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花吊丝竹(Dendrocalamus minor var. amoenus)属于竹亚科(Bambusoideae)牡竹属(Dendrocalamus)吊丝竹(Dendrocalamus minor )变种的丛生竹,其竿有异色条纹,外形美观,可作庭园观赏竹,亦可劈篾编结竹席、箩筐等竹器[1],广泛分布于我国广东、广西、贵州、福建等地。丛生竹林在生物固碳领域也有巨大作用,同等面积下的竹林较树林可多释放出35%的氧气,具有很好的生态效益[2]。由于花吊丝竹具有繁殖生长快、根系发达、蓄水保土、适应性广等特性,在我国南方沿海沙地进行引种,与木麻黄、马尾松进行混交种植形成沿海防护林,可以起到防风固沙效果;同时,ISSR分子标记为花吊丝竹防护林的保护策略提供重要的遗传信息。引种具有较高遗传多样性的花吊丝竹居群可以增加它们各自群体间的基因交流和遗传多样性水平,为种质资源保育提供理论指导。
目前,国内外关于花吊丝竹的研究报道,主要为组织培养、生理生化、栽培技术、蛋白组学的研究[3-9],而利用ISSR分子标记技术对该竹种进行遗传多样性的研究尚未见报道。本研究采用ISSR分子标记技术对引种自福建、广西、广东地区花吊丝竹种质资源的3个居群遗传多样性进行研究,以期为花吊丝竹的种源区域划分、沿海沙地适地种源发掘提供理论基础。
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2016年9月于福建省东山国有赤山林场花吊丝竹种源试验样地每株采集幼嫩叶片3~5片,洗净放入自封袋并冰袋保存,其中,供试的花吊丝竹3个居群48个样本,置于-80℃冰箱,以备DNA提取。样品详细信息见表 1。
表 1 48份花吊丝竹种质材料
Table 1. Sampling locations of the 48 Dendrocalamus minor var. amoenus accessions
编号
No.代号
accession采样地点
population采样地点小地名
location纬度 N
Latitude经度 E
Longitude1~3 WL 福建 龙岩武平 25°01′ 116°01′ 4~6 YS 福建 三明永安 25°98′ 117°37′ 7~9 HZ 福建 漳州华安 25°02′ 117°53′ 10~12 DZ 福建 漳州东山 23°07′ 117°43′ 13~15 MH 福建 福州闽侯 26°16′ 119°14′ 16~18 XXN 广西 南宁西乡塘 22°50′ 108°17′ 19~21 LN 广西 南宁良庆 22°45′ 108°19′ 22~24 WN 广西 南宁武鸣 23°17′ 108°27′ 25~27 XN 广西 南宁兴宁 22°48′ 108°22′ 28~30 MN 广西 南宁马山 23°72′ 108°17′ 31~33 PC 广西 崇左凭祥 22°12′ 106°75′ 34~36 CG 广东 广州从化 23°55′ 113°58′ 37~39 LG 广东 广州萝岗 23°11′ 113°28′ 40~42 YQ 广东 清远英德 24°18′ 113°04′ 43~45 NZ 广东 中山南区 22°52′ 113°38′ 46~48 TD 广东 东莞塘厦 22°81′ 114°07′ -
采用博日公司Biospin植物基因组DNA抽提试剂盒提取花吊丝竹叶片的基因组DNA,将提取出的DNA用紫外分光光度计检测其浓度、纯度,再用琼脂糖凝胶电泳检测DNA的完整性及是否有降解现象。将DNA样品浓度稀释到20 ng·μL-1并置于-20℃冷藏备用。
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利用最佳反应体系和程序,将提取出的花吊丝竹基因组DNA,分别与100条引物(参考哥伦比亚大学公布的100条引物,由上海生工合成)进行ISSR-PCR扩增,按照重现性好、多态性高、条带清晰的原则进行筛选。
ISSR-PCR反应体系:20 μL的反应液中含2.5 mmol·L-1 Mg2+,0.25 mmol·L-1 dNTPs,1.50 U Taq DNA聚合酶,0.5 μmol·L-1引物,80 ng模板DNA,2 μL 10xBuffer,9.5 μL ddH2O。反应扩增程序为:94℃预变性5 min;94℃变性45 s。52.7℃退火30 s,72℃延伸90 s,40个循环;72℃延伸10 min,4℃保存。取9 μL的PCR产物与1.5 μL 6xloading Buffer混匀,上样到加有核酸染料的1.5%琼脂糖凝胶上,电泳1 h,电压设为5 v·cm-1。待电泳时间结束, 到紫外凝胶成像分析仪观察和拍照。
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经过电泳分离后,凝胶上的同一位置出现的条带属于同一位点,对所得的扩增结果进行记录,以1代表有条带,0代表无条带,建立一个二元0—1矩阵,输入到Excel表格中。借助POPGENE32软件得出种群内和种群间遗传多样性参数,进行遗传多样性分析,再使用SPSS13.0对数据进行处理,根据遗传距离采用UPGMA进行聚类分析,绘制成ISSR树状聚类图。
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筛选出的12条高重复性、多态性、稳定性的ISSR引物见表 2,12条引物共扩增出124个清晰位点并且平均每条引物扩增出10.3位点,其中,多态性位点达102个,占总位点的82.26%。DNA片段大小在200~2 200 bp,位点数为7~13个,其中, 引物UBC828,UBC829扩增出的多态性条带最多(88.89%),引物UBC827和UBC836扩增多态性百分比最低(76.92%)。
表 2 基于花吊丝竹ISSR分析引物
Table 2. ISSR primers used to analyze Dendrocalamus minor var. amoenus accessions
引物编号
primer序列
Sequence退火温度
Tm/℃总位点数
Number of bands scored多态性位点
Number of polymorphic bands多态条带百分率
PPB/%UBC807 (AG)8T 46.4 13 11 84.62 UBC810 (GA)8T 44.9 12 10 83.33 UBC811 (GA)8C 46.7 11 9 81.82 UBC826 (AC)8C 52.6 10 8 80.00 UBC827 (AC)8G 52.9 13 10 76.92 UBC828 (TG)8A 50.8 9 8 88.89 UBC829 (TG)8C 53.2 9 8 88.89 UBC836 (AG)8YA 48.4 13 10 76.92 UBC840 (GA)8YT 47.0 11 9 81.82 UBC844 (GT)8RC 48.6 7 6 85.71 UBC846 (CA)8RT 51.4 9 7 77.78 UBC847 (CA)8RC 53.1 7 6 85.71 总和Total 124 102 均值Mean 10.3 8.5 82.70 -
利用POPGENE32基因软件对48个花吊丝竹样本扩增结果进行遗传多样性分析, 48个样本平均等位基因数(Na)= 1.822 6,平均有效等位基因(Ne)= 1.344 1,Ne’基因多样性指数(He)为0.220 4,Shannon’s信息指数(I)分别为0.349 4, 多态性百分比(PPB)= 82.26%。
3个居群遗传多样性水平:平均等位基因数(Na)= 1.502 7, 平均有效等位基因(Ne)= 1.365 6,Ne’基因多样性指数(He)为0.206 6,Shannon’s信息指数(I)分别为0.300 5, 多态性百分比(PPB)= 50.27%。福建居群遗传多样性最高, 平均等位基因数(Na)= 1.758 1,平均有效等位基因(Ne)= 1.516 3,Ne’基因多样性指数(He)= 0.298 7,Shannon多样性指数(I)= 0.438 8,多态性百分比(PPB)= 75.81%;最低是在广东居群,平均等位基因数(Na)= 1.346 8,平均有效等位基因(Ne)= 1.269 5,Ne’基因多样性指数(He)= 0.149 3,Shannon多样性指数(I)= 0.215 0,多态性百分比(PPB)= 34.68%(表 3)。
表 3 花吊丝竹居群遗传多样性
Table 3. Genetic diversity between populations of Dendrocala musminor var. amoenus
代号
Pop ID居群
population平均等位基因数
Na平均有效等位基因
Ne基因多样性指数
He香农信息指数
I多态条带百分率
PPB/%1 福建 1.758 1 1.516 3 0.298 7 0.438 8 75.81 2 广西 1.403 2 1.310 9 0.171 8 0.247 7 40.32 3 广东 1.346 8 1.269 5 0.149 3 0.215 0 34.68 均值Mean 1.502 7 1.365 6 0.206 6 0.300 5 50.27 -
3个居群总的遗传多样性(Ht)= 0.246 9,居群内遗传多样性(Hs)= 0.206 6,根据Nei’s遗传多样性计算出不同居群分化水平(Gst)= 0.163 3,表明16.33%的遗传变异存在于居群间,居群内的遗传变异为83.67%。3个居群的基因流Nm为2.562 1,说明居群间存在较大基因流,很大程度减少居群间遗传差异(表 4)。
表 4 3个居群的Nei’s遗传多样性变异分析
Table 4. Nei's analysis of genetic variation of the three populations
居群总遗传多样性
Ht居群内遗传多样性
Hs遗传分化水平
Gst基因流
Nm均值Mean 0.246 9 0.206 6 0.163 3 2.562 1 标准偏差SD 0.032 0 0.027 8 -
遗传距离越小则遗传相似系数越大,亲缘关系越近,竹种间的差异程度越小。利用POPGENE32软件分析,获得了居群间遗传距离和遗传相似系数。
48个花吊丝竹种质中,龙岩武平与南宁武鸣之间以及龙岩武平与中山南区之间遗传距离最大为0.928 5,遗传一致度最小,分化程度最高;而广州从化采样地内的2个种质以及东莞塘厦与广州从化之间遗传距离最小为0,遗传一致度最大,几乎不存在分化现象。最大遗传相似系数为1(东莞塘厦与广州从化之间以及广州从化采样地内的2个种质之间),最小遗传相似系数为0.395 2(龙岩武平与南宁武鸣之间以及龙岩武平与中山南区之间),结果显示:遗传距离和遗传相似系数保持高度一致,说明花吊丝竹种质中东莞塘厦与广州从化之间的亲缘关系最近,龙岩武平与南宁武鸣之间以及龙岩武平与中山南区之间的亲缘关系最远。
居群水平上,广西地区与广东地区花吊丝竹亲缘关系最近,遗传距离为0.012 8,遗传相似系数为0.987 2,亲缘关系最远,遗传距离为0.100 3,遗传相似系数为0.904 6。结果显示:居群间存在一定的遗传变异,但变异程度不会很大,具有较高的遗传相似性。
根据遗传距离采用UPGMA方法进行聚类,对扩增结果形成的基因型原始数据矩阵,利用SPSS13.0软件分析各竹种亲缘关系,建立ISSR种质和居群聚类图(图 1、图 2),48个花吊丝竹种质被划分为3组,3个花吊丝竹居群可分为2组。说明3种质间和居群间的遗传距离与地理距离及居群间的遗传分化程度无显著相关性。
花吊丝竹居群遗传多样性的ISSR分析
Genetic Diversity Analysis of Dendrocalamus minor var. amoenus Populations Based on ISSR Markers
-
摘要:
目的 研究花吊丝竹居群遗传多样性和遗传结构,为种质资源有效利用和良种选育提供理论指导。 方法 利用12条ISSR引物对48份种质(共3个居群)花吊丝竹居群进行遗传多样性和遗传距离分析。 结果 共检测到124个位点,其中,多态性位点为102个,种质和居群水平上的多态位点百分比(PPB)分别为82.26%和50.27%,Ne'基因多样性指数(He)分别为0.220 4和0.206 6,Shannon's信息指数(I)分别为0.349 4和0.300 5,表明花吊丝竹居群间存在中等水平的遗传变异。根据Nei's遗传多样性计算出不同居群间分化水平(Gst)=0.163 3,表明16.33%的遗传变异存在于居群间,居群内的遗传变异为83.67%。居群间的基因流Nm为2.562 1,表明花吊丝竹居群间存在较大基因流,很大程度减少居群间遗传差异。基于遗传距离的UPGMA聚类结果表明,48份种质可分为3组,3个居群可分为2组,居群间地理距离与亲缘关系无显著相关性。 结论 虽然花吊丝竹主要靠营养生殖来繁衍后代,其居群遗传多样性较丰富,且居群内遗传多样性大于居群间。此外,福建居群遗传多样性明显高于广西和广东地区居群。 Abstract:Objective To reveal the genetic diversity and genetic structure of Dendrocalamus minor var. amoenus populations and provide useful information on effective utilization of germplasm resources and elite breeding. Method The genetic diversity and genetic distance of 48 D. minor var. amoenus individuals from 3 populations were analyzed by using 12 ISSR primers. Result A total of 124 loci were identified, of which 102 loci were polymorphism, accounting for 82.26%, Nei's ISSR diversities (He) at the species and population level were 0.220 4 and 0.206 6, respectively, the Shannon's information index (I) were 0.349 4 and 0.300 5, indicating that D. minor var. amoenus possessed medium level of genetic diversity. The variance within populations was the main part of the genetic variation according to Gst analysis. The level of gene flow (Nm) was calculated as 2.562 1 individuals per generation within the 3 populations, indicating that the majority of genetic variation occurred within populations. The UPGMA tree based on genetic distance (D) indicated that 48 individuals could be divided into 3 types and 3 populations could be clustered into 2 groups. The clustering in this dendrogram was not consistent with the geographical distribution, suggesting that there was no obvious correlation between genetic distance and geographic distance of populations. Conclusion Analysis of 3 populations based on the index of the Nei's genetic diversity showed that the genetic diversity of D. minor var. amoenus individuals is abundant though it is an asexual plant. The genetic diversity of species within populations is higher than that among populations. Fujian's population shows the highest level of genetic diversity and it should be a priority for protection. -
Key words:
- Dendrocalamus minor var.amoenus
- / genetic diversity
- / ISSR
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表 1 48份花吊丝竹种质材料
Table 1. Sampling locations of the 48 Dendrocalamus minor var. amoenus accessions
编号
No.代号
accession采样地点
population采样地点小地名
location纬度 N
Latitude经度 E
Longitude1~3 WL 福建 龙岩武平 25°01′ 116°01′ 4~6 YS 福建 三明永安 25°98′ 117°37′ 7~9 HZ 福建 漳州华安 25°02′ 117°53′ 10~12 DZ 福建 漳州东山 23°07′ 117°43′ 13~15 MH 福建 福州闽侯 26°16′ 119°14′ 16~18 XXN 广西 南宁西乡塘 22°50′ 108°17′ 19~21 LN 广西 南宁良庆 22°45′ 108°19′ 22~24 WN 广西 南宁武鸣 23°17′ 108°27′ 25~27 XN 广西 南宁兴宁 22°48′ 108°22′ 28~30 MN 广西 南宁马山 23°72′ 108°17′ 31~33 PC 广西 崇左凭祥 22°12′ 106°75′ 34~36 CG 广东 广州从化 23°55′ 113°58′ 37~39 LG 广东 广州萝岗 23°11′ 113°28′ 40~42 YQ 广东 清远英德 24°18′ 113°04′ 43~45 NZ 广东 中山南区 22°52′ 113°38′ 46~48 TD 广东 东莞塘厦 22°81′ 114°07′ 表 2 基于花吊丝竹ISSR分析引物
Table 2. ISSR primers used to analyze Dendrocalamus minor var. amoenus accessions
引物编号
primer序列
Sequence退火温度
Tm/℃总位点数
Number of bands scored多态性位点
Number of polymorphic bands多态条带百分率
PPB/%UBC807 (AG)8T 46.4 13 11 84.62 UBC810 (GA)8T 44.9 12 10 83.33 UBC811 (GA)8C 46.7 11 9 81.82 UBC826 (AC)8C 52.6 10 8 80.00 UBC827 (AC)8G 52.9 13 10 76.92 UBC828 (TG)8A 50.8 9 8 88.89 UBC829 (TG)8C 53.2 9 8 88.89 UBC836 (AG)8YA 48.4 13 10 76.92 UBC840 (GA)8YT 47.0 11 9 81.82 UBC844 (GT)8RC 48.6 7 6 85.71 UBC846 (CA)8RT 51.4 9 7 77.78 UBC847 (CA)8RC 53.1 7 6 85.71 总和Total 124 102 均值Mean 10.3 8.5 82.70 表 3 花吊丝竹居群遗传多样性
Table 3. Genetic diversity between populations of Dendrocala musminor var. amoenus
代号
Pop ID居群
population平均等位基因数
Na平均有效等位基因
Ne基因多样性指数
He香农信息指数
I多态条带百分率
PPB/%1 福建 1.758 1 1.516 3 0.298 7 0.438 8 75.81 2 广西 1.403 2 1.310 9 0.171 8 0.247 7 40.32 3 广东 1.346 8 1.269 5 0.149 3 0.215 0 34.68 均值Mean 1.502 7 1.365 6 0.206 6 0.300 5 50.27 表 4 3个居群的Nei’s遗传多样性变异分析
Table 4. Nei's analysis of genetic variation of the three populations
居群总遗传多样性
Ht居群内遗传多样性
Hs遗传分化水平
Gst基因流
Nm均值Mean 0.246 9 0.206 6 0.163 3 2.562 1 标准偏差SD 0.032 0 0.027 8 -
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