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无患子Sapindus mukorossi主要分布于中国淮河以南各地,印度和日本也有分布,是一种经济价值很高的树种,其果可以提取皂苷制作肥皂等清洁用品,同时也能用作生产农药的原料;其树形优美,可吸收汽车尾气、二氧化硫等有害气体,是一种良好的行道树种;另外,它根系发达,在水土保持方面也有很大的利用价值。目前,国内未见通过分子手段揭示无患子不同种源之间遗传差异的研究,国外Mahar等[1]通过提取无患子DNA,采用随机扩增多态性DNA(RAPD)标记、DAMD(directed amplification of minisatellite region DNA)、简单重复间序列(inter-simple sequence repeat,ISSR)标记分析了印度5个不同种源地的遗传多样性,但在相关序列扩增多态性(sequence-related amplified polymorphism,SRAP)分子标记的运用上还存在着很大的空白。SRAP分子标记技术具有操作方便快捷、预先不用知道DNA序列的优点,并已在多种经济树种的种质资源研究中得到运用[2-4]。因此,本研究运用SRAP分子标记技术对国内的10个地理种源和印度的2个地理种源为对象进行多态性和亲缘关系的分析,为无患子优质种质资源的保存、亲缘关系的判断、育种方案的制定等提供参考依据。
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供试材料是采于福建省顺昌县无患子种源收集区的12个种源材料,取3株·种源-1,选择刚展开的幼叶,用硅胶干燥法保存带回实验室,置于-80 ℃冰箱备用提取DNA。种源涵盖了中国浙江省、江西省、广西省和福建省,及印度南北。
序号 种源 纬度 经度 1 福建南平NP 26.38°N 118.01°E 2 福建永安YA 26.25°N 117.46 °E 3 浙江杭州OJ 30.03°N 120.02°E 4 福建三明SM 26.13°N 117.36°E 5 福建清流RL 26.51°N 116.49°E 6 江西樟树JN 28.03°N 115.32°E 7 福建顺昌SC 26.08°N 117.08°E 8 广西钦州GX 21.57°N 108.37°E 9 福建顺昌高阳GY 26.85°N 117.85°E 10 印度南YDN 11 福建漳州龙海00 24.26°N 117.48°E 12 印度北YDB Table 1. Geographic positions of Sapindus mukorossi provenances
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采用改良的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)法提取DNA[5-6],用核酸蛋白分析仪测定提取的DNA浓度和纯度,用电泳法检测DNA的完整性,放入-20 ℃下存储备用。
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SRAP的引物购自上海生工生物工程技术服务有限公司。扩增反应在德国Eppendorf PCR基因扩增仪上进行。采用优化后的反应体系,20 μL体积中,含2.0 mmol·L-1 Mg2+,0.2 mmol·L-1 dNTPs,0.4 mmol·L-1primers,0.5×16.67 nkat TaqDNA酶,50 ng DNA。
SRAP-PCR扩增程序为:94 ℃预变性5 min;然后94 ℃变性1 min,35 ℃退火1 min,72 ℃延伸1 min共5个循环; 再94 ℃变性1 min,50 ℃退火1 min,72 ℃延伸1 min,共35个循环;最后72 ℃后延伸10 min。PCR产物在质量分数为1%的琼脂糖凝胶上电泳分离后放入溴化乙锭(EB)中染色,然后用荧光/可见光数字成像分析系统(Alphalmager HP)拍照观察并保存。
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以印度北和浙江杭州的DNA为模板链进行引物筛选,从88对SRAP引物中筛选出扩增条带清晰、带较多多态性较好的引物18对,用于12个无患子样品的SRAP分析。引物组合扩增情况见表 2。
序号 组合名称 多态性谱带数 扩增的谱带数 多态性百分率/% 1 M1E8 7 14 50.00 2 M2E1 12 13 92.31 3 M2E4 10 12 83.33 4 M3E3 8 10 80.00 5 M3E4 14 17 82.35 6 M3E5 12 15 80.00 7 M3E9 12 14 85.71 8 M4E10 9 11 81.82 9 M5E3 10 14 71.43 10 M5E11 9 12 75.00 11 M6E1 18 19 94.74 12 M6E9 13 16 81.25 13 M6E10 12 15 80.00 14 M6E11 6 13 46.15 15 M7E2 9 12 75.00 16 M7E3 8 12 66.67 17 M7E5 14 20 70.00 18 M8E4 8 14 57.14 总计 191 253 平均 10.61 14.06 75.16 Table 2. Results of amplification
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根据SRAP扩增产物相同位置清晰可辨的电泳带的有无为统计对象,有记为“1”,无记为“0”,在Excel表格上建立0,1矩阵图,用NTSYS-pc统计分析软件计算Dice遗传相似系数,并进行非加权组平均法(unweighted pair-group method with arithmetic means,UPGMA)聚类分析。相似性系数=(2×样品a和b共有的相同位置数)/(a样品的位置数+b样品的位置数)。
1.1. 供试材料
1.2. 总DNA的提取与测定
1.3. PCR扩增、条件优化和检测
1.4. 引物筛选
1.5. 数据统计和分析
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从88对SRAP引物中筛选出扩增条带清晰、带较多多态性较好的引物18对(表 2),用于12个不同种源无患子样品的SRAP分析,共扩增出253条清晰可用的条带,分子量为100~3 000 bp,个别超过3 000 bp(图 1)。其中多态性条带191条,占总条带的75.16%。每对引物扩增出7~18条多态性谱带,平均产生14.06条。条带统计结果表明:对于同一个种源(以印度南为例),不同的引物组合扩增出5(m6e10)~14(m7e5)条条带,条带数目不同,分子量不同,说明不同引物组合在DNA模板链上的结合位点不同扩增出的片段长短不一,显示了多态性。同一对引物(以m6e1为例)对不同种源扩增出的条带为7(印度南)~11(清流)条,且条带位点有很大差异,体现了各种源样本的遗传差别。此外,在所有引物组合显示的条带中,总有1~2个位点上有特别明亮的特征带型是大部分种源共有的,显示了种源间的相似性。
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根据SRAP结果计算出Dice遗传相似系数(表 3),可以看出相似性最高的是福建顺昌和福建顺昌高阳的2个种源,为0.881;最低的是印度南和浙江杭州及印度南和永安,都为0.585。无患子种源间的平均相似系数为0.739,显示出无患子种源之间遗传距离较近。运用UPGMA法对12个种源进行聚类分析,得到聚类图(图 2)。可以得出当相似系数以0.600为界时,印度南和其他种源地区分开;以0.720为界时,印度北和其他的种源地区分开;以0.735为界时,区分出福建漳州龙海和余下的种源;以0.760为界时又将福建清流种源分出来。而再往后,相似系数在0.780以后分为2类,第1组为广西钦州、福建顺昌高阳和福建顺昌,第2组为福建南平、福建永安、福建三明、浙江杭州、江西樟树。第1组中,距离最接近的福建顺昌和福建顺昌高阳聚为一类,与广西钦州区分开来。第2组中,地理位置最接近的福建三明和福建永安聚为一类后,与福建南平在0.810处相聚,然后此三者在0.795处和浙江杭州聚为一类,最终在0.788处和江西樟树聚为一类。从聚类结果不难看出,印度南种源有明显的遗传分异,而印度北因与国内的种源在纬度上较为接近,生长的光照、热量等条件较接近,因此,分化不太大。国内的种源间的亲缘关系也大致和地理距离呈正相关,但广西钦州、浙江杭州2处种源的亲缘关系规律就和以上趋势有较大出入。
种源 GX NP QL SM 22 2J GY JX SC YDN YA YDB GX 1 NP 0.767 1 QL 0.775 0.755 1 SM 0.779 0.814 0.791 1 22 0.692 0.751 0.711 0.779 1 ZJ 0.791 0.779 0.723 0.798 0.735 1 GY 0.866 0.775 0.751 0.779 0.723 0.806 1 J, 0.771 0.806 0.775 0.779 0.763 0.791 0.802 1 SC 0.802 0.775 0.775 0.771 0.708 0.767 0.881 0.763 1 YDN 0.589 0.609 0.617 0.605 0.597 0.585 0.597 0.605 0.621 1 YA 0.775 0.810 0.747 0.822 0.743 0.810 0.806 0.775 0.806 0.585 1 YDB 0.739 0.704 0.672 0.700 0.676 0.711 0.755 0.715 0.763 0.589 0.775 1 Table 3. Similarity coeificient of 12 Sapindus mukorossi provenances