  乐清 LQ 5 11719 11335 00726 01045 1719
  义乌 YW 5 11484 10913 00529 00792 14.84
  松阳1 SY1 2 10391 10276 00162 00236 391
  缙云1 JY1 3 11328 10979 00545 00793 1328
  云和 YH 5 11641 11148 00645 00944 1641
中间类型  开化 KH 5 11250 10742 00437 00658 1250
  江山 JSH 5 11250 10712 00419 00634 1250
  松阳2 SY2 3 11016 10722 00407 00596 1016
  缙云2 JYI2 2 11953 11381 00809 01181 1953
  景宁 JN 5 11562 10994 00561 00834 1562
  遂昌 SCH 5 11719 11153 00646 00952 1719
  庆元 QY 5 12109 11462 00826 01211 2109
  武义 WY 5 10859 10498 00290 00437 859
  黄山 HS 5 12734 12080 01143 01651 2737
  萍乡 PX 5 12969 11828 01057 01580 2669
  泰宁 TN 5 11250 10848 00488 00719 1250
东北雷公藤 通化 DB 5 11953 11419 00788 01147 1953
2.3 遗传分化分析 根据总的基因多样性(Ht)和
群体内遗传多样性(Hs)计算不同群体的分化水平
(Gst)(表4)。
昆明山海棠各居群总的基因多样度(Ht)
02377,居群内遗传多样度(Hs)01011,居群间分
化指数(Gst)05746;中间类型基因多样度(Ht)
02432,居群内遗传多样度(Hs)00644;典型雷公
藤各居群总的基因多样度(Ht)01522,居群内遗
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   表4 不同群体的遗传分化分析
类型 采样数
总基因多样性
Ht
居群内基因多样性
Hs
基因分化系数
Gst
昆明山海棠 20 02377±00357 01011±00092 05746
中间类型  50 02432±00323 00644±00040 07352
雷公藤   35 01522±00311 00545±00074 06422
传多样度(Hs)00545,居群间分化系数(Gst)
06422。
3 讨论
根据形态特征,中间类型的叶子背后存在少量
白粉或无白粉,叶大小、花及花序的大小等也居于雷
公藤和昆明山海棠之间,茎藤的颜色、果体特性与昆
明山海棠较为接近。但是在遗传关系上,中间类型
与雷公藤更为接近,但与雷公藤又有分化,由于中间
类型的存在,昆明山海棠与雷公藤的种间界限模糊,
叶被白粉有无、叶大小等形态特征已经很难将2个
种划分。因此,从分类上建议将雷公藤和昆明山海
棠2个种合并。
除东北雷公藤外的3种类型的居群间的遗传多
样度大于居群内的遗传多样度,居群间分化均明显
高于Hamrick等[4]得出的平均值(02280),表明居
群间已经产生了明显的遗传分化。产生分化的原因
可能是:①雷公藤属植物无性繁殖占主导地位,居群
间基因交流弱化;②各居群间的实际地理距离较大,
例如昆明山海棠 4个居群间的直线距离均在 100
km以上,其余各居群间的直线距离也在50km以
上,阻碍了居群间的基因交流。居群间非常高的分
化提供了丰富的遗传多样性,这也为进一步寻找有
优良品质的种质资源提供了前提。
本研究中发现雷公藤与昆明山海棠各居群拥有
生境和形态的多样性,在各产地有较强的适应能力
和进化潜力,并不处于濒危境地,最主要的威胁应该
是人为造成的生境破坏和滥采滥挖。如湖北通城曾
经是黄石制药厂的原料主要采购地,福建泰宁所产
雷公藤药材历史上被认为质量优良而被大量采收,
化学成分分析根木心中所含的雷公藤甲素的含量也
证实了这点[5]。但现在湖北通城采样都有困难,福
建泰宁目前也已经不能提供大规模的商品支持了。
此外,以前盛产雷公藤的浙江、福建、江西、湖北等其
他一些地区,野生资源也面临枯竭。昆明山海棠各
居群遗传多样性指数普遍较高(表 3),在四川、云
南、贵州、广西、湖南、江西等地均有分布,野生资源
比较丰富,四川德昌、江西遂川,云南大理等地均有
连片几十公顷的野生群落,但由于近年雷公藤制剂
原料产地向这些地方转移,资源也在逐渐破坏。资
源的破坏人为造成生境片段化,并为进行种质的收
集带来困难,因此及时进行种质资源的收集保存,尽
快开展种植栽培化十分迫切。
雷公藤及昆明山海棠作为有巨大开发潜力的中
药品种,要保持其资源的可持续利用,应当加强对其
遗传流失和易危性的监测及就地、迁地保育技术的
研究;要提高当地的保护意识,开发与保护并重,维
持居群的自然更新;同时,开发利用新的药用部位
(藤茎、叶等),实现资源的综合和可持续的利用。
[参考文献]
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卷3分册.北京:科学出版社,1999:178.
[2] 斯金平,阮秀春,郭宝林,等.雷公藤和昆明山海棠形态变异的
研究[J].浙江林业科技,2005,25(1):1.
[3] 郭宝林,刘万水,黄文华,等.影响总 DNA提取因素的探讨
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1992,(6):95.
[5] 黄文华,郭宝林,斯金平,等.雷公藤属3种植物不同群体和个
体雷公藤甲素含量研究[J].中草药,2005,36(7):1065.
RAPDanalysisforgeneticrelationshipanddiversityofthreespecies
ofgenusTripterygium
LIUWanshui1,GUOBaolin2,HUANGWenhua2,SIJinping3
(1.InstituteofMedicinalPlantDevelopment,ChineseAcademyofMedicalSciencesandPeking
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    中 国 中 药 杂 志
ChinaJournalofChineseMateriaMedica
       
Vol.32,Issue 16
August,2007
UnionMedicalColege,Beijing100094,China;
2.BeijingUniversityofTraditionalChineseMedicine,Beijing100102,China;
3.ZhejiangForestryColegeResearchCentreforNaturalPharmacology,Lin’an323000,China;)
[Abstract] Objective:Tostudythegeneticrelationshipanddiversityof3specieswhichbelongtoTripterygium.Method:
Sampleswerecolectedanddividedinto4types:typicalT.wilfordi,typicalT.hypoglaucumandtheirmiddletypeaccordingtomor
phologicalcharacters,andT.regeli.RAPDmarkerswereusedtomeasurethegeneticrelationshipanddiversityof110individuals
from22naturalpopulationsinChina.ResultandConclusion:10primerswereselectedfrom100onesscreened.Atotalof128bands
werescoredand123ofthemwerepolymorphic.Clusteranalysisindicatedthatalthesamplescouldbedividedinto3parts:5individ
ualsfromT.regeligatheredcloselyandwereseparatedfromotherpopulationandformedsinglebranch.Al4populationsfromT.hy
poglaucumgathereddirectly.ThemiddletypeshowedanearerrelationshipwithT.wilfordithanwithT.hypoglaucum,althoughthere
wasgeneticdiferentiationbetweenpopulationsfrommiddletypeandthosefromT.wilfordi.Themiddletypehasmorediversitythan
T.wilfordi.ThedistancebetweendiferentmiddletypepopulationsandT.wilfordiwasdiferent.Theexistenceofmiddletypepopu
lationsbetweenT.wilfordiandT.hypoglaucumsuggestedthatthe2speciesshouldbecombinedintoonespecies.Consideringal
populationsexceptT.regeli,thegenericdiferentiationamongpopulationswassignificantandthegeneticdiversityexistedmainlya
mongdiferentpopulations.SosamplesofTripterygishouldbecolectedfromdiferentppopulationsforthereservationofthegeneticdi
versity.
[KeyWords] Tripterygiumwilfordi;T.hypoglaucum;middletype;RAPD;geneticrelationship;geneticdiversity
[责任编辑 张宁宁]
[收稿日期] 20060914
[基金项目] 安徽省“十五”二期重点项目(03013003);郑州轻
工业学院博士基金资助
[通讯作者] 薛建平,Tel:(0371)63627070,Email:xuejp2000
@yahoo.com.cn
怀姜试管姜诱导技术的研究
薛建平1,2,黄月琴2,张爱民2
(1.郑州轻工业学院 食品与生物工程学院,河南 郑州 450002;
2.淮北煤炭师范学院 生物系,安徽 淮北 235000)
[摘要] 目的:以清化姜脱毒苗为材料,研究不同浓度的蔗糖,NAA,PP333,6BA对试管姜诱导的影响。方法:
采用正交实验方法配制成不同的培养基。结果与结论:蔗糖是试管姜形成的主要影响因素,PP333,NAA次之,6BA
则抑制试管姜的形成。诱导试管姜的适宜培养基为MS+NAA10mg·L-1+PP33302mg·L
-1+8%蔗糖。
[关键字] 姜;试管姜;组织培养;正交实验
[中图分类号]S567 [文献标识码]A [文章编号]10015302(2007)16162104
  姜ZingiberoficinaleRosc.为多年生单子叶草本
植物,以地下根状茎入药,具有发汗解毒、温中止吐、
抗晕止咳等功效。近年研究表明,姜具有降血脂、抗
肿瘤、抗氧化作用[1]。河南怀姜也叫清化姜、上庄姜,
已有1700多年的栽培历史,它块大皮薄、丝细肉腻、
香辣浓郁宜口,百煮不烂,畅销于华北、东北、西北诸
省及东南亚和欧美市场[2]。但由于怀姜生产上长期
采用根状茎进行无性繁殖和栽培,病毒[3,4]、病菌[5]
易在体内积累,导致生长势衰退,品种退化,产量品质
下降,病毒病、癞皮病以及姜瘟病发生日趋严重,成为
制约怀姜生产的重要因素。通过姜茎尖脱毒技术,以
上问题已能得到有效地解决[6],但姜脱毒苗移栽成活
率低、育苗周期长、运输不便利,从而大大限制了其在
生产上的推广[7]。近年来,随着植物生物技术的发
展,人们先后在试管中诱导出了半夏[8]、马铃薯[9]、
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第32卷第16期
2007年8月
         
    中 国 中 药 杂 志
ChinaJournalofChineseMateriaMedica
       
Vol.32,Issue 16
August,2007