全 文 ：第 7卷　第2期
2003年 6月
石河子大学学报(自然科学版)
Journal of Shihezi University(Natural Science)
Vol.7　No.2
Jun.2003
文章编号:1007-7383(2003)02-0119-05
同工酶在梨属系统发育分析中的应用

马兵钢1 , 牛建新1 , 冯建荣1 , 刘　艳2 , 覃伟铭3
(1 石河子大学农学院园艺系 , 新疆 石河子 832003;
2 农二师农科所 , 新疆 库尔勒 841000;3 沙依东园艺场 , 新疆 库尔勒 841000)
摘要:对新疆梨属的26 份样本用 POD和 EST同工酶电泳 ,共产生 23 条带 , Nei相似系数为 0.316 ～ 1.000。构建 UPG-
MA、NJ 树 ,对西洋梨系统 、砂梨系统及部分秋子梨系统内品种能较好地确定其位置 ,对新疆梨系统 、白梨系统、部分秋
子梨系统品种及香梨的位置较难确定 ,且各系统之间相似系数亦较高 , bootstrap 支持率较低。
关键词:梨属;同工酶;系谱分析;系统发育
中图分类号:S661.201　　　　　文献标识码:A
　　系统发育是指任何分类单元的起源及进化关系 ,
即世系传递过程所表现出的全部现象。系统发育关
系利用与分类单元一起演化的性状及化石等特征的
分析比较来推断 ,其研究方法是利用这些性状重建生
物类群的演化历史[ 1] 。进化树也称种系树 ,其构建算
法主要分为 2类:独立元素法和距离依靠法。利用同
工酶研究水稻品种的亲缘关系及其地理分布的报道
很多 ,此外 ,在小麦 、黑麦 、小黑麦等麦类作物及玉米 、
糯玉米等作物分类和亲缘关系的研究也很多[ 2～ 5] 。
除以上三大作物外 ,也有报道栽培大豆和野生大豆 ,
其它若干野生和栽培的甜菜 、山羊草 、大白菜 、蚕豆 、
白杆 、辽东栎的同工酶[ 6 ,7]研究。中国是世界梨树主
要原产地之一 ,梨属植物种类较多。由于长期的驯化
栽培 ,品种类型尤其丰实 ,梨属植物种间杂交容易获
得可育的后代 ,因此有关梨属的分类阶元和不同种的
地位安排一直存在争议。
我们将POD和 EST 2种同工酶电泳谱带数据转
换为Nei遗传距离矩阵后 ,分别构建了 UPGMA树和
NJ树 ,利用分子系统学的方法对新疆梨属几个种的
植物分类与物种发生进行了分析 ,为验证目前新疆栽
培广泛的梨属几个种的分类安排 ,推测进化与物种发
生关系及其进一步利用奠定基础。
1　材料与方法
1.1　材料来源
2000年 8月 ,于新疆库尔勒香梨产区库尔勒地区
农二师农科所及沙依东园艺场获得26份样本(表 1),
采其具叶 、芽的一年生新梢 ,分别用液 N及便携无源
冰箱带回实验室分析。
1.2　酶液提取 、凝胶制备 、上样电泳及染色
参照马兵钢[ 8](2001年)方法。
1.3　数据处理
用PHYLIP 3.6[9]软件包进行数据处理 。将酶带
二态数据矩阵根据Nei &Li[ 10](1979年)的方法计算
相关样品间的简单遗传相似系数 I ,
I=2Nij/(Ni+Nj),
其中 N i , Nj 为两样品的总显示带数 , Nij为两样品共
有的显示带数。
距离 D=1-I 。用 neighbor程序Neighbor-Joining
和 UPGMA方法计算系统树 ,bootstraps自展 500次检
验。
收稿日期:2002-12-06
基金项目:新疆兵团科研项目(NKB99SDXNK04NY)
作者简介:马兵钢(1972-),男 ,讲师 ,博士生 ,从事果树生物技术研究。
DOI :10.13880/j.cnki.65-1174/n.2003.02.012
表 1　同工酶分析样品编号
样本 2-06 香梨 2-07 砀山梨 2-11 2-03 2-01 2-04 2-08 新梨2 号 2-02 苹果梨 京白梨
OTU 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
样本 新梨 1号 苍溪梨 石井早生 早酥梨 句句梨 红南果 巴梨 沙 01 新梨 6号 鸭梨 身不知 鸭梨 4倍体 大香水
OTU 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26
2　结果
2.1　酶谱式样
2.1.1　POD同工酶谱带式样　POD同工酶图谱见图
1。根据谱带迁移速度将其分为慢区和快区 2个区 ,
共 12条带 ,其中慢区 6条带:P1 、P2、P3 、P4、P5 、P6 ,快
区 6条带:P7 、P8 、P9 、P10 、P11 、P12。谱带最多的样本
有 10条带 ,为句句梨。谱带最少的样本有 4条带 ,为
石井早生。P2 、P4 、P10三条带为 26份样本的共有带。
图 1　POD同工酶图谱
2.1.2　EST同工酶谱带式样　EST 同工酶图谱见图
2。根据谱带迁移速度将其分为慢区 、中区和快区 3
个区 ,共11条带 ,其中慢区 1条带:E1为共有带 ,中区
5条带:E2 、E3 、E4 、E5 、E6 ,快区 5 条带:E7、E8 、E9 、
E10、E11 ,其中E8 为共有带 。谱带最多的样本有 10
条带 ,为鸭梨。谱带最少的样本有 3条带 ,为苹果梨
和京白梨。E2和 E5 、E6分别为大香水梨和鸭梨的特
异带。
图 2　EST同工酶图谱
2.2　种内与种间的遗传关系
对酶谱式样的分析可知 ,相对而言 ,同一种内的
不同品种间酶谱式样较种间不同品种相似 ,但因为同
工酶位点相对较少 ,所以也存在较大差异的样本偏离
群体。
分别对 POD及 EST 同工酶数据计算系统树可
知 ,树系结果与传统的形态学性状分类结果相去较
远。本实验中将2种同工酶数据合并计算系统树 ,以
增加多态位点 ,其Nei遗传距离如表 2所示。系统树
如图 3 、图4所示。
　　同工酶数据用Nei 遗传距离计算的相似系数在
0.316 ～ 1.000 ,苍溪梨和苹果梨的相似系数最小 ,为
0.316 ,而库尔勒香梨及其几个芽变 、杂种之间相似系
数均在 0.9 ～ 1.0。用NJ法与用 UPGMA法分析的结
果相近 ,但用NJ法分支被 bootstraps自展检验后支持
率较UPGMA法的高。根据树系图 ,西洋梨系统的身
120　　　　　　　　　　　　　　　　　　　石河子大学学报(自然科学版)　　　　　　　　　　　　　　　　　第 7卷
不知和巴梨 ,砂梨系统的石井早生和苍溪梨 ,秋子梨
系统的京白梨和红南果 ,香梨及其芽变 2-06 、2-01 、2-
02 、-03;新梨 2号与2-04之间各自成聚在两个系统树
中均有极高的支持率 。UPGMA 树对 2-07 、2-11与香
梨等成聚有较高的支持率 ,对2-08与新梨2号等成聚
有较高的支持率 ,对沙 01与新梨 6号成聚有较高的
支持率。NJ树对早酥梨与西洋梨系统 、砂梨系统成
聚有较高的支持率 ,对苹果梨与红南果等秋子梨系统
成聚有较高的支持率。此外 ,对新梨 1号 、砀山梨 、大
香水 、鸭梨 、句句梨 、鸭梨 4倍体等 6个品种系统位置
的确定支持率较低 ,且总的来说 ,各类群间的距离均
较近 ,相似系数均较高 ,对种之间系统位置的确定支
持率均较低 ,这一点在UPGMA树上表现尤其明显。
表 2　同工酶的 Nei相似系数矩阵
图 3　同工酶数据用 Nei距离的 UPGMA 树
121　第2 期　　　　　　　　　　　　马兵钢 ,等:同工酶在梨属系统发育分析中的应用
图 4　同工酶数据用 Nei距离的 NJ树
3　分析与讨论
3.1　应用同工酶对梨属内系统发育的分析
在本实验中 ,应用2种同工酶位点数据构建系统
树 ,对西洋梨系统 、砂梨系统及部分秋子梨系统内品
种能较好地确定其位置 ,对新疆梨系统 、白梨系统 、部
分秋子梨系统品种及香梨的位置较难确定 ,且各系统
之间相似系数亦较高 ,bootstrap支持率较低。可以认
为 ,这是由于同工酶位点较少所致。若增加同工酶的
种类 ,筛选多态位点较多的合适的酶 ,或改用等位酶
分析 ,则可较有效地解决这一问题 ,增加蛋白质分子
分析在系统学研究中的应用价值。
3.2　香梨及其几个芽变 、杂种在梨属中的系统位置
有关梨属的分类阶元和不同种的地位安排一直
存在争议[11～ 15] 。苹果梨分别被认为属于白梨系统 、
砂梨系统 、新疆梨系统 ,还有认为苹果梨是秋子梨与
砂梨的杂交种。NJ 树和 UPGMA 树均将其与秋子梨
系统的京白梨 、红南果聚为一类。考察相似系数矩
阵 ,苹果梨与砂梨系的相似系数为 0.316和 0.353 ,与
新疆梨系的为 0.571 ,与西洋梨系之间为 0.640 和
0.667 ,与秋子梨系之间为 0.667 、0.778和 0.759 ,与白
梨系之间为 0.700、0.667和 0.786 ,而与香梨及其几个
芽变之间均在0.8以上。由此 ,用2个同工酶谱带对
该26份样本分析 ,相对于新疆梨 、砂梨 、西洋梨和白
梨而言 ,苹果梨与秋子梨系距离更近 。这一点与认为
其亲本之一为秋子梨的观点相符。
新疆梨被认为可能是西洋梨和白梨的杂种。句
句梨与其它各品种距离均较远 ,但与白梨系的鸭梨相
似系数为 0.842 ,与西洋梨之间为 0.727和 0.750 ,较
其它梨系高。此外 ,句句梨与香梨及其几个芽变 、杂
种之间的相似系数亦较大 ,均在 0.7以上。
早酥梨是苹果梨和身不知的杂种 ,在NJ树中将
其与砂梨系统的石井早生和苍溪梨归为一类 ,且
bootstrap有 40%的支持率 ,而在 UPGMA树中将其与
西洋梨系统的身不知和巴梨归为一类 ,且 bootstrap有
22.4%的支持率。在支持率均较低的情况下 ,根据
Nei遗传距离考虑 ,早酥梨与石井早生和苍溪梨的相
似系数分别为 0.778和 0.700 ,而与身不知和巴梨的
相似系数分别为 0.800和 0.846。根据同工酶数据可
知 ,早酥梨与西洋梨更为相近 ,这一点与其亲本之一
为西洋梨相符。
新梨 1号是香梨和砀山梨的杂种 ,新梨 6号是香
梨和苹果梨的杂种 。它们除与香梨及其芽变有极高
的相似系数外 ,与其亲本砀山梨 、苹果梨的相似系数
分别为 0.727和 0.833 ,与其它品种相比 ,均具有很高
的相似性。
库尔勒香梨被认为属于白梨系和新疆梨系。实
验数据表明 ,香梨与其几个芽变 、杂种之间有极高的
相似系数且被 bootstrap很好地支持。但在树系图上 ,
因为白梨和新疆梨的系统位置未能被较好的确定 ,所
以难以分析香梨的地位。进一步从 Nei遗传距离考
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察可知 ,香梨与句句梨的相似系数为 0.750 ,与砀山
梨 、鸭梨 、鸭梨 4倍体的相似系数分别为 0.833 、0.824
和0.903。由此可以认为 ,该实验条件下的同工酶数
据显示香梨与白梨系统距离更近。
3.3　同工酶电泳的系统学意义
用同工酶电泳对蛋白质分子数据进行分析 ,在选
择多态位点较多的酶时 ,可进行分类及系统发育分
析 ,但与对核酸分子直接分析相比 ,它存在位点较少 、
修饰 、多态性差等不足 ,使其用于系统位置确定时的
准确性较低 ,最好与核酸分子数据等结合 ,相互补充
以增加其可信度。
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Using Isozyme on Phylogenetic Relationship in Pyrus
MA Bing-gang1 , NIU Jian-xin1 , FENG Jian-rong1 , LIU Yan2 , QIN Wei-min3
(1 Department of Horticulture, College of Agriculture , Shihezi University , Shihezi , Xinjiang 820003 , China;
2 Institute of Agricultural Science , the Second Agricultural Division , Kurle, Xinjiang 841000 , China;
3 Shayidong Horticultural Farm , Kurle , Xinjiang 841000 , China)
Abstract:POD and EST isozyme kataphoresis shows twenty-three bands , andNei s similarity coefficient is 0.316～ 1.000.
The UPGMA andNJ trees based on isozyme can decide the position of P.pyrifolia Nak , P.communis L cultivars and some
of P.ussriensis Max.But can t decide the position of P.sinkiangensis Yu and P.bretschneideri Rehd , and have high sim-
ilarity coefficient and low bootstrap support.
Key words:Pyrus;isozyme;pedigree analysis;phylogeny
123　第2 期　　　　　　　　　　　　马兵钢 ,等:同工酶在梨属系统发育分析中的应用