全 文 :第38卷 第12期
2010年12月
西北农林科技大学学报(自然科学版)
Journal of Northwest A&F University(Nat.Sci.Ed.)
Vol.38 No.12
Dec.2010
柿属植物种质资源遗传多样性的SSR分析
*?
耿 攀,阮小凤,杨 勇,赵红星
(西北农林科技大学 园艺学院,陕西 杨凌712100)
[摘 要] 【目的】用SSR标记分析柿属植物种质资源的遗传多样性,为其有效利用提供依据。【方法】以7个
柿种或变种的48份材料为研究对象,利用30对SSR标记对其进行遗传多样性分析。采用 NTSYS-pc 2.10e分析软
件对SSR数据进行聚类分析。【结果】共检测到83个等位基因,每对SSR引物检测到3~6个等位基因变异,平均为
4.9个。供试柿品种间的遗传相似系数介于0.397~1.000,平均为0.698,范围较大,说明柿资源种类较多、来源较广
泛、遗传多样性较丰富。48份柿材料在相似系数为0.66水平上分为4大类,第Ⅰ类包括浙江柿和5个美洲柿及1个
柿品种;第Ⅱ类只有2个资源,即油柿和野柿;第Ⅲ类为柿种下的大部分柿品种(27个);第Ⅳ类包括2个有核君迁子、
3个无核君迁子、2个野柿、3个金枣柿及2个柿种下的品种;不同种类的柿种质资源基本分别聚在一起。同一种类下
的不同类型也能区分开来。【结论】SSR标记是研究柿种质资源遗传多样性的有效手段。
[关键词] 柿属植物;种质资源;SSR标记;遗传多样性
[中图分类号] S188;S665.202.4 [文献标识码] A [文章编号] 1671-9387(2010)12-0190-07
Analysis of genetic diversity of Diospyros spp germplasm
resources by using SSR markers
GENG Pan,RUAN Xiao-feng,YANG Yong,ZHAO Hong-xing
(College of Horticulture,Northwest A&F University,Yangling,Shaanxi 712100,China)
Abstract:【Objective】The study was to analyze the genetic diversity of Diospyros spp germpleasm re-
sources by using SSR markers to provide basis for their effective application.【Method】48different acces-
sions of seven species or varieties,and 30pairs of SSR primers were selected to assess their genetic diversi-
ty and relatedness by analyzing them,and cluster analysis was done using NTsys-pc2.10e.【Result】A total
of 83aleles were detected with a mean value of 4.9aleles locus(range 3-6).Varieties of persimmon ge-
netic similarity coefficient ranged between 0.397-1.000,averaging 0.698,with larger range,which shows
more types of persimmons,broader range of sources,and richer genetic diversity.48Persimmon resources
could be classified into 4groups.GroupsⅠinclude a D.glaucifolia,five D.vaginiana and one D.kaki.
GroupⅡjust has two accessions:aD.oliferaand a D.kaki.var.most persimmon varieties(27)are in group
Ⅲ.GroupsⅣinclude 2 D.lotus with seeds,3seedless D.lotus,2 D.kaki.var.3Jinzaoshi and 2varieties of
D.kaki.Different species can be clustered respectively and different types in intra-species can be discrimi-
nated by SSR markers,indicating that it is feasible to use SSR markers to distinguish persimmon germ-
plasm.【Conclusion】Using SSR markers is an available methods to study the genetic diversity of persim-
mon germplasm.
Key words:Diospyros spp;germplasm resources;SSR markers;genetic diversity
* [收稿日期] 2010-05-06
[基金项目] 国家科技基础条件平台工作子项目(2005DKA21002-22)
[作者简介] 耿 攀(1983-),男,陕西临潼人,在读硕士,主要从事分子生物学研究。E-mail:gengpan2008@sina.com
[通信作者] 杨 勇(1964-),男,陕西宝鸡人,副教授,硕士,主要从事柿种质资源的鉴定与评价研究。
E-mail:yang_yong@nwsuaf.edu.cn
柿(Diospyros kaki Thunb.)系柿树科(Eben-
aceae)柿属(Diospyros L.)植物。中国柿属植物资
源十分丰富,有58个种和变种[1],其中作为果树利
用的有柿、油柿、君迁子、浙江柿等[2]。我国丰富多
样的柿资源,为其遗传改良和新品种培育提供了充
足的材料。
国家柿种质资源圃收集了国内外的柿属种及种
下大量的柿品种,前人对其生物学性状进行了系统
地鉴定和描述,认为其性状具有丰富的遗传多样
性[3-4]。但由于柿品种多是由自然界多年的实生体
通过人为选择性状固定后嫁接无性繁殖而保留下来
的,所以对其系谱及遗传背景不是很清楚,不同地区
的柿属种和柿地方品种之间的亲缘关系也不明确。
近年来,从DNA水平揭示种间差异的多种分
子标记技术(如 RFLP、RAPD、AFLP、SSR、SNP
等),在农作物中得到了广泛应用,其中SSR以其简
便、稳定、多态性和共显性遗传等特点,被广泛应用
于农作物的品种鉴定、亲缘关系分析及种质起源与
进化研究中[5-10]。SSR分子标记在柿属植物上的应
用才刚刚起步[11-13],研究的柿资源数量不多,对一些
种的种下类型涉及较少。为此,本试验以柿属7个
种或变种为研究对象(每个种下都有数量不等的基
因型),采用SSR分子标记方法,对其亲缘关系及遗
传多样性进行了分析,以期为更加有效地利用这些
种质资源提供依据。
1 材料与方法
1.1 材 料
1.1.1 植物材料 选择柿属植物的48份材料为研
究对象,其分属于柿属的7个种或变种,其中有浙江
柿(D.glaucifolia)1个、美洲柿(D.vaginiana)5个
类型、君迁子(D.lotus)5个类型、野柿(D.kaki.
var.)3个、油柿(D.olifera)1个、金枣柿(D.sp.)3
个及柿(D.kaki)的30个不同品种(表1)。所有材
料均采自西北农林科技大学国家柿种质资源圃的活
体柿树标本,采摘春季刚发的嫩芽,置于加有变色硅
胶的塑料袋中,使芽充分脱水干燥后,置冰箱冷藏室
备用。
表1 48份柿材料的编号及名称
Table 1 Code and name of 48Persimmon trees
编号
Code
名称
Name
原产地
Origin
编号
Code
名称
Name
原产地
Origin
1 浙江柿D.glaucifolia 浙江Zhejiang 25 博爱杂样景Boai zayangjing 河南博爱Boai,He’nan
2 美洲柿Vm10 D.vaginiana 以色列Israel 26 次郎Jiro 日本Japan
3 美洲柿Vz1 D.vaginiana 以色列Israel 27 前川次郎 Maekawajiro 日本Japan
4 美洲柿VA1 D.vaginiana 以色列Israel 28 若杉系次郎 Wakasugikeijiro 日本Japan
5 美洲柿VF8 D.vaginiana 以色列Israel 29 大次郎Big jiro 日本Japan
6 美洲柿VF6 D.vaginiana 以色列Israel 30 韩国太安柿 Taianshi 韩国 Korea
7 君迁子雄04 D.lotus 陕西眉县 Meixian,Shaanxi 31 甜宝盖 Tianbaogai 湖北罗田Luotian,Hubei
8 君迁子雌16 D.lotus 陕西眉县 Meixian,Shaanxi 32 小果甜柿 Xiaoguotianshi 湖北罗田Luotian,Hubei
9 赞长无核D.lotus 河北赞皇Zanhuang,Hebei 33 百战甜柿Baizhan tianshi 河南商城Shangcheng,He’nan
10 涉长无核D.lotus 河北涉县Shexian,Hebei 34 无核托柿 Wuhetuoshi 山东平度Pingdu,Shandong
11 石岗无核D.lotus 河北涉县Shexian,Hebei 35 中华巨柿Zhonghuajushi 山东平度Pingdu,Shandong
12 野柿-02Yeshi-02 浙江Zhejiang 36 平核无 Hiratanenashi 日本Japan
13 野柿-01Yeshi-01 浙江Zhejiang 37 刀根早生 Dogenwase 日本Japan
14 百战野柿-05Yeshi-05 河南商城Shangcheng,He’nan 38 禅寺丸Zenjimaru 日本Japan
15 油柿-01 D.olifera 浙江Zhejiang 39 西村早生 Nishimurawase 日本Japan
16 金枣柿-01Jinzaoshi-01 浙江Zhejiang 40
洛阳七月早
Luoyang qiyuezao
河南洛阳
Luoyang,He’nan
17 金枣柿-02Jinzaoshi-02 浙江Zhejiang 41 大荔柿饼柿 Dali shibingshi 陕西大荔 Dali,Shaanxi
18 金枣柿-03Jinzaoshi-03 浙江Zhejiang 42 永济胎里红 Yongjitailihong 山西永济 Yongji,Shanxi
19 河西火罐 Hexihuoguan 陕西眉县 Meixian,Shaanxi 43
洛阳绕天红
Luoyangraotianhong
河南洛阳
Luoyang,He’nan
20 朱罐罐Zhuguanguan 山西Shanxi 44
长安王后柿
Chang’an wanghoushi
陕西长安
Chang’an,Shaanxi
21 蜜蜜罐 Mimiguan 河南洛阳Luoyang,He’nan 45
长安怀抱月
Chang’an huaibaoyue
陕西长安
Chang’an,Shaanxi
22 圃杂1号Puza01 陕西眉县 Meixian,Shaanxi 46 洋县壶平柿 Yangxian hupingshi陕西洋县 Yangxian,Shaanxi
23 圃杂2号Puza02 陕西眉县 Meixian,Shaanxi 47
潮阳元宵柿
Chaoyangyuanxiaoshi
广东 Guangdong
24 圃杂3号Puza03 陕西眉县 Meixian,Shaanxi 48
诏安元宵柿
Zhaoan yuanxiaoshi
福建诏安Zhaoan,Fujian
191第12期 耿 攀,等:柿属植物种质资源遗传多样性的SSR分析
1.1.2 试剂与仪器 Tris、CTAB、EDTANa2、
PVP、APS、Urea、TEMED、氯仿、异戊醇、乙醇、甲
酰胺、溴酚蓝和AgNO3,均购自听泰生物科技公司;
DNA Maker、Premix Taq、dNTPs、RNase A和琼脂
糖,均购自宝生物工程有限公司。PCR在 Eppen-
dorf PCR仪(Eppendorf AG 22331Hamburg)上完
成。聚丙烯酰胺凝胶电泳所用的电泳仪(JY-5000
型)和电泳槽(JY-CX2BSEUCEREING)均购自北
京君意东方电泳设备有限公司。
1.1.3 引 物 表2中的 mDP系列引物,是根据
阮小凤等[14]登录到 GenBank上的微卫星序列,采
用Primer Designer 5软件设计的;ssrDk系列引物
引自文献[15]。引物由上海生物工程公司合成。
表2 SSR引物及其特征
Table 2 Primers used in SSR-PCR reaction
引物名称/基因库编号
Name/GenBank
accession No.
上游引物(5′→3′)
Forward primer
下游引物(5′→3′)
Reverse primers
退火温度/℃
Tm
扩增产物
长度/bp
Size
mDP08/EF567403 TGTCCTCAACCTACATAG GGTCTATACAAGAGCTGTATC 52 292
mDP09/EF567404 ACACAGGCAGACAAATTCAATC CCATAGGCATTGCTGCCATT 55 116
mDP13/EF567406 ATGACGACAAGCCAGTTGGG TTGCTTGTTCTGGTTGGTTG 55 250
mDP15/EF567408 ACACCCCTTCTTTTATAC ATCCAGGAGGGCAAAGAACT 50 116
mDP16/EF567409 CTACTTCCACATAGCATCAC GTAAAGATTCATAAAACCTAG 55 140
mDP17/EF567410 CCAAATCATTCGAAGCCAAT CCTTCACCGATGTCCTTTGT 53 138
mDP18/EF567411 TACTACTGATCTACCAAGTC GGATCAGAAGCCCAGTTCAA 55 252
mDP19/EF567412 TCAATCTCACATAGTAGGATTAAGGA TGACTATGGGGGTCCACTTC 48 261
mDP20/EF567413 AGAAGACCCAGACCAGAGAAG GGCCACCAAATCAACCATACC 57 204
mDP21/EF567414 ACCGGCAGACAAATTCAATC AGTCGATGGATGAGGAAAGC 55 215
ssrDK11 ATGTTTCAGGGGTTCCATTG TCACTCGTCTTTGCCTTTCC 60 161
ssrDK13 GTAATTAGCTAAGACTTAAGGGG TGCTACAACAACTGGAAGAC 53 141
ssrDK26 GGGAAATTAAGAGGGAAGAA AGGAACTGGATCAGCATAAA 55 160
ssrDK29 ATCATGAGATCAGAGCCGTC CACGTTAACGTTACGGAACA 57 131
ssrDK30 TGGTGATCGTGGTAGTGGTT GGCCTAATCTCTGTCCCATCC 58 157
ssrDK33 ACAGGGCACGAACAGATGAC GCAAAATGGTCTGGACTGCT 60 240
ssrDK36 GGGAAGAACAAAGAGAACTG ACGAAGTTGTAATCCTGAGC 54 227
1.2 试验方法
1.2.1 DNA的提取与分离 按罗正荣等[16]的方
法提取供试样品基因组DNA,用紫外分光光度法和
琼脂糖凝胶电泳法检测DNA品质。提取的每份资
源的DNA原液置于-20℃冰箱保存,PCR时取少
量原液稀释至25ng/μL,备用。
1.2.2 PCR扩增及电泳 PCR扩增在Eppendorf
PCR仪上进行。PCR反应体系为20μL,其中包括
1μL 50ng/μL模板DNA,0.2μL 5U/μL TaKaRa
Taq酶,2μL 10×buffer,1.5μL 20 mmol/L
MgCl2,0.4μL 10mmol/L dNTP,1μL 10pmol/L
SSR Primer,13.9μL ddH2O。PCR反应程序为:94
℃预变性4min;94℃变性1min,退火1min(退火
温度依引物而定),72℃延伸2min,35个循环;72
℃延伸5min,4℃保存。扩增产物用120g/L聚丙
烯酰胺变性凝胶在1 600V电压下电泳分离,银染
法显色[17]。
1.2.3 数据统计分析 选择扩增条带清晰且有多
态性的SSR标记进行数据统计,假定胶上迁移率相
同的条带均来自同一位点上的同一等位基因。对每
个样品的扩增电泳谱带进行统计,有带记为1,无带
记为0,组成1和0的原始矩阵。利用 NTSYS-pc
2.10e软件,按简单匹配系数SM 计算品种间的遗
传相似系数(Genetic similarity,GS),获得相似系数
矩阵。用SHAN程序中的非加权对群数学平均法
(Unweighted pair group of arithmetic means,UP-
GMA)进行聚类分析,并通过 Tree plot模块生成聚
类图。
2 结果与分析
2.1 SSR引物的筛选
用部分柿资源对SSR引物进行筛选,其中有17
对引物的扩增谱带清晰且重复性好。再用这17对
引物对所有48份柿材料进行扩增,结果见表3。由
表3可见,17对引物的扩增总带数为91条,其中83
条具有多态性,多态性百分率达91.2%;扩增片段
长度在100~300bp;单引物对可扩增出1~9条谱
带,平均为 4.9条,多态位点百分率为60%~
100%;不同引物组合的种质鉴定能力差异较大,图
1为ssrDK36引物组合对48份柿材料的扩增电泳
291 西北农林科技大学学报(自然科学版) 第38卷
图谱。
表3 17对SSR引物产生的谱带信息
Table 3 Information on bands generated by 17primer pairs
引物名称/
基因库编号
Primer/GenBank
accession No.
条带数
No.of bands
多态性带数
Number of
polymorphic
bands
多态性
百分率/%
Percentage
of polymorphic
bands
引物名称/
基因库编号
Primer/GenBank
accession No.
条带数
No.of bands
多态性带数
Number of
polymorphic
bands
多态性
百分率/%
Percentage
of polymorphic
bands
mDP08/EF567403 5 3 60.0 mDP21/EF567414 5 3 60.0
mDP09/EF567404 5 5 100.0 ssrDK11 5 5 100.0
mDP13/EF567406 6 6 100.0 ssrDK13 5 5 100.0
mDP15/EF567408 3 3 100.0 ssrDK26 1 1 100.0
mDP16/EF567409 6 5 83.3 ssrDK30 6 5 75.0
mDP17/EF567410 9 9 100.0 ssrDK29 3 3 100.0
mDP18/EF567411 9 9 100.0 ssrDK33 5 5 100.0
mDP19/EF567412 8 6 75.0 ssrDK36 5 5 100.0
mDP20/EF567413 5 5 100.0 总带数Total bands 91 83 91.2
图1 ssrDK36引物组合对供试的48份柿材料基因型的SSR扩增谱带
1~48条带分别对应1~48号柿材料,下图同
Fig.1 Profile of SSR amplification using ssrDK36primer combination in the 48 Diospyros spp
1-48lanes is 1-48samples respectively,the folwing figure is same
2.2 48份柿材料的遗传相似性分析
利用 NTSYS-pc 2.10e分析软件,根据扩增的
83条多态性条带计算48份柿材料间的遗传相似系
数,并进行遗传聚类分析。结果表明,供试品种间的
遗传相似系数为0.397~1.000,平均为0.698,其中
美洲柿VA1和野柿-01间的遗传相似系数最小,为
0.397,说明美洲柿与来自我国浙江的野柿变种亲
缘关系最远;金枣柿-01与金枣柿-03、金枣柿-02间
的遗传相似系数分别达到1.000和0.988,金枣柿-
02与金枣柿-03间的遗传相似系数为0.988,说明不
同来源的金枣柿种内无差异或差异极小;赞长无核
和石岗无核2个品种间的遗传相似系数达到0.976,
说明这2个无核君迁子的遗传背景相似。
2.3 48份柿材料的聚类分析
利用17对SSR引物得出的电泳谱带数据进行
聚类分析,结果见图2。由图2可以看出,48份柿材
料在相似系数为0.66时可聚为4大类:第Ⅰ类包括
浙江柿、5个美洲柿及1个柿品种;第Ⅱ类只有2个
资源,1个为油柿,1个为野柿;第Ⅲ类包括27个柿
品种;第Ⅳ类包括2个有核君迁子、3个无核君迁
子、2个野柿、3个金枣柿及2个柿品种。第Ⅰ类中,
来自同一个地区的5个美洲柿单株被聚在一起,相
似系数达0.8,说明其种内的差异很小;浙江柿与美
洲柿聚在一起,推测这2个种之间的亲缘关系较近。
第Ⅱ类中,油柿与1个野柿在相似系数为0.70水平
上聚在一起,说明野柿与油柿可能来源于同一祖先。
第Ⅳ类中,君迁子、野柿、金枣柿及2个柿品种等在
相似系数为0.70水平上聚为一类,说明这几个种之
间有一定的亲缘关系,其中3个金枣柿首先聚为一
类,然后与2个野柿相聚;3个无核君迁子在相似系
数为0.96水平上聚为一类后,在0.78相似水平上
与金枣柿和野柿相聚。
3 讨 论
3.1 柿属植物种质资源 SSR标记的遗传多样性
分析
对于植物种以下水平的研究,必须选择灵敏的
分子标记才能提供足够的遗传信息,而且获得的信
息应具有重复性好、多态性高、稳定可靠等优点。
SSR标记具有丰富的遗传多态性和较高的信息含
391第12期 耿 攀,等:柿属植物种质资源遗传多样性的SSR分析
量,在种质资源分析中表现出更大的优势,是符合上
述要求的分子标记之一。
本研究利用SSR引物对柿属植物进行遗传多
样性分析,结果共检测到83个等位基因,每对SSR
引物可检测到3~6个等位基因变异,平均为4.9
个。由此可见,所选用的48份柿材料的SSR多态
性较丰富。本试验所用的材料是具有代表性的柿种
质,研究结果表明柿种质资源的遗传多样性相对较
丰富。究其原因,一是所选取的柿种质地理多样性
较为丰富,包含以色列、日本、韩国及中国的不同地
区,大多数柿品种的亲缘关系较远;二是所选48份
柿品种的形态学差异较大,包括浙江柿、美洲柿、君
迁子、野柿和油柿等多个品种。
图2 基于SSR分析的48份柿材料的聚类结果
Fig.2 UPGMA dendrogram of 48 Diospyros breeds on the basis of SSR markers
3.2 柿属植物种质资源之间的亲缘关系分析
SSR标记是继 RAPD 标记后出现的重要的
DNA标记技术之一,具有稳定性好、多态性高、共显
性、引物特异性强等特点[18]。近年来,SSR技术作
为一种成熟的分子标记,已被广泛用于果树的遗传
多样性研究中。葛志刚等[19]用24对SSR引物将
47份桃品种区分开,且SSR分析结果与品种间的系
谱关系基本吻合。王丽侠等[20]选用51对SSR引物
对国内外145份小豆材料进行多样性评价,并分析
了中国小豆种质资源间的遗传关系和遗传结构。本
试验用17对SSR引物将48份柿品种区分开,且
SSR分析结果与品种间的系谱关系基本吻合,尤其
491 西北农林科技大学学报(自然科学版) 第38卷
是可将其中的次郎品种及其芽变品种,如前川次郎
(Maekawajiro)、若杉系次郎(Wakasugikeijiro)、大
次郎(Big jiro)及韩国太安柿(Taianshi)区分开,说
明SSR技术是柿品种鉴定的有效手段。
利用SSR分子标记方法对48份柿材料进行遗传
多样性分析,结果发现,供试品种间的遗传相似系数
介于0.397~1.000,范围较大,说明柿资源种类较多,
来源较广泛,遗传多样性较丰富。大部分具有亲缘关
系的品种及形态学、生物学特征相近的品种聚为一
类,说明聚类分析结果与系谱及其生物学特征相符。
但从聚类结果来看,与实际情况仍有一定偏差,其原
因可能是SSR分子标记作为分析遗传多样性的工具,
仍然存在着很大的局限性,如某些位点,特别是功能
基因内位点发生的碱基缺失、插入或替换等,都可能
直接导致表型性状的变异,这些等位基因的差异可能
只有1~2个碱基,而这种微小的遗传变异往往在
SSR分析中很难得到准确反映。
SSR技术是直接对基因组DNA进行检测,既
克服了同工酶位点偏少的缺点,又避免了RFLP技
术复杂的弊病,同时还基本排除了环境条件对基因
型的修饰,因此SSR技术将在果树品种鉴定和亲缘
关系研究中得到更广泛的应用。但SSR 标记并不
代表基因,SSR位点差异不代表亲本间基因组合的
差异,因此根据SSR标记进行聚类分析和遗传多样
性评价,其结果的实际价值在某种程度上依赖于对
标记引物的选择(引物种类、数量以及在基因组中的
分布)。本研究结果中,个别柿种下的品种与其他种
关系较远但却聚为一类,其原因可能由于标记本身
及引物种类、数量有限所致。因此,用SSR 标记分
析柿资源遗传多样性时,应选用大量的SSR 引物,
或者利用多种标记相结合的方式进行研究,以更加
真实地反映柿资源的遗传多样性或亲缘关系。
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