21个日本牡丹品种DNA指纹图谱构建与EST—SSR标记遗传多样性分析

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  摘要:采用EST-SSR标记构建中国常熟尚湖牡丹园引栽的21个日本牡丹品种DNA指纹图谱并进行遗传多样性分析。以筛选出的10对多态性高、稳定性好且在染色体上分布均匀的引物作为核心引物,构建日本牡丹21个品种DNA指纹图谱,用NTSYS-PCV2.10软件分析遗传多样性。结果表明,10对EST-SSR引物在21份材料中共扩增出47个多态性基因型,平均每对引物扩增4.7个,变幅1~11个;10对引物的多态性频率(FP)平均值为0.522,变幅0227~0.950;筛选出的2对核心引物可以将21个牡丹品种完全区分,以遗传相似系数0.55为阈值可将21个供试牡丹品种分成2类。由结果可知,EST-SSR标记在供试牡丹品种间多态性差异较大,适合用于牡丹的DNA指纹图谱的构建。
  关键词:EST-SSR;DNA指纹图谱;遗传多样性;牡丹品种
  中图分类号: S685.11文献标志码: A文章编号:1002-1302(2015)09-0050-04
  收稿日期:2014-09-21
  基金项目:江苏农业科技支撑计划(编号:BE2011445);江苏省大学生实践创新训练计划(编号:201310333032Y);江苏省苏州市科技计划(编号:SZS201102、SYN201110、SNG201323);苏州市吴江区科技计划(编号:WN201311、WN201317);江苏省常熟市科技计划(编号:CS201205)。
  作者简介:孙嘉磊(1992—),男,江苏太仓人,研究方向为植物资源利用开发。
  通信作者:杨志刚,硕士,副教授,从事天然产物研究与开发。Tel:(0512)52251562;E-mail:zhigangyang77@sina.cn。牡丹(Paeonia suffruticosa Andrews.)花大色艳,花香袭人,有“国色天香”之美誉,深受人们喜爱。关于DNA指纹技术在牡丹品种鉴别上的应用,前人做了很多研究。朱红霞利用AFLP标记对牡丹品种的分类进行了初步探索[1]。Hosoki等利用RAPD标记技术对牡丹品种和野生牡丹品种的DNA序列进行了尝试性分析[2]。由于技术比较成熟,以微卫星序列为基础的SSR标记成为当前植物品种DNA指纹图谱数据库的首选标记[3]。李保印利用SSR标记技术研究中原牡丹品种初级核心种质和遗传多样性,并建立了核心种质[4]。王淼等研究讨论了牡丹品种的SSR-PCR反应条件[5]。SSR分子标记技术可以用来区分牡丹品种,这是不容争辩的事实[6],近年来EST(expressed sequence tages)发展十分迅速,而EST-SSR与其他鉴别途径相比,是一种相对准确、简便、经济的途径[7]。Temnykh 等研究显示,他们所发现的牡丹EST-SSR位点绝大多数都具有多态性潜能[8]。张艳丽等以6个滇牡丹不同花色类群DNA为模板,对EST-SSR引物进行了筛选[9]。
  牡丹品种的起源地在中国,在中国牡丹园艺栽培不断发展的同时,日本也早就开始进行牡丹园艺品种的杂交培育和引种工作,形成了具有地方特色的牡丹品种群[10],而目前针对国内引栽的日本品系牡丹开展DNA指纹图谱构建及遗传多样性的研究还未见报道。本研究采用EST-SSR标记构建中国常熟尚湖牡丹园21份日本品系牡丹品种的DNA指纹图谱并进行遗传多样性分析,以期为牡丹品种DNA指纹鉴定提供技术支持。
  1材料与方法
  1.1供试材料
  21份牡丹品种为中国常熟尚湖牡丹园引栽的日本牡丹品种,详见表1。
  表1供试21份日本牡丹主栽品种概况
  编号品种名称花色编号品种名称花色1岛锦复色12岛大臣紫2岛辉红13金晃黄3日暮红14海黄黄4百花选红15玉廉白5火鸟红16连鹤白6花王深银红17黑龙锦墨紫7芳纪火红18新扶桑白8新日月红19八千代椿银红9红辉狮子大红20吉野川粉10花竞粉21紫晃粉11皇嘉门黑紫
  1.2DNA提取
  按照CTAB法提取牡丹基因组DNA,操作流程如下:(1)在研钵中加入100 mg牡丹叶片样品和700 μL CTAB提取液,充分研磨;(2)转移混合液至1.5 mL离心管中,65 ℃水浴 30 min,每隔5 min振荡混匀;(3)取出离心管,冷却到室温后,于8 000 r/min离心2 min;(4)取出离心管,将上清液转移至1.5 mL离心管中,加入等体积三氯甲烷混匀,振荡10 min;(5)12 000 r/min常温离心10 min;(6)转移上清液至1.5 mL离心管中,加等体积异丙醇,混匀后静置10 min,于 12 000 r/min 离心10 min,弃上清液,用70%~75%乙醇漂洗沉淀2次,在超净工作台上吹干;(7)加50 μL ddH2O,将沉淀DNA溶解后于4 ℃冰箱保存备用。
  1.3引物信息
  以张艳丽等对滇牡丹不同花色类群开发的10对EST-SSR引物[9]作为本研究的候选引物(表2),引物均由生工生物工程(上海)股份有限公司合成,用聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)纯化。
  20 μL反应液中包括10×PCR buffer、0.1 mmol/L dNTP、1 U Taq DNA聚合酶、1.5 mmol/L Mg2 、50 ng DNA模版和 03 μmol/L EST-SSR引物。反应程序:94 ℃预变性 4 min;94 ℃变性1 min,55 ℃退火60 s,72 ℃延伸1 min,共35个循环;72 ℃延伸10 min。PCR扩增产物选用60 g/L非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳分离,36 W电泳3 h。参考王凤格等的快速银染法[11]并稍加修改:50%乙醇、2.5%冰乙酸组成的固定液固定5 min;双蒸水快速漂洗1次;0.2%AgNO3染色5 min;15% NaOH、0.4%甲醛组成的显影液显影;固定液定影。   1.5数据分析
  根据EST-SSR扩增产物在电泳凝胶上的相对位置,观察稳定且易于辨别的差异性条带,选出具有多态性的引物,记录并进行统计分析,建立其DNA指纹图谱。统计每对引物扩增的条带数,计算多态性频率(frequency of polymorphism,FP)。用Excel计算物种间相似系数(GS)和遗传距离指数(D),根据所得遗传系数矩阵用NTSYS2.1软件进行统计分析并作聚类分析图。
  2结果与分析
  2.1EST-SSR标记多态性分析
  10对EST-SSR引物及相应产物片段信息见表2。用10对SSR标记引物在21份供试品牡丹中共检测到47个多态性基因型(表3),每对引物的基因型数不等,变幅为1~11个,平均4.7个,这些引物对所有供试材料的扩增结果重复性好、特异性高、条带清晰且多态性丰富(图1)。其中引物P10扩增的基因型最多,为11个;P1基因型最少,为1个,多态性最差。10对SSR引物的FP值平均为0.521,其中FP值最大为P1的0.950,其次是P6的0.607,最小为P8的0.277。各标记的多态性存在明显的差异,多态性位点多且FP值越高,表明相应标记对牡丹品种的鉴别能力越好,如P10。
  表3EST-SSR引物扩增的信息
  位点重复基元基因型数(个)FP值P1(CTC)410.950P2(GCA)470.523 P3(AAG)420.440 P4(TTAA)330.467P5(TCTCGC)370.538 P6(AGA)530.607 P7(CATTT)370.349 P8(ACTGA)340.277 P9(CAC)420.523P10(GGT)4110.542
  2.2DNA指纹图谱分析
  采用上述10对EST-SSR引物对21个品种进行指纹分析,挑选出多态性相对丰富的引物进行组合鉴别,选择P5、P10共2对核心引物进行组合就可将21份供试牡丹品种完全区分开(表4)。其中用P10扩增出的特征谱带可鉴定出红辉狮子、百花选、芳纪、海黄、火鸟、新日月、岛大臣、金晃、黑龙
  表421个牡丹品种的DNA指纹图谱
  表示有电泳条带,0表示无电泳条带。品种编号同表1。
  锦、八千代椿10个品种;用引物P5扩增出的特征谱带可区分鉴定出岛辉与日暮、岛锦与花王、花竞与连鹤、皇嘉门与新扶桑、玉廉与紫晃等。
  2.3遗传多样性分析
  通过计算遗传系数矩阵,利用NTsys软件绘制聚类分析图(图2),结果表明,21个日本牡丹品种间遗传相似系数变异范围在0.21~0.84之间。以遗传相似系数0.55为阈值,可以将21种牡丹品种分为2大类:第1类包括百花选、花竞、火鸟、红辉狮子、芳纪、连鹤、黑龙锦、新扶桑、新日月、岛大臣、金晃、黄嘉门和八千代椿共13个牡丹品种;第2类包括岛锦、岛辉、日暮、玉廉、海黄、紫晃、吉野川和花王8个牡丹品种。以遗传系数0.65为阈值,又可以将21个品种分为5个类群:第1类群包括芳纪、连鹤、黑龙锦、新扶桑、新日月、岛大臣、金晃、皇嘉门和八千代椿9个品种;第2类群包括百花选、花竞、火鸟和红辉狮子4个品种;第3类群只有花王1个品种;第4类群包括海黄、紫晃和吉野川3个品种;第5类群包括岛锦、岛辉、玉廉和日暮4个品种。
  3讨论
  本试验以中国常熟尚湖牡丹园引栽的日本牡丹品种为研究对象,拟构建尚湖牡丹园日本牡丹品种的DNA指纹数据库,在分子水平上给每个引栽品种1个能准确表明其身份的指纹信息,从而实现DNA指纹技术应用于牡丹品种鉴定、引种。引物组合法通过不同的有限组合,可以大大提高引物的鉴别能力[12-13],本研究采用2对引物进行组合鉴别可将21份日本牡丹品种完全区分开,随着品种数量的进一步增加,这2个引物组合的鉴别能力可能会逐渐降低,可根据实际情况适当增加引物组合的数量。多对核心引物组合构建的指纹图谱相比2个引物组合所代表的DNA水平上的信息量更丰富、更全面、更准确,具有更强的品种鉴别能力,适用于更大牡丹品种DNA指纹数据库的构建需要。
  本研究的遗传多样性分析表明,引栽的21个日本牡丹品种间的遗传相似系数介于0.21~0.84之间,品种间存在较复杂的遗传差异。聚类分析表明,百花选、花竞、火鸟、红辉狮子、芳纪、连鹤、黑龙锦、新扶桑、新日月、岛大臣、金晃、黄嘉门和八千代椿等品种聚合在一起,可能来自于同一起源;岛锦、岛辉、日暮、玉廉、海黄、紫晃、吉野川和花王等品种相互间亲缘关系较近。
  参考文献:
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