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基于nrDNA ITS序列的枣属植物亲缘关系分析



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基于nrDNA ITS序列的枣属植物亲缘关系分析
王小国
(三门峡职业技术学院,河南 三门峡 472000)
摘要:为了探讨枣属(Ziziphus Mil.)各种间的亲缘关系,以近缘属枳椇为外类群,用ClustalX2.1对枣属下31个种和1
个外类群的ITS区进行了序列比对,利用 MEGA软件中 Kimura双参数模型计算种间遗传距离,并运用PAUP和
MEGA等软件构建了系统发育树,结果表明:蜀枣、山枣和大果枣间、枣和酸枣间、毛脉枣、无瓣枣和褐果枣间的遗传距
离较小,枣属内平均遗传距离为0.107;种间核苷酸序列相似性为83.4%,核苷酸中平均G+C含量为63.7%;系统发育
树显示毛果枣、小果枣、Z.calophylla为1个进化枝,大果枣、山枣和蜀枣为1个进化枝,酸枣和枣为1个进化枝,毛脉
枣、无瓣枣和褐果枣为1个进化枝,Z.parryi和Z.celata为单独一个进化枝,bootstrap支持率达99%~100%。
关键词:枣属;nrDNA;ITS序列;系统发育树;亲缘关系
中图分类号:S665.1;S718.3  文献标识号:A  文章编号:1671—4938(2015)08—0015—04
DOI:10.13456/j.cnki.lykt.2015.08.004
枣属(Ziziphus Mil.)为鼠李科(Rhamnaceae)灌
木或乔木,具有良好地经济、生态和药用价值。枣果
可食用、药用;枣蜜质优;枣木木质坚硬,纹理细密,是
雕刻和制作家具的优良木材[1]。此外,枣的适应性
强,耐瘠薄,防风固沙,是优良的水土保持树种。据统
计,全世界枣属约有170种(Islam,M.B.,2006),其
中,枣(Z.jujuba)和滇刺枣(Z.mauritiana)是2种
广泛栽培的经济植物,但一直以来在枣属属下分类和
系统地位问题上比较混乱。
核核糖体DNA(Nuclear ribosome,nrDNA)是核
基因组中编码核糖体RNA的DNA,高度保守的编码
区序列(18S、5.8S、26S)适用于高分类阶元的系统发
育研究,而内转录间隔区(Internal transcribed spacer,
ITS)由于进化速度较快,可用于较低分类阶元的系统
发育和群体遗传学研究[2-3]。近年来,ITS序列已在
多种植物的种间系统发育研究中得到了应用,如桃、
李、梅、杏等核果类[4]、忍冬属[5]、苹果[6]和 Miscant-
hus sinensis[7]等。本文根据NCBI网站上获取的ITS
序列(包括部分18S核糖体RNA基因、ITS1、5.8S全
序列和部分ITS2),以近缘属枳椇(Hovenia acerba
L.)为外类群,对枣属属下31个种(因序列提交者不
同,部分种有重复)进行了序列比对和系统发育树构
建,以探讨枣属各种之间的亲缘关系,为枣属的分类
和系统进化研究提供参考。
1 材料和方法
1.1 ITS序列片段的获取
从NCBI网站上获取截至目前为止所有枣属(31
个种)以及枳椇的ITS序列,分别以Fasta格式保存,
并通过DOS下Copy命令将所有文件保存在一个文
件中,ITS序列的登录号、长度等信息见表1。
表1 枣属31个种和外类群的ITS序列信息
序号 种名 拉丁名 Genebank登录号 序列长度/bp 作者/国家
1 毛果枣 Z.attopensis  EU075099  611 Peng,J./中国
2 滇刺枣 Z.mauritiana  EU075098  601 Peng,J./中国
3 滇刺枣 Z.mauritiana  DQ146589  642 Islam,M.B./美国
4 滇刺枣 Z.mauritiana  KC155275  644 Singh,S.K./印度
5 皱枣 Z.rugosa  EU075097  605 Peng,J./中国
6 皱枣 Z.rugosa  DQ146601  690 Islam,M.B./美国
7 印度枣 Z.incurva  EU075096  603 Peng,J./中国
8 褐果枣 Z.fungii  EU075095  604 Peng,J./中国
9 无瓣枣 Z.apetala  EU075094  602 Peng,J./中国
作者简介:王小国(1977-),硕士,讲师,主要从事植物遗传育种
研究。
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序号 种名 拉丁名 Genebank登录号 序列长度/bp 作者/国家
10 毛脉枣 Z.pubinervis  EU075093  601 Peng,J./中国
11 大果枣 Z.mairei  EU075092  605 Peng,J./中国
12 山枣 Z.montana  EU075091  604 Peng,J./中国
13 蜀枣 Z.xiangchengensis  EU075090  603 Peng,J./中国
14 酸枣 Z.acidojujuba  EU075089  605 Peng,J./中国
15 酸枣 Z.acidojujuba  DQ146572  690 Islam,M.B./美国
16 枣 Z.jujuba  EU075088  605 Peng,J./中国
17 枣 Z.jujuba  DQ146578  690 Islam,M.B./美国
18 枣 Z.jujuba  FJ593183  729 Daniel,C./德国
19 小果枣 Z.oenoplia  DQ146598  696 Islam,M.B./美国
20 枳椇 H.acerba  KP093127  722 Liu,J./中国
21 — Z.spina-christi  KF815517  653 Khan,S./沙特阿拉伯
22 — Z.spina-christi  DQ146604  670 Islam,M.B./美国
23 — Z.yucatanensis  JN900308  641 Islam,M.B./美国
24 — Z.parryi  JN900303  669 Islam,M.B./美国
25 — Z.thyrsiflora  DQ146606  679 Islam,M.B./美国
26 — Z.taylori  DQ146605  678 Islam,M.B./美国
27 — Z.mexicana  JN900310  638 Islam,M.B./美国
28 — Z.obtusifolia  DQ146596  669 Islam,M.B./美国
29 — Z.mucronata  DQ146593  688 Islam,M.B./美国
30 — Z.mistol  DQ146591  652 Islam,M.B./美国
31 — Z.lotus  DQ146587  673 Islam,M.B./美国
32 — Z.horsfieldii  DQ146586  662 Islam,M.B./美国
33 — Z.guatemalensis  DQ146585  673 Islam,M.B./美国
34 — Z.glabrata  DQ146583  669 Islam,M.B./美国
35 — Z.celata  DQ146582  683 Islam,M.B./美国
36 — Z.calophylla  DQ146580  679 Islam,M.B./美国
37 — Z.amole  DQ146579  678 Islam,M.B./美国
38 — Z.lloydii  JN900313  671 Islam,M.B./美国
1.2 序列比对和系统发育树构建
利用Clustal2.1[8]对ITS序列进行比对,以.aln
格式文件保存,删除冗余序列后,DnaSP软件(Rozas
et al,1995)计算核苷酸多态性 Pi和单倍型多样性
Hd。MEGA软件(Tamura et al,2013)[9]Kimura-2-
Parameter Model下计算各种的种间遗传距离,采用
最大简约法(Maximum parsimony method,MP)构建
系统发育树,PAUP version4.0b10软件[10]构建 MP
树,空位作缺失处理,采用启发式搜索,Bootstrap检验
分支可信度,1 000次重复,Treeview软件中观察、输
出结果,Adobe ilustrator CS5进行图片处理。
2 结果及分析
2.1 枣属内种间遗传距离
DnaSP统计结果显示,共有38条序列633个核
苷酸参加了比对,简约信息位点160个,单倍型多态
性 Hd 为0.990,核苷酸多样性较高,Pi 值为0.097。
MEGA软件 Kimura-2-Parameter Model下计算出来
的种间遗传距离表明:这31种枣的平均遗传距离为
0.107,蜀枣、山枣和大果枣间、枣和酸枣间、毛脉枣、
无瓣枣和褐果枣间的遗传距离较小,外类群枳椇与枣
属大部分种间的遗传距离较大,但与 Z.celata 和
Z.parryi间的遗传距离较小。
2.2 枣属各种构建的系统发育树
MEGA和PAUP中采用最大简约法构建的系统
发育树分别如图1和图2所示。
从 MEGA和PAUP所构建的系统发育树来看,
这2种软件构建的 MP树基本一致,2棵树ITS序列
的拓扑结构均表明:酸枣和枣亲缘关系较近,聚为一
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注:分支上/下数值表示自举检验支持率(%)。
图1 最大简约法构建的 MP树(MEGA)     图2 最大简约法构建的 MP树(PAUP)
类,bootstrap支持率为100%;大果枣、山枣和蜀枣聚为
一类,得到98%~99%的靴带支持率;毛脉枣、无瓣枣
和褐果枣聚为一类,bootstrap支持率为99%~100%;
毛果枣、小果枣和Z.calophylla聚为一类,表明其亲缘
关系较近;皱枣和印度枣聚为一类;滇刺枣、Z.spina-
christi和Z.glabrata聚为一类,获得99%~100%的置
信支 持 率;总 体 上 看,Z.mistol、Z.thyrsiflora、
Z.guatemalensis、Z.taylori、Z.amole、Z.yucatanensis、
Z.mexicana、Z.obtusifolia、Z.lloydi、Z.parryi 和
Z.celata11个种聚为一大类,但Z.parryi和Z.celata为
单独一个进化枝。
3 讨论
3.1 大果枣和山枣的亲缘关系
ITS序列多用于种间亲缘关系研究中[11-13],本文
对枣属属下31个种的ITS进行了序列比对和系统发
育树的构建,结果表明大果枣、蜀枣和山枣、枣和酸
枣、毛脉枣和无瓣枣间的亲缘关系较近。大果枣在外
形上具有球形的大核果,与山枣的外形非常相似,区
别点仅在于幼枝无毛,内果皮厚。因此无论是从外观
形态,还是从遗传距离及所构建的系统发育树的进化
枝来看,都说明二者的亲缘关系比较近。
3.2 枣和酸枣的亲缘关系
在我国一直以来就有把酸枣作为砧木嫁接枣
的栽培措施[14],体现了我国劳动人民的智慧,也客
观上反映出二者的亲缘关系是比较近的。赵志浩
等[15]对灰枣和酸枣叶绿体trnL-trnF序列的分析
结果显示,灰枣和酸枣trnL-trnF序列的相似性
达94.78%。
关于二者的系统进化关系,近几年的研究结果表
明酸枣是枣的野生种,枣是由酸枣演化而来的[16]。李
瑞环等[17]对我国最早的栽培枣原产地和栽培中心—
晋陕黄河峡谷一带的枣、过渡型酸枣和枣的44份种
质进行了RAPD分析,以探索枣和酸枣在起源地的亲
缘关系,结果表明,酸枣经过过渡型酸枣向枣的演化
是通过多条路径完成,而并非原先所认为的一条
路径。
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3.3 枣属植物和枳椇的形态区别
枳椇,别名拐枣,枳椇属植物,和枣属同为鼠李
科,但二者之间在形态上有着明显的差异。如枣属植
物的叶片具基生三出脉,长3~7cm,宽1.5~4cm。
枳椇的叶片也具基生三出脉,但叶较大,长达8~17
cm,宽为6~12cm。
3.4 Z.celata的系统学地位
Z.celata为弗罗里达生长的一种濒危灌木[18],
由于繁育系统中的不亲和性而导致其遗传多样性很
低[19],Islam[20]通过核核糖体nrDNA的ITS和26S
rDNA 以及叶绿体 trnL-trnF 片段的分析,认为
Z.celata在系统分类学中的地位更接近于Rhamneae,
而不是Paliureae。本文的结果也表明,Z.celata为单
独一个进化枝。当然,要确定其系统地位,除了利用
分子标记来探讨之外,还应结合形态学(包括形态解
剖[21])、孢粉学、化石和染色体等证据和方法进行综合
验证。
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