全 文 ：第 卷第 期
年 月
华中师范大学学报 自然科学版
文章编号 一 一 一
四棱豆属 个栽培种 序列亲缘关系分析
蒋向辉 ,` , ` , 佘朝文 ,` , , 许 栋 , 陈东明 , ,
怀化学院 生命科学系 , 湖南 怀化
怀化学院 民族药用植物资源研究与利用湖南省重点实验室 , 湖南 怀化
怀化学院 湘西药用植物与民族植物学湖南省高校重点实验室 , 湖南 怀化 。。
摘 要 对四棱豆属栽培品种 盯 序列进行克隆测序 ,并进行序列比较与品种间亲缘关系
分析 结果表明 供试品种间 序列的变异小 , 含量低 ,为 一 供试四
棱豆品种间遗传变异范围在 。。。一。 。。 ,表明四棱属内 盯 区存在一定的遗传变异 ,
但变异较低 ,表明供试材料间亲缘关系较近 在 种不同的分子聚类树中 , 总位于不同
的分支中 ,表明 与其他栽培品种属不同品系 和 、 和 在 种树中都同时聚为一
类 ,表明彼此间亲缘关系很近 以红花菜豆为外类群进行聚类分析发现四棱豆属与其他豆科植物
属间的亲缘关系较远
关键词 四棱豆属 序列 亲缘关系分析
中图分类号 文献标识码
四棱豆 、 、
又名翼豆 、四角豆 、翅豆 、热带大豆等 ,是豆科蝶形
花亚科四棱豆属一年生或多年生缠绕性藤本植物
它原产于热带 ,主要分布在印度尼西亚 、菲律宾 、马
来西亚等国家和地区及在我国大部分地区 ,如云
南 、广西 、广东 、海南 、湖南 、湖北 、河南等省份 四
棱豆中有 个品系 一是印尼品系 ,二是巴布亚
新几 内亚品系 印尼品系 属多年生 ,小叶卵圆
形 、三角形 、披针形等 ,茎叶绿色 ,花紫 、白或紫蓝
色 ,较晚熟 ,也有早 熟类 型 ,在 低纬度地 区 ,全 年
播种均能开花 中国南方栽培的多属此类 巴布
亚新几内亚品系 一年生 ,早熟 ,播种至开花需
一 ,小叶以卵 圆形和正三角形为多 ,茎蔓生 ,
紫花 ,荚长 一 ,表面粗糙 ,种子和块根的产
量较低
四棱豆的叶片 、豆荚 、种子及块根均可入药 ,
对冠心病 、动脉硬化 、脑血管硬化 、不孕 、习惯性
流产 、口腔炎症 、泌尿系统炎症 、眼疾等疾病有良
好疗效 因此 ,有人称 四棱豆为 “ 世纪健康食
品 ” 、“奇迹 植物 ”川 可见其 营养价值 、经济 价值
和药用价值都相当高 , 目前 四棱豆 已成为许多国
家争相开发利用的植物资源 目前国内对四棱豆
的研究主要集中在营养成分及其含量等方面 川
在分子水平 上鉴定 四棱 豆属栽培 品种 亲缘 关 系
的研究还不够深入 , ,弓,本实验基于 序列对
四棱豆属 个栽培品种进行聚类分析 ,将在分子
水平上鉴定四棱豆属几种栽培品种的亲缘关系 ,
一方面为四棱豆属栽培品种的准确分类提供依
据 另一方面 ,由于四棱豆属包含两个品系 ,而我
国四棱豆种质资源较少 ,对品系间的亲缘关系的
研究不够深入 ,对栽培品种间的杂种优势无法 预
测 ,本文以 序列为依据对 个栽培品
种间的亲缘关系进行分析 ,为四棱豆属物种的杂
交育种提供分子理论基础 ,为选育新型优质 四棱
豆品种提供参考
材料与方法
材料
供试材料中 、 、 、 来自美国农业
部种质资源库 , 为怀化学院经过系统选育出的
良种 , 为 怀 化学 院 组 配 的杂 交 种 ,尸
、 来 自云南省农业科学研究院
收稿 日期 。一 一
基金项目 湖南省教育厅资助项目 、 湖南省科研计划重点资助项目
二
第 期 蒋向辉等 四棱豆属 个栽培种 序列亲缘关系分析
表 供试材料
编号 类群 采集地 凭证标本
印度尼西亚
斯里兰 卜 、
印度尼西亚 通
泰国 士 ,
「卞国
新几内亚
中国 中翼 号
、。, 、。`,丫, , , 。 、 中国
方法
植物基因组 的提取 采取 法
提取供试材料基因组
扩增与回收 引物采用 等 口
设计的 通用引物 和 。,序列如
下
反 应 程 序 为
℃预 变性 ℃变性 , ℃退 火
, 延伸 , 个循环 后延伸
反应体系为总体 系 醉 ,
一 胖脚 , “ 只 , 拼
` , 拜 拼 , , · 拌
, 拼 恳 拌 ,
· 拌 “ , · 拜 ,
川 , 产物回收采用上海生工的 柱式
通用回收试剂盒
测序 测 序 由上海 生化 工程技 术 服务公
司完成 测 序仪 器 为 ,测 序试
剂 为 ,进 行 正 反 链 同时
测序
分 析 方 法 与 分 析 软 件 运 用
对不同材料 的 序列 进行 对位排
列 用 系统发育 分析软件 进行计算 和
系统发育树构 建 ,采用平 均距离 法 、邻位相 接法
和最大简约法构建分子 系统树 ,应用 自展法对所
构建的 系统 树进 行 检 测 ,自展 重 复 次数 设 定 为
次
结果与分析
产物纯化
以提取的植物 基因组 为模板 扩增
序列 包括 产物纯化后如图 ,由图
可以 看 出纯 化 后 的 条 带 清 晰 ,且 都 在
左右
,` 卜
几川
了凡` ,
凡 ,
之
图 产物及其纯化后检测图
, 、 、 一
分别为 种栽培品种的 纯化后检测结果
序列提交与分析
序列提交 将所得序列通过序列提交
软件处理后发送 ,得到序列号 ,如下表
表
表 序列号
栽培品种
序列号 〕
序列分析 序列测序结果分析发
现 ,七个栽培品种的 序列在 含量和序列长
度上不存在明显变异 ,栽培 品种中的 、 、
、 在序列长度上相同 ,其中 、
与 的 含量相同 , 、 的
含量 和序列长度相同 , 序
列长度 “ , 含量 与 含量 相 同
进一步 对 四棱豆属 的八种植 物 的
序列 包括 在内 进行分析 表 从表可知 ,
所有 四棱豆属植物的 序列的长度在 一
,相差 ,长度变异 为 从序列长度来
看 , 一序列的变异范围在 一 之间 ,
序列无变异 序列相对保守 ,在四棱豆
属中也 不 存 在 明显 变异 含 量 在 一
,变 异 范 围 非 常 小 , 其 中 , , 为
, 为 , , , 为
, 为 尸人 、 、。 , 的
含量明显高于供试栽培品种
用软件 对 种四棱豆栽培品种进
行两两比对 见表 从表中结果可知个栽培 品种
的相似度都在 以上 ,且 和 相似度为
几个栽 培品 种与 尸 〔,“ “ ·
的相似度明显降低在 左右
华中师范大学学报 自然科学版 第 卷
表 各类群 序列长度和 含量
编号 类群 十
`
`
表 几个栽培品种与红花菜豆的序列相似度和遗传距离
〔 丫`之
肠乃乙户上…山曰马八月了,今」产叹曰内﹃卜︸门勺叮产了︺曰﹄︵目﹄“︺门卜八︺一吸闷曰叹口曰八,︹匕,白口目曰八曰冲一喇瑙一
一
叔乙
种发育树均为无根树 ,通过外类群更豆确定树
根 ,将本文研究的类群大致分为 枝 枝由 ,
, , , 等构成 ,在 棵树中 支持率
较低为 , 的支持率为 ,但 则
为 ,能很好地支持该分支 另一支由 构
成 在 种树中 ,栽培品种 和 , 和 都
显示出较近的亲缘关系 在 和 树中 ,
和 聚为一类 ,支持率分别为 和 从
树中可以更好的得出 与其他栽培
中不属于同一品系 ,这也符合四棱豆的品系分类
综合 种树可以看出四棱豆属物种间的亲远关系
较近 ,而其与菜豆属亲缘关系较远 ,同时差距较大
考乙一尸`
注 对角线下为遗传距离 ,对角线上为相似性
系统发育分析
用软件 分析得出上述植物间的遗
传距离 ,结果见表 ,以菜豆属红花菜豆 尸
改 、 为外类群 ,用软件 对供试
的 种四棱豆属栽培品种的 进行两两比对和
多重 比对 ,排序后的 序列总长度为 ,变
异位点 有 个 占 ,信息位点 有
个 占 再用软件 。构建系统
发育树进行聚类分析 本文采用 法 、 法和
法获得 棵发育树 用最大简约法构建
发育树时 ,通过随机添加树法寻找简约树 ,重复
次 用靴带 自展法检验发育树 ,重
复 。次 ,判断各分支处的可信度 ,选出最简约
树 ,见图 其 中树 长为 ,一致性 指数 为
,保持性指数 为 邻接法和
法构建的发育树同样用靴带自展法检验
发育树 ,重复 次 ,分别获得 树和
树 ,分别见图 和图 图中分支上 的数字为
值 ,表明各分支的可信度 法和
法获得的发育树的拓扑结构基本相似 ,但略有差
异 ,最大简约法构建的树拓扑结构与前两种方法构
建的树也基本相似 ,但差异稍大些 研究结果如下
洲止 里一 】
〔
其中树长为 ,一致性指数 为 ,
保持性指数 为
图 基于 序列构建的四棱豆属植物 系统发育树
第 期 蒋向辉等 四棱豆属 个栽培种 序列亲缘关系分析
子
了
乏宝
乏弓
奄 】
卜下不州
图 基于 序列构建的四棱豆属植物 系统发育树
】
乏弓
卜弓
《乡
》 】 】 《 注
图 基于 序列构建的四棱豆属
植物 系统发育树
小结与讨论
四棱豆属 个栽培品种亲缘关系探讨
本研究基于 序列分析和聚类分析认为
四棱豆属各栽培品种的种序列特点相近 ,
含量都在 左右 ,长度小于 左右
序列变异不大 ,其变异位点为 个 ,信息位点
个 这些变异位点能将四棱豆属的物种间区分开 ,
在分类价值 中有一定的作用 在 种发育树 中
都能很好的支持 与其他栽培品种不同属于
一个品系 , 和 , 和 ,序列相似性较高 ,
且 含量与序列长度都相差不大 ,在发育树上聚
为一类 四棱豆属 个栽培品种的遗传分化距
离变异范 围在 一 ,表 明四棱 属 内
区存在遗传变异 ,但变异率较低 ,其亲
缘关系较近
序列保守性和应用可靠性的讨论
近年来 序列分析 已广泛应用 于植物科 、
亚科 、族 、属和种间系统学研究阳习,但在不 同的植
物类群以及不同的分类等级上 , 序列的长度是
不一样的厂”一叫 ,许 多研 究表 明仁“ 了,属 内种 间
序列长度比较保守 ,相差的碱基数从几个到十几
个 ,如菜豆属与四棱豆属 同为蝶形花科菜豆族 ,其
序列 长度 的变化 仅相 差 个 碱基 ,忍冬 属
序列的变异范围为 一 之间 “〕
本试验研究的四棱豆属类群的 序列在长
度 和 含 量 上 相 差 不 大 , 长 度变 化 在
之间 ,最大相差 , 含量在 纬
,最大相差 从 序列长度的保守
性看 ,现在划分到四棱豆属的物种仍有值得探讨
之处
序列长度较保守 ,在被子植物中长度一般
小于 ,但序列变异速率较快 ,可以提供较丰
富的变异位点和信息位点 ,已证实它是研究许多被
子植物类群系统与进化的重要分子标记 ,不仅可用
于解决科 、亚科 、族 、属 、组内的系统发育和分类问
题 本试验选用的类群包括外类群豌豆均为蝶形花
科植物 ,故能应用 序列进行分析 排序后的
序列总长度 ,一致性指数 ,
保持性指数 为 ,提高了分子系统研
究的准确性
不 同建树方法对结果的影响
如前所述 ,最大简约法 〔 假定进化过程是
最简约的 ,在有多个选择时 ,进化步骤最少的分支
图为最可靠的系统发育 最大简约法对于近缘类群
的分析 ,一般都能给出正确的简约数 ,目前应用较
广 ,但对于进化时间较长的类群和序列 ,由于平行
或回复突变的干扰 ,简约法会得出不正确的结果
本试验研究的序列相似性较差 ,构建的发育树误差
较大 ,未能获得最简约树 邻接法利用原始数据双
重对比的距离矩阵来构建系统树 ,具有方法简单直
观 ,结果稳定 ,系统树系统能够进行严格 的检验等
优点 ,但不足之处表现为将原始数据转化为距离矩
阵 ,可能会引起某些信息的丢失 本研究采用
和 法及 法进行分子系统树的构建 ,结
果显示 ,供试的 个物种在 种方法中的聚类结果
大致一致 分析认为在对四棱豆属物种进行亲缘关
系分析时 ,应综 合 比较 种方法 的聚类结 果才较
可靠
参考文献
陈东明 ,艾 辛 ,王佩芝 ,等 四棱豆的主要农艺性状和品种
亲缘关系研究 〕湖南农业大学学报 自然科学版 ,
一
〕 全妙华 ,陈东明 四棱豆可溶性总糖含量的测定仁」怀化学
院学报 自然科学版
〕 全妙华 ,陈东明 四棱豆种质资源遗传多样性的 分析
习湖南师范大学 自然科学学报 , 一
〕 党选民 ,张 欣 四棱豆品种间亲缘关系的蛋白质分析 月
热带作物学报 一
习 , ,
1 1 2 华中师范大学学报 自然科学版 第 卷
〕
﹃引一,`仁匕尸仁乃
〔
。
仁」 。 、 , ,
, 一
, , 、 哟℃、 、 卜, 二
。 。, , , 。 。
浊甘 仁」
, , 一
, ,
仁习
, , 一
刘艳玲 ,徐立铭 , 倪学明 ,等`睡莲科的系统发育 核搪体
区序列证据 〕、植物分类学报 ,
一
汪小全 ,邓峥嵘 ,洪德元 铁破锣属的系统位置一
序列证据 」植物分类学报 , , 一 ·
〕
〕
〕
葛 颂 , ,洪德元 用核糖体 的 序列探
讨裂叶沙参的系统位置一兼论 片段在沙参属系统学研
究中的价值 〕植物分类学报 , ,
赵 明 ,赵文军 ,朱水芳 ,等 核 序列在植物种质
资源鉴定中的应用 口辽宁农业科学 , 一
李学营 ,彭建营 ,白瑞霞 基于核 的 序列在种子
植物系统发育研究中的应用 西北植物学报
一
刘艳玲 徐立铭 ,倪学明 ,等 基于 序列探讨睡莲属植物
的系统发育 「】, 武汉大学学报 理学版 ,
一
朱 颖 ,董玉芝 ,咎少平 基于 序列对忍冬属部
分植物系统发育关系的研究仁 西部六省中心城市园林科
技信息网第 次会议论文集 ,乌鲁木齐 中国风景园林学
会 ,
` , , · , , ·
, , ,
, , ,
一 、
, , ,
,
, , 一
,
, ,
,
, ,
,
二
二