2. 华南农业大学 华南农业博物馆筹建办公室,广东 广州 510642;
3. 广东省森林植物种质创新与利用重点实验室/华南农业大学 林学与风景园林学院,广东 广州 510642
2. Preparation Office of South China Agricultural Museum, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China;
3. Guangdong Key Laboratory for Innovative Development and Utilization of Forest Plant Germplasm/College of Forestry and Landscape Architecture, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China
苦楝Melia azedarach又名翠树、楝树、紫花树、森树等,为楝科楝属落叶乔木,分布于中国、韩国、日本、印度、斯里兰卡、印度尼西亚和澳大利亚等地,欧洲、美洲也有栽培[1]。苦楝生长速度快、木材材质优良、纹理美丽,易加工,可用于家具、建筑、农具、船舶、乐器等方面,木材抗白蚁、抗虫蛀、耐腐。苦楝耐烟尘、能大量吸收有毒有害气体,是优良的城市及工矿区绿化树种,也是我国南方四旁绿化常用树种[2-3]。苦楝的根、皮、花、果均可入药,也可作为植物源农药[4]。分子标记是继形态学标记、细胞学标记、生化标记之后最为可靠的遗传标记技术[5~6]。目前已有少量文献对部分苦楝种源的遗传多样性进行分析,程诗明[7]采用7对AFLP引物对分层随机抽样的8个群体240个个体基因组进行研究分析,共扩增得到658条清晰谱带,其中650条为多态性谱带,各群体多态位点百分率为51.4%~76.29%;陈羡德[8]利用筛选出的20个RAPD引物对15个不同来源的苦楝进行分析,20个随机引物共扩增出193条重复性好、清晰的谱带,其中多态性谱带共计189条,占97.9%。夏海涛[9]采用筛选出的24个简单重复序列间多态性(Inter-simple sequence repeat,ISSR)引物对13个种源苦楝优树DNA进行分析,共扩增出382个位点,多态位点百分率为98.43%,其中南宁和仓山种源的多态位点百分率最高,为54.97%,延平的多态位点百分率最低,为43.98%,说明13个种源苦楝的遗传多样性丰富。但是,苦楝分布广泛,以前的研究采样点偏少,不足以准确地反映全分布区苦楝的遗传多样性。本项研究从国内18个省(区、市)37个县(市)采集苦楝种子,并收集肯尼亚内罗毕苦楝种子,采取相关序列扩增多态性(Sequence-related amplified polymorphism, SRAP)分子标记方法进行遗传多样性分析。此外,SRAP分子标记结合了扩增片段长度多态性(Amplified fragment length polymorphism, AFLP)及随机扩增的多态性DNA(Random amplified polymorphic DNA, RAPD)各自的优点,方便快速,只需要极少量DNA材料,且不需要预先知道DNA序列信息,即可快速获得大量的信息,试验结果稳定可靠,且再现性较高,重复性较好[10~11]。
1 材料与方法 1.1 试验材料以国内全分布区的37个种源和肯尼亚内罗毕1个种源为对象进行苦楝SRAP遗传多样性分析,采种点地理位置及编号见表 1。试验材料采于广州市华南农业大学苗圃1年生苦楝,采集幼嫩枝条上嫩叶6~8片,低温保存用于提取DNA。
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表 1 苦楝材料及来源 Table 1 Materials and sources of Melia azedarach |
试验仪器主要有超微量紫外分光光度计(Thermo nanodrop 2000),PCR扩增仪(PTC-200),DYY-Ⅲ型恒压恒流电泳仪(北京六一仪器公司),凝胶成像系统(Bio-rad),高速离心机(Eppendorf)等。试验用TaqDNA聚合酶、dNTPs、Mg2+及100 bp DNA ladder等购自TaKaRa公司,琼脂糖和Gold View核酸染料购自广州鼎国生物科技有限公司,酚、三氯甲烷、乙醇、异丙醇、硫代硫酸钠、硼酸、甲醛、冰醋酸、硝酸银等其他试剂为国产分析纯。SRAP引物由上海生工生物工程有限公司合成,本研究所用引物序列见表 2。
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表 2 用于苦楝SRAP分析的引物序列 Table 2 Primer sequences used for SRAP analysis of Melia azedarach |
苦楝基因组DNA提取参照上海生工生物工程有限公司柱式基因组DNA提取试剂盒说明书。所提取的基因组DNA用8 g·L-1琼脂糖凝胶电泳检测质量,超微量紫外分光光度计检测浓度后稀释至50 ng·μL-1,置于-20 ℃条件下保存备用。通过单因子及正交试验建立并优化苦楝SRAP-PCR最佳反应体系为模板DNA 30 ng、dNTPs浓度0.125 mmol·L-1、Mg2+浓度2.25 mmol·L-1、引物浓度0.48 μmol·L-1、Taq DNA聚合酶0.75 U(25 μL)。SRAP-PCR反应程序为: 94 ℃预变性5 min;94 ℃变性1 min,35 ℃复性1 min,72 ℃延伸1 min,5个循环;94 ℃变性1 min,50 ℃复性1 min,72 ℃延伸1 min,30个循环;72 ℃延伸10 min。
1.4 数据统计与分析方法电泳结果统计时将具有相同迁移率的扩增片段,按0/1系统纪录,有带记为1,无带记为0,并参照标准Marker带估计扩增片段的大小,形成0/1矩阵。将图形资料转换成数据资料,并输入Excel 2007中建立0/1数据矩阵,使用NTSYS-pc2.10e软件计算遗传距离和相似系数,使用非加权平均法(UPGMA)进行聚类分析。
2 结果与分析 2.1 SRAP扩增多态性条带统计本研究采用20对SRAP引物对苦楝38个不同种源进行扩增,分析结果见表 3。由表 3可知,引物扩增条带多数集中在100~1 500 bp之间,20对引物组合对全部样品进行分析,共扩增出247条带,其中多态性条带101条,平均多态性百分率为40.89%。20对引物扩增的条带数从5条(Me11/Em29)到17条(Me20/Em7)不等,平均为12.1条。多态性条带的数量从1条(Me11/Em29、Me6/Em29)到12条(Me20/Em7)不等,多态性比率最高的引物组合为Me24/Em14(88.89%),其次为Me20/Em7(70.59%)、Me1/Em9(60.00%);多态性比率最低的引物组合为Me6/Em29(12.50%),总体而言,引物多态性比率较高。
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表 3 SRAP引物组合扩增信息分析 Table 3 Analysis of amplification with SRAP primer combination |
多态性信息量(Polymorphism information content,PIC)是用来衡量不同引物对反应多态性高低的程度,20对引物组合的PIC为0.188~0.488,其中Me1/Em9扩增引物总条带数(15条)、多态性条带数(9条)以及PIC(0.387)均较高,该引物组合可以成为苦楝SRAP分子标记的骨干引物[12],20对引物的平均PIC为0.299,介于0.25~0.50之间,说明所选的SRAP引物可以很好地反映苦楝的遗传多样性[13]。引物Me1/Em9的扩增图谱见图 1。
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图 1 Me1/Em9引物对苦楝群体材料的扩增聚丙烯电泳图 Figure 1 Amplified products of samples from different provenances of Melia azedarach on polyacrylamide gels with the primer combination of Me1/Em9 M:100 bp DNA ladder;1~38分别为种源编号A04、A09、B01、B03、B04、B06、C02、C03、C04、C10、D01、D05、E01、E02、E03、F01、F04、G01、G03、H03、H06、I01、I02、J01、J02、J03、K01、K02、L01、M01、M02、O01、P03、P04、Q01、Q02、U01、Z01的DNA。 |
根据SRAP标记分析结果,对苦楝38个种源间基于Nei’s的遗传距离进行UPGMA聚类分析,从聚类分析结果(图 2)可知,以0.350为阈值,38个种源可以分为7类,A04、A09、B01、B04、B06、C02、C03、C10、H03、H06、Z01为第1类,这一类主要分布在海南、广东、广西等地理位置偏南的地区,其中肯尼亚内罗毕的种源Z01也在这一类;B03、E02、E03、F01、F04、I01、J01、J02、K02为第2类,这一类主要分布在广东、福建、浙江、江苏东部沿海省份;E01、G01、G03、I02、J03、K01、L01、M02、P03、P04、U01为第3类,主要分布在湖南、湖北、陕西、河北等地;D01、D05、M01为第4类,主要为云南种源;Q01、Q02为第5类,来自甘肃。O01和C04各为一类,分别来自河南内乡和广西永福。
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图 2 SRAP标记的38个苦楝种源UPGMA聚类图 Figure 2 UPGMA clustering dendrogram of 38 Melia azedarach provenances with SRAP markers |
本试验从783对引物组合中筛选获得多态性较好的引物组合20对,这些引物组合多态性百分率平均为40.89%,PIC平均为0.299,说明SRAP分子标记可以较好地应用于苦楝的遗传多样性分析[13],并为充分开发、利用苦楝资源及完善苦楝遗传背景分析奠定基础。通过本试验开发出了多态性比率和PIC均较高的可用于苦楝SRAP分析的骨干引物(Me4/Em5、Me1/Em9),可将大部分种源划分为准确的类型,为快速分析苦楝不同种源提供了方法。
根据SRAP标记分析结果,以0.350为阈值,可将38个苦楝种源划分为7类。其中,O01和C04各为一类,分别来自河南内乡和广西永福。由于这2类仅各含1个种源,代表性不强,为稳妥起见,河南内乡和广西永福暂不独立成类,将其余的36个种源,划分5个类群。苦楝种源类群划分有明显的地理趋势和气候生态特征。例如第1类群的种源来自海南、广东、广西等偏南省份,属于纬度较低,沿海地区的苦楝,这些地方水热条件充足。肯尼亚内罗毕种源聚在此类,这可能因为当地气候条件与我国两广、海南岛的气候更相似;第2类群种源主要分布在广东、福建、浙江、江苏东部沿海省份,其气温和降水量普遍低于第1类种源地;第3类群种源主要分布在湖南、湖北、陕西、河北等地,其气温和降水量低于第2类种源地;第4、5类群分别为云南、甘肃种源,两地区的气候差异很大,与前3类也有较大差异。
将该聚类结果与苦楝果核及种子性状做比对[14],果实主要表型特征为第1类的果实种子形态较小且质量较轻、棱粒较小;第2类的果实果核棱纹明显、果核单果棱数及粒数较少;第3类的果实种子较宽,果核形态近球形且棱纹不明显;第4类的果实种子形状较大且质量较重,果核皮较厚,果核单果棱数较多,但种粒数较少;第5类的果实果核和种子的质量及形态较大,核果皮较厚且棱纹较明显,果核单果棱数及粒数较多。
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