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Genetic diversity of podocarpus by SCoT markers

罗汉松遗传多样性的SCoT分析



全 文 :广 西 植 物 Guihaia 32(1):90-93                       2012年1月 
DOI:10.3969/j.issn.1000-3142.2012.01.018
罗汉松遗传多样性的SCoT分析
韦泳丽1,何新华1,2*,罗 聪1,陈 虎1
(1.广西大学,南宁530004;2.广西作物遗传改良与生物技术重点实验室,南宁530007)
摘 要:采用SCoT分子标记技术对8份罗汉松种质材料进行遗传多样性研究。结果表明,从80条引物中筛
选出10条重复性好、条带清晰的引物进行PCR扩增,共产生136条带,其中多态性带122条(占88.97%),8
个罗汉松种质间的遗传相似系数范围在0.39~0.80说明罗汉松的遗传多样性丰富。利用UPGMA进行系统
的聚类分析显示,将8份罗汉松材料分为2大类;主成分分析结果与聚类分析结果相一致。可见,利用SCoT
分子标记可有效的分析罗汉松种质资源的遗传多样性,为罗汉松种质亲缘关系的鉴别和分类提供理论依据。
关键词:罗汉松;SCoT;遗传多样性;聚类分析
中图分类号:Q949.66  文献标识码:A  文章编号:1000-3142(2012)01-0090-04
* Genetic diversityof podocarpus bySCoT markers
WEI Yong-Li 1,HE Xin-Hua1,2*,
LUO Cong1,CHEN Hu1
(1.Guangxi University,Nanning 530004,China;2.Guangxi Crop Genetic Improvement and Biotechnology
Laboratory,Guangxi Academy of Agricultural Sciences,Nanning 530007,China)
Abstract:The genetic diversity of 8podocarpus germplasms was analyzed by SCoT markers.The results showed that
a total of 136bands were produced by 10primers,of which 122bands(88.97%)were polymorphic,and the genetic
similarity coefficients were between 0.39-0.80.So there were comparatively great genetic diversity among the pod-
ocarpus germplasms.A cluster analysis conducted with UPGMA also showed that the 8podocarpus germplasms
could be classified into 2groups.The result of principal component analysis(PCA)was the same as the results of
UPGMA cluster analysis.SCoT markers can be effectively used to evaluate the genetic diversity of podocarpus germ-
plasms,thus providing a theoretical foundation for the identification and classification of podocarpus germplasms.
Key words:docarpus;SCoT;genetic diversity;cluster analysis
  目标起始密码子多态性分子标记(start codon
targeted polymorphism,SCoT)作为一种有效的目
的基因分子标记技术可用于遗传多样性和亲缘关系
研究,已在水稻(Colard等,2009)、花生(熊发前等,
2010)、龙眼(陈虎等,2009)、芒果(Luo等,2010;
2011)等植物上得到应用,目前尚未见有SCoT分子
标记在林木上应用的研究报道。罗汉松类植物是裸
子植物中引人注目的类群,有关罗汉松类植物与竹
柏类植物的系统发育分类地位目前仍然存在争论。
为此,本试验以8份罗汉松种质为试材,利用SCoT
分子标记技术探讨了罗汉松种质遗传多样性以及罗
汉松类植物与竹柏类植物的亲缘关系,以期为进一
步探讨罗汉松类与竹柏类植物的分类提供科学
依据。
* 收稿日期:2011-07-28  修回日期:2011-11-04
基金项目:国家科技部农业科技成果转化项目 (2010GB2E100361);广西科学研究与技术开发项目 (桂科攻0992011-12,桂科转0998001-23)
[Supported by the National Agricultural Science and Technology Achievements Extension Foundation of State Science and Technology Commission
(2010GB2E100361);Scientific Research and Technology Development of Guangxi(GKG0992011-12,GKZ0998001-23)]
作者简介:韦泳丽(1988-),女,在读硕士生,研究方向为林木遗传育种,(E-mail)weiyongli927@163.com。
*通讯作者:何新华,男,教授,研究方向为果树(林木)种质资源与种质创新,(E-mail)honest66222@163.com。
1 材料与方法
1.1材料及其来源
从贵港市科隆农林高新技术开发有限公司罗汉
松资源圃中采集8份罗汉松种质资源的幼叶迅速置
于液氮中带回实验室,放在-80℃冰箱中保存(表1)。
表1 罗汉松实验材料
Table 1 Podocarpus germplasmused for SCoT analysis
实验材料 拉丁名 引种来源
竹柏 P.nageia 广东
兰屿罗汉松 P.costalis 台湾
台湾罗汉松 P.makaii 台湾
短叶罗汉松 P.macrophyllus var.maki 云南
罗汉松 P.macrophyllus 广西北海
狭叶罗汉松 P.macrophyllus var.angustitolius 广东
小叶罗汉松 P.wangli 广西贵港
珍珠罗汉松 P.brevifolius 广西融水
1.2试剂
实验用的SCoT分子标记1-36号引物序列参
照Colard等(2009)设计的引物合成,37-80号引物
参照Luo等(2010)设计的引物合成,所有引物由上
海生工合成,琼脂糖和dNTPs购于上海生物工程,
rTaqDNA聚合酶和DL2000Marker购于杭州博日
科技有限公司。
1.3实验方法
1.3.1DNA提取与检测 采用改良的CTAB法(陈
虎等,2009)提取罗汉松DNA,步骤如下:取0.5g
叶片加少量PVP用液氮研磨后,装入加有800μL
2%CTAB提取液(65℃预热)的2mL离心管,65
℃水浴1h,加入等体积的氯仿∶异戊醇(24∶1)混
匀,12 000r/min离心10min;取上清液,加入等体
积氯仿∶异戊醇混匀,12 000r/min离心10min;收
集上清液,加入等体积的异丙醇,放入-30℃沉淀20
min,12 000r/min 4℃离心10min;弃上清,用75%
乙醇冲洗2~3次,自然晾干,加TE溶解DNA,琼
脂糖凝胶电泳检查DNA完整性,同时用紫外分光
光度计检测DNA质量和浓度,稀释至50ng/μL。
1.3.2PCR扩增 SCoT 扩增反应体系为:模板
DNA(50ng/μL)1.0μL、10×Buffer(含 Mg
2+)
2.5μL、10μmol/L dNTP 0.5μL、rTaqDNA聚合
酶(5U/μL)0.4μL、10μmol/L引物1μL,加水至
25μL。PCR 扩增反应在 Biometra Tprofessional
PCR仪上进行,扩增程序为94℃预变性4min;95
℃变性50s,50℃退火1min,72℃延伸2min,共
36个循环;最后72℃延伸10min。扩增反应结束
后,取6μL扩增产物在1.8%琼脂糖凝胶中电泳,
电泳缓冲液为1×TAE,EB染色后,利用凝胶成像
系统拍照。
1.3.3数据统计及分析 应用GIs-2010凝胶成像
系统进行电泳谱带检测,手工检带除去因胶板上亮
点及点样孔所引起的计算机误检。清晰可辨的电泳
条带全部用于统计分析,按扩增条带的有无记数,当
某一扩增带出现时,赋值为“1”,不存在时赋值为
“0”。根据Nei-Li(Nei等,1979)相似系数法分别计
算各种质资源的遗传相似系数和遗传距离,聚类用
不加权组平均法(UPGMA)(Sneath等,1973)进行。
用NTSYS-pc(Rohlf,1998)软件将遗传相似系数进
行Dcenter数据转化,求其特征量和特征向量,生成
主坐标三维图,进行主坐标分析。
图1 SCoT 73号引物扩增结果
Fig.1 Electrophoresis pattern amplified
with primer SCoT 73
M:DL2000Marker;泳道1-8:竹柏,兰屿罗汉松,台湾罗汉松,
短叶罗汉松,罗汉松,狭叶罗汉松,小叶罗汉松,珍珠罗汉松。
M:DL2000 Marker;1-8:P.nageia,P.costalis,P.makaii,P.
macrophyllus var.maki,P.macrophyllus,P.macrophyllus var.
angustitolius,P.wangli,P.brevifolius.
2 结果与分析
2.1SCoT多态性分析
从80条SCoT分子标记引物中筛选出10条用
于罗汉松的多态性分析,结果见图1和表2。10条
引物共扩增出136条DNA带;每条引物扩增的条
带数在10~18条之间,平均每条引物扩增出13.6
条带,条带大小为350~3 000bp;10条引物扩增产
生的多态性条带为122条,这10条引物平均多态性
为88.97%,引物9、47、73、75号的PCR扩增产物
191期            韦泳丽等:罗汉松遗传多样性的SCoT分析
多态性达100%,能将所有供试样品分开,这4条引
物可作为鉴定这些罗汉松资源的特异标记引物,引
物74号的多态性最低,也达到了75%,说明罗汉松
种质之间多态性非常高。
2.2罗汉松种质间遗传相似性分析
用NTSYS软件计算罗汉松种质间的Jaccard
遗传相似系数(表3)。表3结果表明:8个罗汉松种
质间的遗传相似系数范围在0.39~0.80,平均遗传
相似性系数为0.60。其中兰屿罗汉松与台湾罗汉
松的遗传相似性系数为0.80,狭叶罗汉松与罗汉
松、小叶罗汉松与狭叶罗汉松的相似性系数分别为
0.73、0.72,说明它们之间的亲缘关系很近。而竹柏
与其他种质间的遗传相似性系数小,在0.39~0.48
之间,说明竹柏与其他罗汉松种质的亲缘关系较远,
表2 SCoT分析所用引物序列及扩增结果
Table 2 The primer sequences and amplified results of ScoT analysis
引物编号
SCoT
Primer ID
引物序列
Primer sequence
(5′-3′)
总条带数
Total No.of
amplified bands
多态性带数
No.of polymorphism
bands
条带大小
(bp)
多态带百分率(%)
Percentage of
polymorphism bands
9 CAACAATGGCTACCAGCA  14  14  600-2400  100
47 ACAATGGCTACCACTGCC  16  16  500-3000  100
48 ACAATGGCTACCACTGGC  12  10  400-2300  83.3
70 ACCATGGCTACCAGCGCG  12  10  400-2400  83.3
71 CCATGGCTACCACCGCCG  17  14  350-3000  82.3
72 CCATGGCTACCACCGCCC  14  12  400-2300  85.7
73 CCATGGCTACCACCGGCT  18  18  400-2300  100
74 CCATGGCTACCACCGGCA  12  9  500-2400  75
75 CCATGGCTACCACCGGAG  11  11  1000-2400  100
77 CCATGGCTACCACTACCC  10  8  800-2700  80
平均 Mean  13.6  12.2  88.97
合计Total  136  122  350-3000
表3 罗汉松种质间的Jaccard遗传相似系数
Table 3 Jaccard’s genetic similarity coefficient of 8 Podocarpus germplasm
竹柏
P.nageia
兰屿罗汉松
P.costalis
台湾罗汉松
P.makaii
短叶罗汉松
P.macrophyllus
var.maki
罗汉松
P.macro-
phyllus
狭叶罗汉松
P.macrophyllus
var.angustitolius
小叶罗汉松
P.wangli
珍珠罗汉松
P.brevifolius
竹柏P.nageia  1.00
兰屿罗汉松
P.costalis
0.48  1.00
台湾罗汉松
P.makaii
0.44  0.80  1.00
短叶罗汉松
P.macrophyllus
var.maki
0.43  0.55  0.55  1.00
罗汉松
P.macrophyllus
0.41  0.55  0.53  0.51  1.00
狭叶罗汉松
P.macrophyllus
var.angustitolius
0.46  0.65  0.62  0.62  0.73  1.00
小叶罗汉松P.wangli 0.39  0.64  0.58  0.65  0.69  0.72  1.00
珍珠罗汉松
P.brevifolius
0.40  0.56  0.45  0.57  0.61  0.64  0.68  1.00
 
遗传差异较大。
2.3亲缘关系分析
根据遗传相似系数,采用UPGMA法构建了罗
汉松种质间的遗传关系聚类图(图2)。从图2可以
看出,以相似系数0.43来划分,可将8个罗汉松种
质分为A、B两类,竹柏单独归为A组,其它7个罗
汉松类种质归为B组。在B组中,若以相似系数
0.64划分,又可以将B组进一步分为3个亚组,兰
屿罗汉松和台湾罗汉松归为B1组,短叶罗汉松为
B2组,罗汉松、狭叶罗汉松、小叶罗汉松和珍珠罗汉
29 广 西 植 物                  32卷
松归为B3组。
2.4主坐标分析
利用8份罗汉松种质的遗传相似性系数进行主
坐标分析,绘制三维散点图(图3)。从主坐标图可
看出,8份种质被分为4组,第1组为竹柏,位于主
坐标图的右方,第2组为兰屿罗汉松和台湾罗汉松,
第3组为短叶罗汉松,第4组为罗汉松、狭叶罗汉
松、小叶罗汉松和珍珠罗汉松,其中第2、3、4组距离
相对较近,它们与第1组距离较远,主坐标分析结果
显示,竹柏与罗汉松在分子水平上表现出了较大的
遗传差异。
图2 罗汉松种质资源SCoT分子聚类分析
Fig.2 UPGMA Dendrogram of 8 Podocarpus
germplasms based on SCoT Markers
  比较主坐标分析结果与系统聚类分析结果可以
看出,2种方法反映出的遗传关系基本一致。但是,
主坐标分析可以从不同方向、不同层面更加直观地
显示各品系间的关系。
3 结论与讨论
SCoT分子标记作为一种基于PCR 技术的新
型分子标记,具有操作简单、引物具有通用性、成本
低廉、多态性高、可获得丰富的遗传信息等诸多优点,
能更好地反映物种的遗传多样性和亲缘关系(Col-
lard,2009)。同时,SCoT分析标记是的ISSR、RAPD
技术的有效补充,而作为目的基因标记,SCoT分子标
记为研究人员提供了除SRAP、TRAP等标记外一种
能跟踪性状的新分子标记技术(熊发前,2010)。所以
其在罗汉松分类上具有一定的可靠性。
有关竹柏类分类地位存在不同的意见。Stiler
(1912)把竹柏类植物作为裸子植物中的新属
图3 罗汉松种质资源主坐标分析三维散点图
Fig.3 Dimensions plot of the principal coordiate
analysis of Podocarpus germplasms
Nageia;De Laubenfels(1969)修订罗汉松科时,把
竹柏类列为独立的一个属,但将属名改为Decusso-
carpus,1987修订时恢复使用Nageia属名而把De-
cussocarpus作为该属的新异名;Page(1988)确认
Nageia属名的合法性,认为该属的主要特征为具独
特的宽大多脉叶和分枝的生殖器官构造,并指出该
属为极自然的类群。吴征镒等(2004)根据叶无中脉
而具多数近平行细脉和雌性生殖器官接近原始的枝
条状结构,把竹柏属从罗汉松科中独立出来建立单
属新科竹柏科(Nageiaceae)。郑万钧等(1978)在
《中国植物志》中将竹柏类植物置于罗汉松科
(Podocarpaceae)罗汉松属(Podocarpus)的竹柏组
(sect.Nageia)内;苏应娟等(1988)的 RAPD研究
结果认为竹柏类植物应保留在罗汉松属植物中。
本研究利用SCoT分子标记对8种罗汉松的遗
传多样性进行了研究分析,总结为以下两点:(1)10
条SCoT 分子标记引物对全部罗汉松品种模板
DNA进行PCR扩增,共扩增出136条稳定的DNA
条带,其大小为350~3 000bp,73号引物扩增出的
清晰条带最多,为18条;引物77扩增出的条带最
少,仅有10条。10个引物的多态性在75%以上,平
均多态性带数百分率为88.97%,说明各材料具有
丰富的遗传多样性。(2)SCoT分析在罗汉松资源
中的遗传关系研究方面是可行的,在遗传距离0.43
为阀值时可以分为A、B两大组,A组为竹柏属的竹
柏,其余罗汉松属品种为B组。若以遗传距离0.64
为阀值时可以将B组分为3个亚组,B1组为兰屿罗
(下转第62页Continue on page 62)
391期            韦泳丽等:罗汉松遗传多样性的SCoT分析
敏感,在不同群落中的重要值存在着较大的差异。
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16-22
(上接第93页Continue from page 93)
汉松和金砖罗汉松;B2组为米叶罗汉松;B3组为贵
妃罗汉松、中叶罗汉松、小叶罗汉松和珍珠罗汉松。
本研究结果显示竹柏与罗汉松属的其他种质在
分子水平上表现出较大的遗传差异,它们可能属于不
同的属,因此建议将竹柏类植物单独作为一个属从罗
汉松属中独立出来。
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