基于SSR标记的桃种质资源遗传多样性研究

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江西农业学报㊀2018,30(11):14 18
ActaAgriculturaeJiangxi
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http://www.jxnyxb.com
DOI:10.19386/j.cnki.jxnyxb.2018.11.04
基于SSR标记的桃种质资源遗传多样性研究
凌士鹏,孙萍,林贤锐,沈建生∗

㊀收稿日期:2018-06-21
基金项目:浙江省农业(果品)新品种选育重大科技专项(2016C02052-5)㊂
作者简介:凌士鹏(1963─),男,浙江兰溪人,高级农艺师,主要从事果树种质资源收集及栽培推广㊂∗通讯作者沈建生㊂
(浙江省金华市农业科学研究院,浙江金华321000)
摘㊀要:评价了桃种质资源的遗传多样性水平及遗传结构,为其保存提供理论依据㊂利用12对SSR引物对53份桃种质资源进行了遗传多样性分析,利用Neighbor-Joining聚类对其遗传结构进行了分析比较㊂结果表明:(1)12对引物在53个样品中的平均等位基因数(Na)为7.917,Shannon多样性指数(I)为1.409,平均有效等位基因数(Ne)为3.399,平均观察杂合度(Ho)为0.657,期望杂合度(He)平均值为0.678㊂(2)基于Nei距离的Neighbor-Joining聚类分析表明:53个桃样品被分为3个组,同时能清楚地鉴别出同物异名的种质资源㊂由此可知,供试的桃种质资源表现出较高的遗传多样性水平;大部分遗传关系较近的品种以及部分形态学性状相近的品种聚在一类,说明聚类分析结果与系谱及生物学特征具有一定的关联性,同时聚类结果与品种的地理分布具有一定相关性㊂
关键词:桃;SSR;遗传多样性;遗传结构
中图分类号:S662.1㊀文献标志码:A㊀文章编号:1001-8581(2018)11-0014-05
AStudyonGeneticDiversityofPeachGermplasm
ResourcesBasedonSSRMarkers
LINGShi-peng,SUNPing,LINXian-rui,SHENJian-sheng∗
(JinhuaAcademyofAgriculturalSciencesinZhejiang,Jinhua321000,China)
Abstract:Thegeneticdiversityandgeneticstructureofpeachgermplasmresourceswereassessedtoprovidetheoreticalbasisfortheirconservation.TwelvepairsofSSR(SimpleSequenceRepeats)primerswereusedtoevaluatethegeneticdiversityof53peachaccessions,andNeighbor-Joiningclusteringwasusedtoanalyzeandcomparetheirgeneticstructure.Theresultsshowedthat:(1)Themeannumberofpolymorphicalleles(Na)of12pairsofprimersin53peachaccessionswas7.917,andtheaver⁃agenumberofeffectivealleles(Ne)perlocuswas3.399;theShannondiversityindex(I)was1.409;theaverageobservedhet⁃erozygosity(Ho)was0.657,andtheaverageexpectedheterozygosity(He)was0.678.(2)TheNeighbor-Joiningclusteringa⁃nalysisbasedonNei sdistancedivided53peachsamplesinto3groups,anditcouldclearlyidentifythesynonymsofthesegerm⁃plasmresources.Thetestedpeachgermplasmresourcesexhibitedahighlevelofgeneticdiversity,andmostofthevarietieswithclosergeneticrelationshiporsomesimilarmorphologicalcharacteristicswereclusteredintothesamegroup,indicatingthatthere⁃sultsofclusteringanalysiswererelatedtothegenealogyandbiologicalcharacteristics.Atthesametime,theclusteringresultswerealsocorrelatedwiththegeographicaldistributionofthevarieties.
Keywords:Peach;SSR;Geneticdiversity;Geneticstructure
㊀㊀桃是蔷薇科(Rosaceae)李属(Prunus)植物,起源地是中国的西部地区,分布点主要是欧㊁亚㊁美㊁澳㊁
非等五大洲,其种植范围特别广㊁适应性比较强㊁种质资源极为丰富[1]㊂桃经过多年的自然选择和人工驯化种植,形成了许多的类型和品系,这些资源为进一步改良桃的相关性状提供了基础,了解这些资源是利用的前提[2]㊂目前,相关研究表明:我国拥有北京㊁南京㊁郑州3个国家级桃种质资源圃以及很多地方桃种质资源圃,收集并保存了6个种,共2000多份种质资源[3],桃作为世界上栽培最为广泛的落叶果
树之一,现已遍布全球,居核果类果树之首[4]㊂自20
世纪80年代以来,国内很多学者对桃亚属种间分类进行了研究,目前已经在形态学[1]㊁酶学[5]㊁孢粉学[6]㊁细胞学[7]㊁分子标记[8-11]等方面获得了一些桃资源分类及亲缘关系等的结论和观点㊂但是研究发现,从形态学方面对品种进行分类需要看经验,因此对于一些种间的杂种进行归类十分困难,更无法判断其起源;另外,利用同工酶㊁染色体核型等试验手段也同样面临着更多的问题㊂因此开展桃分子标记辅助分类具有重要意义㊂
简单序列重复(SimpleSequenceRepeat,SSR)标
记的特点是等位基因变异数多㊁信息含量及多态性
高,稳定性㊁重复性好,属共显性遗传,特异性强,并
且在种属间有良好的通用性[14],是目前果树上鉴定种质资源㊁分析遗传多样性及亲缘关系应用中最为广
泛的分子标记㊂同时,Verde等[12]基于桃不同器官转录组数据研究后上传至NCBI共80797条ESTs序列,为挑选更好的桃SSR引物提供了丰富的资源㊂笔者所在课题组已于前期对部分桃种质资源进行了调查㊁收集保存,因此在此基础上,本研究利用SSR分子标记技术对收集保存的桃种质资源进行遗传多样性的评价,以期为后续桃种质资源的综合利用提供借鉴㊂1㊀材料与方法
1.1㊀植物材料
于各地收集桃地方品种(品系)共53份,嫁接于
浙江省金华国家高科技农业园区的桃李品种园,详细
内容见表1㊂试验材料为健康幼嫩叶片,采集并分别
置于采集袋内,同时利用变色硅胶迅速干燥,带回实
验室,挑取干燥的叶片进行DNA提取㊂
表1㊀供试的桃品种(品系)
编号品种(品系)编号品种(品系)1518油桃34天鲜红
2超丽春35香梅露
3千年红36湖景蜜露
4双喜红37硬肉桃
5京东巨油38日本桃
6中油14号39新玉
7超早油桃40雪雨露
9红芸果油桃41晚熟1号桃11金山早红422号桃
12艳光43特早4号
13中油5号44八仙蜜露
14大观45仙岛红2号15金华大白桃46东溪小仙桃16早霞露47X2-5
17江山早48X
18沪油01849早露蟠
19沙红50玉露蟠
23夏香姬51红冠
24加纳桃52叶10月桃25白玉桃53天台10月桃26新白花54春蜜
27夏之梦55春瑞
28南国红56T突围
30红清水57锦秀
32上汗红桃58新川岛
33红燕露59春雪
60锦圆1.2㊀方法
1.2.1㊀DNA的提取㊀采用CTAB法[13]从采集的叶片中提取总DNA,用双蒸水稀释到10 30ng/μL,储存于-20ħ冰箱中备用㊂
1.2.2㊀SSR标记㊀随机抽取8个桃样品的DNA模板,选用56对SSR引物进行PCR扩增,将扩增产物利用6%的聚丙烯酰胺凝胶电泳约2.5h,后银染显色㊂从中筛选出12对扩增条带清晰㊁稳定的引物进行SSR扩增,详见表2㊂试验前对筛选好的12对引物进行荧光修饰,即在单向引物的5ᶄ端或3ᶄ端加上荧光修饰基团,便可实现微卫星多态性的荧光半自动检测㊂荧光引物由上海英骏生物技术有限公司合成㊂㊀㊀PCR反应体系及SSR扩增程序详见孙萍等[17]2017年发表的文章㊂扩增结束后对PCR产物用灭菌的双蒸水稀释100 200倍,利用ABI3130测序仪进行毛细管电泳检测;数据采集采用GeneMapper4.0仪器在电泳结果60 350bp片段大小范围内进行㊂1.3㊀数据分析
将测序的结果导入GeneticProfilev1.0软件中,参照峰值的强度及分子内标大小,确定微卫星位点扩增片段的区间,对片段大小进行统计,如果出现多峰型的样品,则需重新进行PCR试验后重新检测,以Excel格式保存统计结果,以备后续分析[17]㊂
利用遗传数据分析软件GenAlEx6.3[18]计算多态性等位基因数(Na)㊁SSR位点的有效等位基因数(Ne)㊁Shannon多样性指数(I)㊁观察杂合度(Ho)㊁期望杂合度(He)等遗传多样性指标㊂
用Population1.2[19]软件对53个桃种质资源进行Neighbor-Joining聚类分析,并描绘和修改聚类图[20]㊂
2㊀结果与分析
2.1㊀SSR扩增产物的多态性
从表3可以看出,12对SSR引物在所有桃样品中的多态性等位基因数(Na)从6到11不等,等位基因数平均值为7.917㊂有效等位基因数(Ne)从1.773(CPPCT042)到4.657(BPPCT026),平均值为3.399㊂其中,引物CPPCT022扩增出的等位基因数为11个,可以区分53个品种中的22个品种;多态性较好的引物为CPPCT022㊁BPPCT038㊁CPPCT026㊁BPPCT025㊁UDP96-005,能区分几乎所有53个桃地方品种㊂在本研究中,观察杂合度(Ho)为0.436(CPPCT042) 0.922(BPPCT038),平均值为0.657㊂期望杂合度(He)为0.436(CPPCT042) 0.785(BPPCT026),平均期望杂合度为0.678㊂Shannon多样性指数(I)为0.939(CPPCT042) 1.698(BPPCT038),平均值为1.409㊂反映了所收集保存的桃种质资源的遗传变异程度较高,遗传多样性较高㊂
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㊀11期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀凌士鹏等:基于SSR标记的桃种质资源遗传多样性研究
表2㊀SSR引物及扩增的长度范围
引物名称引物序列(5ᶄ-3ᶄ)等位基因范围/bp参考文献BPPCT001F:AATTCCCAAAGGATGTGTATGAG,R:CAGGTGAATGAGCCAAAGC128 170[14]BPPCT025F:TCCTGCGTAGAAGAAGGTAGC,R:CGACATAAAGTCCAAATGGC147 199[14]BPPCT017F:TTAAGAGTTTGTGATGGGAACC,R:AAGCATAATTTAGCATAACCAAGC139 182[14]BPPCT007F:TCATTGCTCGTCATCAGC,R:CAGATTTCTGAAGTTAGCGGTA134 161[14]BPPCT038F:TATATTGTTGGCTTCTTGCATG,R:TGAAAGTGAAACAATGGAAGC106 153[14]Pchgms6F:CATTGTTCATGGGAGGAATT,R:AGAACATTCCTAAAGGAGCA216 275[15]CPPCT026F:AGACGCAGCACCCAAACTAC,R:CATTACATCACCGCCAACAA150 220[15]CPPCT022F:CAATTAGCTAGAGAGAATTATTG,R:GACAAGAAGCAAGTAGTTTG217 305[15]CPPCT042F:ACTCGTGGAGCAGACCACTT,R:ATCCAAGCATGCCAAGAAAG149 200[15]CPPCT029F:CCAAATTCCAAATCTCCTAACA,R:GATCAACTTTGAGATTTGTTGAA173 198[15]UDP98-025F:GGGAGGTTACTATGCCATGAAT,R:CGCAGACATGTAGGACCTC129 137[16]UDP96-005F:GTAACGCTCGCTACCACAAA,R:CCTGCATATCACCACCCAG100 177[16]
表3㊀53个栽培桃品种12对引物的遗传参数引物NaNeIHoHeBPPCT038104.4851.6980.9220.777CPPCT04271.7730.9390.4360.436CPPCT02694.6571.6910.8550.785Pchgms663.1831.2900.5270.686BPPCT01773.2611.3310.7170.693BPPCT00783.5571.5330.6000.719CPPCT022114.0041.6810.7270.750BPPCT00162.9351.3380.5000.659CPPCT02961.9720.9730.4550.493BPPCT02594.1181.5760.6730.757UDP98-02572.6621.2550.5000.624UDP96-00594.1781.6070.8890.761平均7.9173.3991.4090.6570.6782.2㊀聚类分析
通过SSR数据对53个地方桃品种进行聚类分析,构建亲缘关系图(图1)㊂从聚类分析图可以得出:53个地方桃品种分成了3组,第一组中包括大观㊁江山早㊁加纳桃㊁红清水等11个品种,其中大观和江山早的相似系数为0.96,晚熟1号桃和2号桃的相似系数为0.98,说明它们之间遗传关系很近;第二组包括了35个品种,其中518油桃和千年红的相似系数为1.00,即为同物异名的现象;第三组包括了其余的9个品种,其中新玉和东溪小仙桃的相似系数为
0.94,也表现出了很近的亲缘关系㊂
图1㊀基于Nei的遗传距离的Neighbor-Joining聚类分析图
3㊀小结与讨论3.1㊀遗传多样性分析
杂合度的高低及等位基因数的多少是反映所选用SSR位点鉴别植物基因型能力的重要指标[17]㊂本
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研究结果表明:所选用的12个SSR引物其多态性较高,可以用于地方桃品种的鉴定和遗传多样性分析,另外也表明了笔者前期所收集保存的地方桃种质资源遗传变异较为丰富㊂
12对引物在所有样品中等位基因的平均值为7.917,平均有效等位基因数(Ne)为3.399,平均观察杂合度(Ho)为0.657,期望杂合度(He)的平均值为0.678,与史红丽等[21]的研究结果相似(Ne=3.4),比Ghaffari等[22]在扁桃上的研究结果稍低(Na=8.8,Ho=0.7,He=0.79)㊁但显著高于Aranzana等[23]在桃上的研究结果(Na=6.6 7.3,Ho=0.35,He=0.50 0.55)㊂另外,本研究中桃种质资源的遗传多样性水平与杏[24](Na=3.5,Ho=0.58)㊁樱桃[25](Na=3.5 6.0,He=0.49 0.66)等其他李属植物的研究结果相比,有明显差异,表现出较高的遗传多样性水平㊂这为桃种质资源圃的建立奠定了物质基础㊂
3.2 遗传结构分析
基于Nei距离的Neighbor-Joining聚类分析清楚检测到桃供试样品的遗传结构:53个地方桃品种分成了3组,其中第一组中的大观和江山早均为早熟桃品种,形态学性状相近;晚熟1号桃和2号桃均为晚熟桃品种,形态学性状也极其相近;另外,第一组中的加纳㊁红清水㊁上汗这3个桃品种均为日本选育的品种㊂第二组的518油桃和千年红的相似系数为1.00,为同物异名的现象;春瑞㊁春雪㊁春蜜㊁突围这4个桃均为早熟桃品种,形态学特征相似;红芸果㊁艳光㊁中油5号㊁超丽春㊁千年红㊁京东巨油㊁超早油桃这几个品种均为油桃品种,聚在一起;红冠㊁夏香姬㊁沙红㊁雪雨露这4个品种形态学特征相似,聚在一起㊂第三组中新玉和东溪小仙桃的相似系数为0.94,也表现出了很近的遗传关系㊂
在不同的桃类群中,大部分遗传关系较近的品种以及部分形态学性状相近的品种聚在一起,说明其聚类分析结果与桃系谱以及生物学特征具有一定的关联性,但也不是完全一致的㊂部分形态学性状相差较大的桃品种,如锦绣和红燕露㊁天鲜红在聚类图中聚集在一起,说明这3个桃品种之间的基因型存在相互渗透的现象,亲缘关系较近㊂造成这种现象的原因可能是控制桃肉色性状的基因发生了几个碱基的变化,而通过SSR分析检测不到碱基的微小变异,也可能与桃本身遗传结构相对复杂有关㊂
本研究结果也显示出聚类结果与桃品种的地理分布之间存在一定相关性,如日本桃品种㊁部分地方品种分别较为集中的聚在一起㊂但也有部分来自不同地区甚至地理距离较远的桃品种,其遗传距离表现非常相近,造成这种现象的原因可能与品种所处的环境条件相似,或者人工干预较为相近有一定的关系㊂因此在选择杂交亲本时,应注重扩大地域选择范围,这对于提高遗传多样性具有明显意义㊂
另外,研究还存在着普通桃和油桃聚为一类的交叉现象,说明各桃品种之间通过多年的自然选择,以及杂交育种过程中基因之间相互渗透,从而形成了较为丰富的遗传多样性,同时通过生态条件的变化以及人工干预,形成了不同的品种(品系)类型㊂
本研究采用SSR标记来研究桃种质资源的遗传多样性,结果表明:SSR标记是一种经济㊁可靠的分子标记技术㊂从本研究的结论可以看出,所收集到的桃种质资源遗传变异较为丰富,遗传多样性水平较高,对今后桃种质资源的保存和利用具有一定的参考价值㊂但本研究发现部分性状差别较大的地方桃品种在聚类图上聚为一类,这有待于进一步研究和论证㊂
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(责任编辑:曾小军)
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