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樟科16个树种木材的RAPD与ISSR分子鉴别

骆嘉言 王英 钟文翰 刘海冲 蒋火俊

骆嘉言, 王英, 钟文翰, 刘海冲, 蒋火俊. 樟科16个树种木材的RAPD与ISSR分子鉴别[J]. 浙江农林大学学报, 2017, 34(5): 942-948. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2017.05.023
引用本文: 骆嘉言, 王英, 钟文翰, 刘海冲, 蒋火俊. 樟科16个树种木材的RAPD与ISSR分子鉴别[J]. 浙江农林大学学报, 2017, 34(5): 942-948. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2017.05.023
LUO Jiayan, WANG Ying, ZHONG Wenhan, LIU Haichong, JIANG Huojun. Establishment of RAPD and ISSR markers for wood identification of 16 species of Lauraceae[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2017, 34(5): 942-948. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2017.05.023
Citation: LUO Jiayan, WANG Ying, ZHONG Wenhan, LIU Haichong, JIANG Huojun. Establishment of RAPD and ISSR markers for wood identification of 16 species of Lauraceae[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2017, 34(5): 942-948. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2017.05.023

樟科16个树种木材的RAPD与ISSR分子鉴别

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2017.05.023
基金项目: 

江苏高校优势学科建设工程资助项目 PAPD

江苏高校优势学科建设工程资助项目 2014-2017

详细信息

Establishment of RAPD and ISSR markers for wood identification of 16 species of Lauraceae

图(3) / 表(5)
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-10-28
  • 修回日期:  2017-01-05
  • 刊出日期:  2017-10-20

樟科16个树种木材的RAPD与ISSR分子鉴别

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2017.05.023
    基金项目:

    江苏高校优势学科建设工程资助项目 PAPD

    江苏高校优势学科建设工程资助项目 2014-2017

    作者简介:

    骆嘉言, 副教授, 从事木材学研究.E-mail:luojiayan@njfu.edu.cn

    通信作者: 王英, 从事木材科学与技术研究.E-mail:yingw823924@163.com
  • 中图分类号: S792.26

摘要: 采用随机扩增多态性(RAPD)和简单序列重复区间扩增多态性(ISSR)技术鉴别樟科Lauraceae16个树种。用改良十六烷基三甲基溴化铵-十二烷基硫酸钠(CTAB-SDS)法提取樟科16个树种192株(12株·种-1)木质部基因组DNA,用RAPD与ISSR技术对它们进行聚合酶链式反应(PCR)扩增。共筛选出8条RAPD引物与6条ISSR引物,8条RAPD引物共扩增出165条大小为100~2 000 bp的条带,其中多态性条带为153条,多态率为92.7%;6条ISSR引物共扩增出96条大小为100~2 000 bp的条带,其中多态性条带为86条,多态率为89.6%。通过1~2个引物扩增的多态性条带就可鉴别与区分参试的16个树种,为树种鉴定提供技术支持。

English Abstract

骆嘉言, 王英, 钟文翰, 刘海冲, 蒋火俊. 樟科16个树种木材的RAPD与ISSR分子鉴别[J]. 浙江农林大学学报, 2017, 34(5): 942-948. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2017.05.023
引用本文: 骆嘉言, 王英, 钟文翰, 刘海冲, 蒋火俊. 樟科16个树种木材的RAPD与ISSR分子鉴别[J]. 浙江农林大学学报, 2017, 34(5): 942-948. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2017.05.023
LUO Jiayan, WANG Ying, ZHONG Wenhan, LIU Haichong, JIANG Huojun. Establishment of RAPD and ISSR markers for wood identification of 16 species of Lauraceae[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2017, 34(5): 942-948. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2017.05.023
Citation: LUO Jiayan, WANG Ying, ZHONG Wenhan, LIU Haichong, JIANG Huojun. Establishment of RAPD and ISSR markers for wood identification of 16 species of Lauraceae[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2017, 34(5): 942-948. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2017.05.023
  • 樟科Lauraceae植物广泛分布于热带及亚热带地区,全世界约50属2 500~3 000种[1],中国有24属约430种。樟科树木是中国南方重要的经济林木,在林业、轻工、医药、园林绿化中均占有重要地位。楠属Phoebe和樟属Cinnamomum等木材被认为是优质木材,常用作建筑物的梁柱构件、棺椁、家具、箱盒等。樟科木材普遍含有油细胞或黏液细胞,是樟科木材的识别标识;但樟科各个属间及种间,木材结构特征相似,仅通过木材解剖结构特征很难区分。随机扩增多态性(RAPD)与简单序列重复区间扩增多态性(ISSR)是利用聚合酶链式反应(PCR)扩增进行检测的DNA标记[2],具备稳定性好、多态性丰富、成本低、操作简单、样品用量少等优点,因此,利用分子标记技术建立DNA指纹图谱被认为是鉴别树种的有力工具[3]。LANGE等[4]运用RAPD分子标记技术对巨桉Eucalyptu grandis12个无性系进行研究,发现通过其指纹图谱可以有效地鉴定12个巨桉无性系。CASTIGLIONE等[5]利用RAPD分子标记绘制了杨树Populus 32个无性系的指纹图谱,并对它们加以区分。GRAHAM等[6]运用RAPD分子标记技术研究悬钩子属Rubus的13种植物的分类状况。沈永宝等[7]采用ISSR标记技术,仅用2条ISSR引物就将银杏Ginkgo biloba 13个品种进行区分。侯渝嘉等[8]利用ISSR分子标记技术研究了茶树Camellia sinensis种质资源,结果表明:只要用其中任何1条引物即可区分14个茶树品种。李薇等[9]采用ISSR标记技术对6个美洲黑杨Populus deltoids品种进行鉴定,并用1条引物将它们区别。RAPD与ISSR分子标记技术在树种鉴定中被证实具有较强可靠性和稳定性。因此,本研究利用RAPD和ISSR分子标记技术对樟科16个树种进行鉴别,以期为樟科木材精确鉴别提供技术支持。

    • 本试验采集南京中山植物园樟科5属16种立木的新鲜枝条,12株·种-1,计192个样品(表 1)。

      表 1  实验用材信息

      Table 1.  Information of tested materials

      编号属名种名
      1楠属Phoebe浙江楠P.chekiangensis
      2楠属Phoebe紫楠P.sheareri
      3楠属Phoebe丰贞楠P.zhennan
      4楠属Phoebe闽楠P.bournei
      5楠属Phoebe湘楠P.hunanensis
      6润楠属Machilus滇润楠M.pingii
      7润楠属Machilus龙眼润楠M.oculodracontis
      8润楠属Machilus薄叶润楠M.leptophylla
      9山胡椒属Lindera山胡椒L.glauca
      10山胡椒属Lindera狭叶山胡椒L.angustifolia
      11山胡椒属Lindera黑壳楠L.megaphylla
      12山胡椒属Lindera江浙钓樟L.chienii
      13樟属Cinnamomum浙江樟C.chekiangense
      14樟属Cinnamomum樟树C.camphora
      15樟属Cinnamomum大叶樟C.septentrionale
      16月桂属Laurus月桂L.nobilis
    • 将去除树皮的枝条切成碎木屑,液氮研磨成粉,准确称量0.1 g木粉,采用改良十六烷基三甲基溴化铵-十二烷基硫酸钠(CTAB-SDS)法[10]提取基因组DNA;紫外分光光度计及质量分数为2%琼脂糖凝胶检测模板DNA的浓度和纯度,置于-20 ℃冰箱中备用。

    • 按照文献[11-15]选出ISSR引物42条(表 2),RAPD引物45条(表 3),对提取到的模板DNA进行PCR扩增。RAPD扩增反应体系:10×Taq缓冲液(含Mg2+)2.0 μL;10 mmol·L-1 dNTP Mixture 0.6 μL;10 μmol·L-1 RAPD引物3.0 μL;5×16.67 mkat·L-1 Taq DNA聚合酶0.2 μL;DNA模板2.0 μL;无菌水12.2 μL。PCR程序:94 ℃预变性5 min;94 ℃变性1 min,退火50 s,72 ℃延伸1 min,循环35次;72 ℃保温10 min。设定梯度退火温度34 ℃,36 ℃,38 ℃和40 ℃。ISSR扩增反应体系:10×Taq缓冲液(含Mg2+)2.0 μL;10 mmol·L-1 dNTP Mixture 0.8 μL;10 μmol·L-1 ISSR引物3.0 μL;5×16.67 mkat·L-1 Taq DNA聚合酶0.2 μL;DNA模板2.0 μL;无菌水12.0 μL。PCR程序:94 ℃预变性5 min;94 ℃变性40 s,退火40 s,72 ℃延伸2 min,循环35次;72 ℃保温10 min。设定梯度退火温度50 ℃,52 ℃,54 ℃和56 ℃。

      表 2  ISSR引物及其序列

      Table 2.  ISSR primers and sequences

      编号引物序列3´-5´
      811GAGAGAGAGAGAGAGAC
      812GAGAGAGAGAGAGAGAA
      815CTCTCTCTCTCTCTCTG
      818CACACACACACACACAG
      840GAGAGAGAGAGAGAGAYT
      841GAGAGAGAGAGAGAGAC
      842GAGAGAGAGAGAGAGAYG
      853TCTCTCTCTCTCTCTCRT
      854TCTCTCTCTCTCTCTCRG
      807AGAGAGAGAGAGAGAGT
      856ACACACACACACACACYA
      849GTGTGTGTGTGTGTGTYA
      881GGGTGGGGTGGGGTG
      835AGAGAGAGAGAGAGAGYC
      895AGAGTTGGTAGCTCTTGATC
      837TATATATATATATATART
      844CTCTCTCTCTCTCTCTRC
      836AGAGAGAGAGAGAGAGYA
      838TATATATATATATATARC
      858TGTGTGTGTGTGTGTGRT
      859TGTGTGTGTGTGTGTGRC
      871TATTATTATTATTATTAT
      872GATAGATAGATAGATA
      855ACACACACACACACACYT
      857ACACACACACACACACYG
      843CTCTCTCTCTCTCTCTRA
      830TGTGTGTGTGTGTGTGG
      874CCCTCCCTCCCTCCCT
      823TCTCTCTCTCTCTCTCC
      825ACACACACACACACACT
      808TATATATATATATATAG
      826ACACACACACACACACC
      827ACACACACACACACACG
      828TGTGTGTGTGTGTGTGA
      866CTCCTCCTCCTCCTCCTC
      891HVHTGTGTGTGTGTGTG
      860TGTGTGTGTGTGTGTGRA
      878GGATGGATGGATGGAT
      848CACACACACACACACARG
      873GACAGACAGACAGACA
      834AGAGAGAGAGAGAGAGYT
      880GGAGAGGAGAGGAGA

      表 3  RAPD引物及其序列

      Table 3.  RAPD primers and sequences

      编号引物序列3´-5´
      S2TCGGCAGCTG
      S8GTGACGTAGG
      S11CAATCGCCAT
      S12TCGGCGATAG
      S17GACCGCTTGT
      S22TGCCGAGCTG
      S35TTCCGAACCC
      S44GTGACATGCC
      S117GGTGACGCG
      S150CACCAGGTGA
      S397AGCCTGAGCC
      S377CCCAGCTGTG
      S187TCCGATGCTG
      S216TGGGCGTCAA
      S226ACGCCCAGGT
      S43GTCGCCGTCA
      S45TGAGCGGACA
      S60ACCCGGTCAC
      S66GAACGGACTC
      S68TGGACCGGTG
      S85CTGAGACGGA
      S86GTGCCTAACC
      S91TGCCCGTCGT
      S126GGGAATTCGG
      S130GGAAGCTTGG
      S222AGTCACTCCC
      S237ACCGGCTTGT
      S133GGCTGCAGAA
      S247CCTGCTCATC
      S285GGCTGCGACA
      S446CCACGGGAAG
      S461GTAGCACTCC
      S3CATCCCCCTG
      S21CAGGCCCTG
      S24AATCGGGCTG
      S28GTGACGTAGG
      S31CAATCGCCGT
      S40GTTGCGATCC
      S62GTGAGGCGTC
      S97ACGACCGACA
      S221TGACGCATGG
      S380GTGTCGCGAG
      S146AAGACCCCTC
      S167CAGCGACAAG
      S184CACCCCCTTG
    • 取扩增产物5.0 μL上样到质量分数为2%琼脂糖凝胶中电泳,电泳缓冲液为0.5×TBE,电压160 V,电泳40 min。电泳完毕后放入凝胶成像系统中观察并拍照。

    • 分析电泳图,读带时只记录清晰可辨的条带,排除模糊不清的条带。以16个树种为单元,统计同一树种12株同一位置上出现的共有条带,忽略同一树种不同样本间的差异条带,统计多态性位点,计算多态性比率,多态性比率(%)=(总条带数-共有条带数)/总条带数×100%。

    • 16个树种均取3个样本的基因组DNA进行电泳检测,发现所有条带清晰无弥散,点样孔清晰(图 1),说明基因组DNA完整性好;紫外分光光度计检测,DNA样品D(260/280)值为1.7~2.0,说明DNA样品纯度较好,满足本试验的要求。

      图  1  基因组DNA电泳检测结果

      Figure 1.  Electrophoresis figure of genomic DNA

    • RAPD-PCR扩增筛选出8条能扩增出清晰条带且多态性好的引物,并测得其最佳退火温度均是38 ℃(表 4)。共获得清晰可辨条带165条,其中多态性条带153条,多态性比率为92.7%,扩增的DNA片段长度集中在100 ~2 000 bp。平均每条引物扩增出20.6条带,其中19.1条具多态性。引物S91多态性最高,达到100%,引物S221最低,为83.3%。不同引物扩增的产物在多态性水平上的较大差异,表明参试的16个树种在分子水平上差异很大,具有丰富的遗传多样性。

      表 4  8条RAPD引物扩增结果

      Table 4.  Amplified results of 8 RAPD primers

      引物序号退火温度/
      总条带数/
      多态性条
      带/条
      多态性比
      率/ %
      S2238232191.3
      S91382323100
      S3538222195.5
      S15038201890.0
      S22138181583.3
      S6638222195.5
      S8538191894.7
      S9738181688.9
      总计165153
      平均20.619.192.7

      扩增结果表明:每条RAPD引物单独使用均可区别这16个树种。以引物S35为例,该引物共扩增出21条多态性条带(图 2),其中楠属扩增出4条共有条带,樟属扩增出5条共有条带。楠属树种扩增出特异性条带450 bp和750 bp,山胡椒属特异性条带为310 bp,樟属特异性条带为2 000 bp和1 000 bp;这些条带可将樟科5属区别开。同属树种间多态性条带差异较小,楠属树种浙江楠(编号1)特异性条带为1 500 bp,紫楠(编号2)特异性条带为1 800 bp,桢楠(编号3)特异性条带为600 bp,湘楠(编号5)特异性条带为2 000 bp。由此可区分楠属5个树种。润楠属中薄叶润楠(编号8)特异性条带为170 bp,龙眼润楠(编号7)特异性条带为1 000 bp;山胡椒属山胡椒(编号9)特异性条带为300 bp,狭叶山胡椒(编号10)特异性条带为1 000 bp,黑壳楠(编号11)特异性条带为2 000 bp;樟属大叶樟(编号15)特异性条带为320 bp,浙江樟(编号13)特异性条带为1 000 bp。由此可知,RAPD引物S35可将16个树种有效区分。

      图  2  引物S35扩增16个树种的产物比较图

      Figure 2.  Amplified profile comparison of 16 species with RAPD primer S35

    • ISSR-PCR扩增筛选出6条能够扩增出清晰条带且多态性好的引物,并测得其最佳退火温度(表 5)。共获得清晰可辨条带96条,其中多态性条带86条,平均多态性比率为89.6%,扩增的DNA片段长度集中在100~2 000 bp。平均扩增出条带16条·引物-1,其中14.3条具多态性,引物843多态性最高,为94.4%,引物825多态性最低,为80.0%。

      表 5  6条ISSR引物扩增结果

      Table 5.  Amplified results of 6 ISSR primers

      引物序号退火温度/
      总条带数多态性条
      多态性比
      率/%
      81556131292.3
      82554151280.0
      83454181688.9
      84054171694.1
      84856151386.7
      84354181794.4
      总计9686
      平均1614.389.6

      以引物840扩增结果(图 3)为例,共扩增出16条多态性条带,其中山胡椒属特异性条带在600 bp和750 bp位置,润楠属特异性条带在250 bp和700 bp位置,樟属特异性条带为300 bp和700 bp,月桂属在100 bp处扩增出特异性条带。根据这些特异性条带可区分樟科5属。同属树种间多态性条带差异较小,楠属树种浙江楠(编号1)的特异性条带在1 000 bp位置,紫楠(编号2)特异性条带为450 bp和750 bp,闽楠(编号4)特异性条带为350 bp和400 bp的片段,湘楠(编号5)特异性条带为350 bp和750 bp位置。由此将楠属树种区分开。引物840在山胡椒属的黑壳楠(编号11)和江浙钓樟(编号12)中扩增出相同的条带,不能有效区分这2个树种。

      图  3  引物840扩增16个树种的产物比较图

      Figure 3.  Amplified profile comparison of 16 species with ISSR primer 840

      除引物840外,引物815,825,848和843扩增的多态性条带都可区分16个树种。引物840扩增的多态性条带不能有效区分黑壳楠和江浙钓樟,引物834不能有效区分山胡椒和狭叶山胡椒,但这2个引物的组合可区分16个树种。

    • ISSR和RAPD分子标记具备良好的多态性,因而在树种鉴定和指纹图谱研究方面得到了广泛应用。本试验利用8条RAPD引物和6条ISSR引物对樟科16个树种进行DNA扩增,发现2种标记均能扩增出稳定、清晰且多态性好的条带。RAPD分子标记扩增的多态性比率为92.7%,平均每条引物扩增的多态性条带有19.1条;ISSR分子标记扩增的多态性比率为89.6%,平均每条引物扩增的多态性条带有14.3条,通过1个RAPD引物或1~2个ISSR引物扩增的多态性条带可鉴别樟科16个树种。对比结果也发现,RAPD分子标记的多态性和稳定性比ISSR高,与李元春等[16]在山核桃Carya cathayensis中发现RAPD标记的多态性要高于ISSR标记的结果一致;而在马尾松Pinus massoniana[17]和银杏[18]等的研究却发现ISSR标记的多态性要高于RAPD标记,说明不同树种适合不同的分子标记。考虑到2种分子标记的检测水平不同,产生的高效的多态性条带也不同,因此,将这2种标记结合使用会使树种鉴别结果更加准确和全面。

      用RAPD分子标记和ISSR分子标记技术鉴定木材,结果准确、耗材少、不受时间和环境的限制,拓宽了木材识别的范围,提高了木材识别的精确性;采用琼脂糖凝胶电泳进行分子鉴定节约了实验经济成本,这不仅在进出口树种鉴定中意义重大,在巨大的木制品消费市场及相关其他领域也具有广泛的应用前景和开发利用价值。

参考文献 (18)

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