全 文 :湖北省桑属植物亲缘关系 RAPD分析
陈祥平1,范小敏2,柯皓天2,陈仁芳3* ,朱一平3,李 萤3,刘 玲3,张佳钰3,沈曦彤3 (1.四川省丝绸科学研究院,四
川成都 610031;2.四川省丝绸工程技术研究中心,四川成都 610031;3.西南大学生物技术学,重庆 400716)
摘要 [目的]采用 RAPD和 ITS方法分析湖北省桑属植物亲缘关系。[方法]利用 RAPD分析湖北省桑属植物的亲缘关系,并与 ITS分
支图进行比较,研究湖北省桑属植物亲缘关系。[结果]两者在分析桑属的亲缘关系时,均把桑属分为 2 大支。其中,RAPD多态性高,
适合居群遗传多样性分析;但 RAPD资料属等位基因频率资料,不同种的 RAPD扩增产物往往并不同源,不宜假定外类群,无法确定树
根。ITS为核糖体基因内转录间隔区的差异,位点的变异往往能反映出桑属种间的差异,宜假定外类群,进行分支分析。但 ITS资料并
不能把桑属所有桑种分开。[结论]在研究桑属的亲缘关系时,先用 ITS进行粗略的分类后,再用 RAPD进行细分的结果较准确。
关键词 湖北省;桑属;RAPD;ITS;亲缘关系;再分析
中图分类号 S888. 3;Q948 文献标识码 A 文章编号 0517 -6611(2014)07 -01917 -04
Phylogenetic Relationship Analysis of Morus in Hubei Using RAPD Marker
CHEN Xiang-ping,CHEN Ren-fang et al (Sichuan Silk Engineering Research Center,Chengdu,Sichuan 610031;Biotechnology School
of Southwest University,Chongqing 400716)
Abstract [Objective]RAPD and ITS were used to analyze the kinship of Morus in Hubei. [Method]RAPD marker was used to analyze the
genetic relationship of Morus in Hubei,and then it was compared with ITS cladogram. [Result]The Morus was divided into two branches in
the process of analyzing genetic relationship by these two methods. RAPD method apply to genetic diversity analysis of Morus population with
high polymorphism. But RAPD data of allele frequency data may have different amplified products for different resources,which is not for the
assumption of outgroup and is unable to confirm the tree root. ITS sequence has a difference in internal transcribed spacer of ribosomal gene,
and the variation of its locus can reflect the difference among Morus resources. The ITS method is for the assumption of outgroup ITS cladogram
and cladistic analysis. But not all the Morus resources can be classified by ITS method. [Conclusion]Therefore,ITS method should be used
to make a rough classification and then RAPD method to make a detailed classification in the process of studying genetic relationship of Morus.
Key words Hubei Province;Morus;RAPD;ITS;Kinship;Reanalysis
作者简介 陈祥平(1955 -),男,四川成都人,副教授,硕士,从事蚕桑
科学研究。* 通讯作者,副教授,硕士生导师,博士,从事蚕
桑新品种选育研究。
收稿日期 2014-02-10
随机扩增片段长度多态性 DNA(random amplified poly-
morphic DNA,RAPD)标记,发明于 20世纪 90年代[1 -2],是在
PCR基础上发展起来的一种对未知序列基因组 DNA进行随
机扩增,根据扩增的 DNA条带长度的多态性,判断供试材料
间的遗传多样性及亲缘关系。桑树随机扩增多态性 DNA,已
有较多人研究[3 -17],但关于 RAPD 与核糖体内转录间隔区
(Internal Transcribed Spacer,ITS)对比分析的研究鲜有报道。
笔者在前报《基于 ITS标记分析湖北省收集桑种质资源的亲
缘关系》的基础上[18],选取相同材料,利用 RAPD标记,对湖
北省桑树种质资源的亲缘关系进行再分析,试图比较 2种方
法各自的优缺点,以期为 RAPD技术的进一步应用提供理论
依据。
1 材料与方法
1. 1 材料 材料同前报,并增加浙江瑞穗桑、四川川桑、新
疆黑桑、广东荆桑、钦州长果桑、云南滇桑和外类群湖北构
树,增加的材料分别取自浙江农业大学桑品种园、新疆维吾
尔自治区和田桑品种园、四川丝绸公司桑品种园、广东省蚕
桑研究所桑品种园、广西钦州百果园和昆明植物园,所有材
料经鉴定后采集(表 1)。
1. 2 DNA提取及质量检测 总 DNA提取采用稍加改进的
CTAB法[19],从 0. 150 g的硅胶干燥桑叶中提取。质量和浓
度用 Nanodrop 2000微量紫外分光光度计检测确认。
表 1 不同地点采集的桑树植物
编号 中文名 拉丁名 采集地 类型
1 鹤峰华桑 M. cathayana 湖北鹤峰 野生
2 四川川桑 M. notabilis 四川荥经 野生
3 利川华桑 M. cathayana 湖北利川 野生
4 五峰华桑 M. cathayana 湖北五峰 野生
5 恩施华桑 M. cathayana 湖北恩施 野生
6 竹溪白桑 M. alba 湖北竹溪 野生
7 云南滇桑 M. yunnanensts 云南昆明 野生
8 姊归白桑 M. alba 湖北姊归 野生
9 来凤山桑 M. bombycis 湖北来凤 野生
10 宜昌蒙桑 M. mongolica 湖北宜昌 野生
11 广东荆桑 M. atropurpurea 广东广州 栽培
12 神农鸡桑 M. australis 湖北神农架 野生
13 浙江瑞穗桑 M. mizuho 浙江杭州 栽培
14 保康蒙桑 M. mongolica var. diabolica 湖北保康 野生
15 长阳蒙桑 M. mongolica 湖北长阳 野生
16 竹山白桑 M. alba 湖北竹山 野生
17 保康鬼桑 M. mongolica var. diabolica 湖北保康 野生
18 兴山白桑 M. alba 湖北兴山 野生
19 宣恩白桑 M. alba 湖北宣恩 野生
20 钦州长果桑 M. macroura 广西钦州 栽培
21 咸丰长穗桑 M. wittiorum 湖北咸丰 野生
22 利川长穗桑 M. wittiorum 湖北利川 野生
23 新疆黑桑 M. nigra 新疆和田 半野生
24 湖北构树 Broussonetia papyritera 湖北武汉 野生
1. 3 引物筛选 根据张有做、赵卫国、付大煦、楼程富等的
研究,用如下 32个引物进行筛选(表 2)。先用一个 DNA样
品,对引物初选,再用 4 个样品 DNA 进行第 2 次筛选,选出
多态性高的引物用于 RAPD试验。
安徽农业科学,Journal of Anhui Agri. Sci. 2014,42(7):1917 - 1920 责任编辑 石金友 责任校对 况玲玲
DOI:10.13989/j.cnki.0517-6611.2014.07.098
表 2 用于初选的 32个引物
编号 引物 编号 引物
1 O -12:CAGTGCTGTG 17 J -16:CTGCTTAGGG
2 D -20:ACCCGGTCAC 18 L -06:GAGGGAAGAG
3 F -06:GGGAATTCGG 19 J -01:CCCGGCATAA
4 J -12:GTCCCGTGGT 20 J -05:CTCCATGGGG
5 O -09:TCCCACGCAA 21 J -20:AAGCGGCCTC
6 D -09:CTCTGGAGAC 22 D -07:TTGGCACGGG
7 J -15:TGTAGCAGGG 23 A -09:GGGTAACGCC
8 F -14:TGCTGCAGGT 24 K -01:CATTCCAGCC
9 J -04:CCGAACACGG 25 S423:GGTACTCCCC
10 J -18:TGGTCGCAGA 26 S508:CCCGTTGCCT
11 D -06:ACCTGAACGG 27 OPO -13:GTCAGAGTCC
12 D -03:GTCGCCGTCA 28 OPR -13:GGACGACAAG
13 L -07:AGGCGGGAAC 29 F -01:AGTGCAGCCA
14 A -06:GGTCCCTGAC 30 OPR -29:CCAAGCTTCC
15 S113:GACGCCACAC 31 OPR -30:CCGCGTCTTG
16 S376:GAGCGTCGAA 32 OPR -31:ACGGATCCTG
1. 4 PCR 扩增及产物检测 RAPD - PCR 扩增反应在
Gene Company Limited PCR仪上进行,反应总体积 20 μl。其
中,含 TEMPLATE 1 μl(25 ng /μl)、10 × PCR buffer 2 μl、prim-
ers 2 μl(50 ng /μl)、Mg2 + 2 μl(2. 5 mmoL /L)、dNTPs 2 μl
(2. 5 mmoL /L)、Ex - taq 0. 3 μl(5 U /μl ),用 ddH2O补至 20
μl,最后加矿物油一滴。扩增程序为:95 ℃预变性 4 min;95
℃变性 45 s;36 ℃退火 45 s;72 ℃延伸 90 s;38个循环,72 ℃
延伸 8 min,反应结束控制在 12 ℃。PCR反应产物经 1. 5%
琼脂糖电泳,电压为 110 V(4 V /cm,稳压)电泳 30 min,然后
用溴化乙锭(ethidium bromide,EB)染色 10 min,并在 BIO -
RAD Gel DocTM EZ Imager 2000凝胶成像系统拍照记录。每
个反应重复 2 次,确定所得条带的可重复性。弱带的处理,
将重复性好的弱带给预记录,重复性不好的弱带不给记录。
1. 5 数据分析 记录扩增出的总条带数,不同迁移率带数。
根据扩增条带的迁移率,同一迁移率,有条带的记为“1”,无
条带的记为“0”,形成数据矩阵,按 Nei 's 等方法[20 -21],用
Popgene 32软件计算遗传相似度(I)、遗传距离(D),用 UPG-
MA法聚类分析。
2 结果与分析
2. 1 引物筛选及 PCR扩增 一个 DNA样品对 32 个引物
初选,选出条带多且清晰的引物17个,再用4个样品DNA进
行第 2次筛选,选出多态性高的 9 个引物用于 RAPD 试验,
分别为 J - 20:AAGCGGCCTC、L - 07:AGGCGGGAAC、
OPO -13:GTCAGAGTCC、J - 04:CCGAACACGG、S113:
GACGCCACAC、OPR - 13:GGACGACAAG、D - 03:GTCGC-
CGTCA、S508:CCCGTTGCCT和 OPR -31:CCGCGTCTTG。取
24个样品,9个引物,经 PCR 共扩增出 661 条 DNA 带,形成
迁移率(分子量)不同的带 58 条,平均每个引物 6. 44 条,最
长 2 200 bp,最短 200 bp,显示丰富的多态性。
2. 2 遗传一致度与遗传距离 将 RAPD扩增反应有条带的
记为“1”,无条带的记为“0”,形成数据矩阵,输入 popgen32
软件计算遗传一致度与遗传距离[22]。结果发现,新疆黑桑
与浙江瑞穗桑遗传距离最远,为 1. 015 9,保康鬼桑与保康蒙
桑、四川川桑与钦州长果桑遗传距离最近,为 0. 017 4,供试
材料间遗传一致度与遗传距离见表 3。
表 3 基于 RAPD资料湖北省野生桑树资源遗传一致性和遗传距离
编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1 **** 0. 775 9 0. 965 5 0. 810 3 0. 931 0 0. 534 5 0. 551 7 0. 637 9 0. 603 4 0. 655 2 0. 689 7 0. 637 9
2 0. 253 8 **** 0. 775 9 0. 896 6 0. 741 4 0. 620 7 0. 569 0 0. 689 7 0. 551 7 0. 637 9 0. 637 9 0. 724 1
3 0. 035 1 0. 253 8 **** 0. 775 9 0. 965 5 0. 534 5 0. 551 7 0. 637 9 0. 603 4 0. 655 2 0. 655 2 0. 637 9
4 0. 210 3 0. 109 2 0. 253 8 **** 0. 741 4 0. 620 7 0. 569 0 0. 655 2 0. 620 7 0. 672 4 0. 672 4 0. 689 7
5 0. 071 5 0. 299 2 0. 035 1 0. 299 2 **** 0. 534 5 0. 551 7 0. 603 4 0. 637 9 0. 620 7 0. 620 7 0. 672 4
6 0. 626 5 0. 476 9 0. 626 5 0. 476 9 0. 626 5 **** 0. 672 4 0. 689 7 0. 620 7 0. 672 4 0. 637 9 0. 620 7
7 0. 594 7 0. 563 9 0. 594 7 0. 563 9 0. 594 7 0. 396 9 **** 0. 603 4 0. 775 9 0. 758 6 0. 586 2 0. 637 9
8 0. 449 5 0. 371 6 0. 449 5 0. 422 9 0. 505 1 0. 371 6 0. 505 1 **** 0. 551 7 0. 637 9 0. 948 3 0. 655 2
9 0. 505 1 0. 594 7 0. 505 1 0. 476 9 0. 449 5 0. 476 9 0. 253 8 0. 594 7 **** 0. 741 4 0. 569 0 0. 586 2
10 0. 422 9 0. 449 5 0. 422 9 0. 396 9 0. 476 9 0. 396 9 0. 276 3 0. 449 5 0. 299 2 **** 0. 620 7 0. 603 4
11 0. 371 6 0. 449 5 0. 422 9 0. 396 9 0. 476 9 0. 449 5 0. 534 1 0. 053 1 0. 563 9 0. 476 9 **** 0. 603 4
12 0. 449 5 0. 322 8 0. 449 5 0. 371 6 0. 396 9 0. 476 9 0. 449 5 0. 422 9 0. 534 1 0. 505 1 0. 505 1 ****
13 0. 728 2 0. 764 6 0. 659 2 0. 693 1 0. 594 7 0. 299 2 0. 276 3 0. 505 1 0. 210 3 0. 476 9 0. 534 1 0. 626 5
14 0. 371 6 0. 396 9 0. 371 6 0. 346 9 0. 422 9 0. 505 1 0. 371 6 0. 396 9 0. 396 9 0. 231 8 0. 371 6 0. 396 9
15 0. 563 9 0. 476 9 0. 563 9 0. 534 1 0. 563 9 0. 422 9 0. 253 8 0. 371 6 0. 422 9 0. 346 9 0. 396 9 0. 534 1
16 0. 563 9 0. 534 1 0. 505 1 0. 594 7 0. 505 1 0. 422 9 0. 396 9 0. 231 8 0. 534 1 0. 505 1 0. 299 2 0. 534 1
17 0. 346 9 0. 422 9 0. 346 9 0. 371 6 0. 396 9 0. 534 1 0. 396 9 0. 422 9 0. 371 6 0. 210 3 0. 396 9 0. 422 9
18 0. 449 5 0. 422 9 0. 505 1 0. 422 9 0. 505 1 0. 371 6 0. 505 1 0. 035 1 0. 534 1 0. 449 5 0. 053 1 0. 422 9
19 0. 346 9 0. 371 6 0. 346 9 0. 371 6 0. 346 9 0. 422 9 0. 253 8 0. 231 8 0. 371 6 0. 299 2 0. 253 8 0. 371 6
20 0. 276 3 0. 017 4 0. 276 3 0. 128 6 0. 276 3 0. 449 5 0. 594 7 0. 396 9 0. 563 9 0. 476 9 0. 476 9 0. 299 2
21 0. 422 9 0. 253 8 0. 422 9 0. 299 2 0. 476 9 0. 396 9 0. 371 6 0. 505 1 0. 396 9 0. 371 6 0. 594 7 0. 396 9
22 0. 422 9 0. 396 9 0. 371 6 0. 396 9 0. 322 8 0. 346 9 0. 371 6 0. 449 5 0. 396 9 0. 322 8 0. 534 1 0. 299 2
23 0. 299 2 0. 371 6 0. 346 9 0. 371 6 0. 396 9 0. 728 2 0. 764 6 0. 422 9 0. 882 4 0. 626 5 0. 346 9 0. 534 1
24 0. 422 9 0. 396 9 0. 422 9 0. 396 9 0. 422 9 0. 505 1 0. 802 3 0. 563 9 0. 693 1 0. 728 2 0. 594 7 0. 505 1
接下表
8191 安徽农业科学 2014 年
续表 3
编号 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
1 0. 482 8 0. 689 7 0. 569 0 0. 569 0 0. 706 9 0. 637 9 0. 706 9 0. 758 6 0. 655 2 0. 655 2 0. 741 4 0. 655 2
2 0. 465 5 0. 672 4 0. 620 7 0. 586 2 0. 655 2 0. 655 2 0. 689 7 0. 982 8 0. 775 9 0. 672 4 0. 689 7 0. 672 4
3 0. 517 2 0. 689 7 0. 569 0 0. 603 4 0. 706 9 0. 603 4 0. 706 9 0. 758 6 0. 655 2 0. 689 7 0. 706 9 0. 655 2
4 0. 500 0 0. 706 9 0. 586 2 0. 551 7 0. 689 7 0. 655 2 0. 689 7 0. 879 3 0. 741 4 0. 672 4 0. 689 7 0. 672 4
5 0. 551 7 0. 655 2 0. 569 0 0. 603 4 0. 672 4 0. 603 4 0. 706 9 0. 758 6 0. 620 7 0. 724 1 0. 672 4 0. 655 2
6 0. 741 4 0. 603 4 0. 655 2 0. 655 2 0. 586 2 0. 689 7 0. 655 2 0. 637 9 0. 672 4 0. 706 9 0. 482 8 0. 603 4
7 0. 758 6 0. 689 7 0. 775 9 0. 672 4 0. 672 4 0. 603 4 0. 775 9 0. 551 7 0. 689 7 0. 689 7 0. 465 5 0. 448 3
8 0. 603 4 0. 672 4 0. 689 7 0. 793 1 0. 655 2 0. 965 5 0. 793 1 0. 672 4 0. 603 4 0. 637 9 0. 655 2 0. 569 0
9 0. 810 3 0. 672 4 0. 655 2 0. 586 2 0. 689 7 0. 586 2 0. 689 7 0. 569 0 0. 672 4 0. 672 4 0. 413 8 0. 500 0
10 0. 620 7 0. 793 1 0. 706 9 0. 603 4 0. 810 3 0. 637 9 0. 741 4 0. 620 7 0. 689 7 0. 724 1 0. 534 5 0. 482 8
11 0. 586 2 0. 689 7 0. 672 4 0. 741 4 0. 672 4 0. 948 3 0. 775 9 0. 620 7 0. 551 7 0. 586 2 0. 706 9 0. 551 7
12 0. 534 5 0. 672 4 0. 586 2 0. 586 2 0. 655 2 0. 655 2 0. 689 7 0. 741 4 0. 672 4 0. 741 4 0. 586 2 0. 603 4
13 **** 0. 586 2 0. 672 4 0. 672 4 0. 569 0 0. 603 4 0. 637 9 0. 482 8 0. 586 2 0. 655 2 0. 362 1 0. 517 2
14 0. 534 1 **** 0. 775 9 0. 603 4 0. 982 8 0. 672 4 0. 706 9 0. 655 2 0. 655 2 0. 724 1 0. 637 9 0. 586 2
15 0. 396 9 0. 253 8 **** 0. 724 1 0. 758 6 0. 724 1 0. 758 6 0. 637 9 0. 603 4 0. 672 4 0. 517 2 0. 534 5
16 0. 396 9 0. 505 1 0. 322 8 **** 0. 586 2 0. 793 1 0. 758 6 0. 603 4 0. 603 4 0. 637 9 0. 517 2 0. 500 0
17 0. 563 9 0. 017 4 0. 276 3 0. 534 1 **** 0. 655 2 0. 689 7 0. 637 9 0. 637 9 0. 706 9 0. 620 7 0. 569 0
18 0. 505 1 0. 396 9 0. 322 8 0. 231 8 0. 422 9 **** 0. 827 6 0. 672 4 0. 569 0 0. 637 9 0. 655 2 0. 569 0
19 0. 449 5 0. 346 9 0. 276 3 0. 276 3 0. 371 6 0. 189 2 **** 0. 706 9 0. 603 4 0. 637 9 0. 586 2 0. 500 0
20 0. 728 2 0. 422 9 0. 449 5 0. 505 1 0. 449 5 0. 396 9 0. 346 9 **** 0. 758 6 0. 689 7 0. 672 4 0. 689 7
21 0. 534 1 0. 422 9 0. 505 1 0. 505 1 0. 449 5 0. 563 9 0. 505 1 0. 276 3 **** 0. 758 6 0. 534 5 0. 620 7
22 0. 422 9 0. 322 8 0. 396 9 0. 449 5 0. 346 9 0. 449 5 0. 449 5 0. 371 6 0. 276 3 **** 0. 569 0 0. 620 7
23 1. 015 9 0. 449 5 0. 659 2 0. 659 2 0. 476 9 0. 422 9 0. 534 1 0. 396 9 0. 626 5 0. 563 9 **** 0. 603 4
24 0. 659 2 0. 534 1 0. 626 5 0. 693 1 0. 563 9 0. 563 9 0. 693 1 0. 371 6 0. 476 9 0. 476 9 0. 505 1 ****
2. 3 UPGMA聚类 聚类图将供试材料聚为 2 大支。第 1
大支包括:鹤峰华桑、利川华桑、恩施华桑、五峰华桑、四川川
桑和钦州长果桑。将湖北构树、神农架鸡桑、利川长穗桑、咸
丰长穗桑、新疆黑桑聚在第 1 大支。第 2 大支包括:竹溪白
桑、来凤山桑、浙江瑞穗桑、云南滇桑、长阳蒙桑、宜昌蒙桑、
保康蒙桑、保康鬼桑、竹山白桑、宣恩白桑、广东荆桑、姊归白
桑和兴山白桑。
图 1 基于 RAPD资料、邻接法、PHYLIP版本 3. 5,UPGMA聚类图谱
3 结论与讨论
基于 RAPD资料可知,新疆黑桑与浙江瑞穗桑遗传距离
最远,为 1. 015 9;保康鬼桑与保康蒙桑、四川川桑与钦州长
果桑遗传距离最近,为 0. 017 4。而基于 ITS资料遗传距离最
远的是构树与新疆黑桑 15. 7,大多数材料间遗传距离为 0。
而 RAPD资料遗传距离比较丰富,没有 2个材料间是完全相
同的,说明 RAPD资料遗传多态性高。
聚类图将供试材料聚为 2大支,第 1大支包括华桑和川
桑等,均为野生种;第 2 大支包括白桑、山桑、瑞穗桑和广东
桑等,栽培种均分在这 1 大支。但基于 RAPD 资料,将湖北
构树聚在第 1大支内,无法确定树根,而基于 ITS分支图,由
于设定湖北构树为外类群,在分支图中首先分出,确定湖北
919142卷 7期 陈祥平等 湖北省桑属植物亲缘关系 RAPD分析
构树为树根。基于 ITS分支图紧接分出的是新疆黑桑,确定
了新疆黑桑在桑属中为原始类型,而 RAPD资料聚类图新疆
黑桑被聚在第 1 大支,由于无法设定外类群,所以无法确定
新疆黑桑为原始类型。ITS 分支图将钦州长果桑、利川长穗
桑、咸丰长穗桑分在第 2大支首先分出,亲缘关系偏向白桑,
而 RAPD聚类图将神农架鸡桑、利川长穗桑和咸丰长穗桑聚
在第 1大支内,亲缘关系偏向华桑。
RADP技术以单个人工随机合成的寡核苷酸为引物(通
常为 10个核苷酸),进行 PCR扩增,扩增产物经琼脂糖凝胶
电泳,根据扩增条带的长度,形成不同的迁移率,在同一迁移
率,有条带为“1”,无条带为“0”,形成“0”“1”矩阵,用软件
计算遗传距离,再根据遗传距离进行聚类分析,形成聚类图,
分析亲缘关系。该遗传标记技术以检测 DNA片段长度多态
性为目的,用 DNA长度的多态性来推断生物的多样性,属等
位基因频率资料,多态性高,适合居群遗传多样性分
析[23 -26]。但 RAPD 资料在种间或属间片段长度并不同
源[27 -29],无法设定外类群。ITS为核糖体基因内转录间隔区
的差异,位点的变异往往能反映桑属种间的差异,宜假定外
类群,确定树根,进行分支分析。但 ITS 资料在桑属内变异
位点较少,并不能把所有桑种分开。因此,建议在研究桑属
的亲缘关系时,先用 ITS 进行粗略的分类,再用 RAPD 等遗
传标记进行细分是比较好的方法。
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0291 安徽农业科学 2014 年