遗传多样性研究-代明
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Байду номын сангаас
实验材料
18 个沙生冰草居群 本研究中每个居群随机取20 个单株,在3~ 4 叶期提取DNA,等量DNA 组成混合样。
沙生冰草
SSR标记
SSR标记是居群遗传学、 种质资源鉴定、 亲 缘关系和分子图谱构建等方面优越的分子标记。 已开发应用的小麦 SSR 引物对于冰草属植物 的研究和利用具有重要的指导意义。
讨 论
对沙生冰草 SSR 检测的 UPGMA 聚类和PCA 分析表 明, 不同地理来源的沙生冰草居群遗传距离存在差异, 生态环境相似的居群间遗传距离较近。本研究表明,小 麦SSR 引物在沙生冰草中多态性表现丰富, 能将不同 的沙生冰草居群完全区分, SSR 在沙生冰草的遗传多 样性研究中为一种有效的技术, 可进一步用于相关的 研究当中。通过SSR 研究分析表明,沙生冰草遗传多 样性与居群的遗传和生态环境相关。因此, 在沙生冰 草的有效保护和持续利用中,在对主要生态环境居群保 护和利用基础上, 还需进一步加强不同生态环境中特 异类型居群的保护和研究。
遗传多样性研究
2011作物育种 代明
什么是遗传多样性
广义的遗传多样性是指地球上所有生物所携带 的遗传信息的总和 ,但通常所说的遗传多样性 是指种内不同种群之间或一个种群内不同的个 体的遗传变异。 通常 ,遗传多样性最直接的表现形式就是遗传 变异水平的高低。
遗传多样性研究进展
对遗传多样性的系统研究始于上个世纪 ,达尔文在 《物种起源》 中用大量资料和证据揭示出生物中普遍存在变异现象 ,并发现了 大部分变异有遗传倾向 ,他把这种可遗传的变异称为多样性。随 着孟德尔遗传定律的重新发现 ,遗传学家把遗传学定律应用于生 物种群中 ,并对自然种群中的遗传变异数量进行了广泛研究 ,并 由此引发了两种相反的学说的长期争论。以 H.J . Muller 为代 表的经典(Classical)假说认为 ,生物种群中的个体几乎在所有基 因位点上都是野生型等位基因的纯合体 ,自然种群中遗传变异很 少 ,进化起因于偶然发生的有利突变。与此相反 ,Dobzhansky 提 出的平衡假说认为 ,生物种群在许多位点上都有两个以上的等位 基因 ,不存在野生型与正常型之分 ,个体在大部分基因位点上都 是杂合的 ,即自然种群中存在大量遗传变异 ,进化是许多位点上 等位基因种类和频率的逐渐改变。后来的研究充分证实了在自然 种群中确实存在着大量的遗传变异。
分子标记
目前常用的 DNA 分子标记方法有 RFL P技术、 基于 PCR的各种检测方法和重复序列分析技术 包括 RAPD ,DAF ,AP -PCR ,AFLP，SSR等 ,其 中以 RAPD 应用较为广泛。
研究意义
首先，物种或居群的遗传多样性大小是长期进 化的产物，是其生存适应和发展进化的前提。 其次，遗传多样性是保护生物学研究的核心之 一。 再者，对遗传多样性的认识是生物各分支学科 重要的背景资料。
遗传多样性的研究方法及其进展
检测遗传多样性的方法是随着生物学研究层次 的提高和实验手段的不断改进而逐步发展起来 的 ,从形态学水平、 细胞学(染色体)水平、 生理生化水平直至目前的分子水平。 迄今为止 ,任何一种检测遗传多样性的方法都 存在各自的优点和局限 ,还找不到一种可以完 全取代其他方法的技术。
形态学标记
研究材料的外部形态受到基因和所处生态环境的共同 影响，在排除或者尽量减少环境对研究材料影响的情 况下，材料的外部形态指标可以体现出对材料间受基 因控制的遗传差异。对处于不同生态环境下的同种材 料的形态学研究，可以了解环境对基因表达的影响。 从形态学或表型性状来检测遗传变异是最直接也是最 简便的方法。长期以来，种质资源的分类、鉴定及育 种材料的选择通常都是依据表型性状来进行的。虽然 形态学性状易受环境和人为因素的影响，但在同一生 境下，对不同种质材料(accession)或居群 (population)进行形态学性状的评价，在一定程度上 可以快速地分析其遗传变异。
结果与分析
1.SSR标记的多态性及不同地区的
遗传多样性
2.聚类分析
SSR标记的多态性及不同地区的遗传多 样性
对268 个小麦SSR 引物进行筛选, 以多态性0. 95 为标准(即等位 变异在材料中出现的频率低于0. 95 的为多态性位点) ,其中26 个多态性小麦SSR 引物用于对18 个沙生冰草居群遗传多样性分析。 不同引物扩增出的多态性带纹数目由 2( X gwm285)到 27 ( Xgwm544) , 总体样本中平均扩增出了9. 384条多态性带纹。总 体遗传多样性指数变化在0. 944 ( X gwm544) ~0. 375 ( X gwm257) 之间, 平均为 0. 745。主要分布地区内的平均遗传多样 性指数在 0. 927 ( Xgw m544) ~ 0. 188 ( Xgwm614) , 平均为0. 624。地区间遗传多样性指数为 0. 329 ( X gwm573) ~0. 012( Xgwm570) , 平均为 0. 120。地区间的遗传分化为 0. 178, 表明17. 8%的总体遗传多样性存在地区间,地区内遗传多样性占总 体的82. 2%。计算沙生冰草各地区的遗传特征值( 表 3) ,其中沙 生冰草各地区的遗传多样性指数大小依次为内蒙古( 0. 717) > 新疆( 0. 665) > 河北( 0. 627)> 青海( 0. 516) ,平均为 0. 631 ( SD 为0. 085) ;平均每个引物扩增出多态性等位变异数目 依次为新疆( 6. 680) > 内蒙古( 5. 407) > 河北( 5. 148) > 青海( 3. 650) ,平均为5. 221( SD 为1. 243) 。
数据处理 数据处理中, SSR 谱带采用“ 0-1” 数据转换, 有带记为 1, 无带记为0, 获得数 据距阵,并应用SAS 软件和 Excel 进行电泳 谱带差异和遗传多样性指数的统计分析。居群 和不同地区的遗传变化用平均每个引物的多态 性带纹数目( A )和平均遗传多样性指数( ID) 评价。
细胞学标记
细胞学标记是一种利用染色体数目、核型、分 带带型、减数分裂的行为等进行植物分类的方 法，这种方法被广泛用于种质资源的鉴定中。 细胞学标记主要包括核型、染色体带型和原位 杂交及染色体的非整倍性和结构变异等，能准 确地反映植物体内出现的细胞水平多样性。
生化标记
生化标记主要是同工酶(Isozyme)、等位酶 (Allozyme)和种子贮藏蛋白，它们是基因表达 的直接产物(蛋白质)，其结构多样性能从一定 程度上反映生物遗传物质组成上的差异和生物 体遗传的多样性。
沙生冰草遗传多样性的SSR分析
沙生冰草[ Agropyron desertorum ( Fisch.ex Link)Schult . ]是禾本科小麦族冰草属( Agropyron Gaertn. ) 植物的一个重要种, 在中国主要分布于内 蒙古、 新疆、 河北、 青海等地,生长于沙质土山坡、 草地和丘陵。这类植物不仅长期适应干旱、 寒冷气 候和土壤贫瘠等不利条件,而且对小麦白粉病、 黄矮 病、 锈病等主要病害具有很强的抗性。此外,冰草属 植物具有多小穗、 多小花、 茎秆坚韧、 穗下茎长 等特点,可作为小麦优异外源基因的供体,对于小麦遗 传改良具有重要意义。
SSR分析
本研究所采用的SSR 引物为小麦 SSR 引物, 根据 Rder 和 Pest sova等公布的序列信息合成。PCR 反应:采用 仪器为MJ PTC200 扩增仪( MJ, 美国)。反应体积为25 L, 内含 100 mmol / L Tris HCl, 50 mmol/ LKCl , 1U Taq DNA 聚合酶, 2. 5 mmo l/ L MgCl2 ,2. 0 mmol/ L dNTPs, 4 mol/ L SSR 引物和模板20 ng DNA。 扩增前在 94 ℃初始变性 5 min, 扩增35 个循环, 每 循环在 94 ℃变性1 min, 调整退火温度(参照温度 50℃ 、55 ℃或60 ℃ )至适合点退火30 s, 72 ℃ 延 伸1 min,最后一个循环结束后在72 ℃延伸10 min。扩 增产物在变性6%聚丙烯酰胺凝胶上电泳, 恒定电压 2500 V,电泳 1 h,银染后观察并照相。
聚类分析结果
聚类分析结果
采用 UPGMA 进行 SAHN 聚类(图 2) , 其中,两个青海居群 Z2042 与 Z2044 之间遗传距离最小, 为 0. 288。新疆居群 Z1763 同青海居群Z2044 之间遗传距离最大, 为 1. 198。 在遗传距离0. 67 处, 18 个沙生冰草居群分为 3 个类群。 第一类群由12 个居群组成, 包括: 4 个内蒙古居群, Z592、 Z610、 Z613 和 Z1696; 5 个河北居群, 其中除 Z1734 外, 其余 4 个居群 Z1048、 Z1052、Z1054 和 Z1043 为二倍 体毛秆沙生冰草( A. deser torum v ar. p ilosiusculum Melderis) ; 2 个新疆居群, Z1585 和 Z1553; 1 个宁夏居群 Z1098。第一类群进一步在 0. 64 处可分为 2 组, 2 个二倍 体材料 Z592 和 Z1048 被聚在一起, 其余材料组成一组。 二倍体毛秆沙生冰草被分在不同组中;第二类群为采集自 新疆的4 个居群组成, Z1761 ﹑Z1764 ﹑ Z1763 和 Z1540; 第三类群由采集自青海的两个居群Z2042 和Z2044 组成。
实验材料
18 个沙生冰草居群 本研究中每个居群随机取20 个单株,在3~ 4 叶期提取DNA,等量DNA 组成混合样。
沙生冰草
SSR标记
SSR标记是居群遗传学、 种质资源鉴定、 亲 缘关系和分子图谱构建等方面优越的分子标记。 已开发应用的小麦 SSR 引物对于冰草属植物 的研究和利用具有重要的指导意义。
讨 论
对沙生冰草 SSR 检测的 UPGMA 聚类和PCA 分析表 明, 不同地理来源的沙生冰草居群遗传距离存在差异, 生态环境相似的居群间遗传距离较近。本研究表明,小 麦SSR 引物在沙生冰草中多态性表现丰富, 能将不同 的沙生冰草居群完全区分, SSR 在沙生冰草的遗传多 样性研究中为一种有效的技术, 可进一步用于相关的 研究当中。通过SSR 研究分析表明,沙生冰草遗传多 样性与居群的遗传和生态环境相关。因此, 在沙生冰 草的有效保护和持续利用中,在对主要生态环境居群保 护和利用基础上, 还需进一步加强不同生态环境中特 异类型居群的保护和研究。
遗传多样性研究
2011作物育种 代明
什么是遗传多样性
广义的遗传多样性是指地球上所有生物所携带 的遗传信息的总和 ,但通常所说的遗传多样性 是指种内不同种群之间或一个种群内不同的个 体的遗传变异。 通常 ,遗传多样性最直接的表现形式就是遗传 变异水平的高低。
遗传多样性研究进展
对遗传多样性的系统研究始于上个世纪 ,达尔文在 《物种起源》 中用大量资料和证据揭示出生物中普遍存在变异现象 ,并发现了 大部分变异有遗传倾向 ,他把这种可遗传的变异称为多样性。随 着孟德尔遗传定律的重新发现 ,遗传学家把遗传学定律应用于生 物种群中 ,并对自然种群中的遗传变异数量进行了广泛研究 ,并 由此引发了两种相反的学说的长期争论。以 H.J . Muller 为代 表的经典(Classical)假说认为 ,生物种群中的个体几乎在所有基 因位点上都是野生型等位基因的纯合体 ,自然种群中遗传变异很 少 ,进化起因于偶然发生的有利突变。与此相反 ,Dobzhansky 提 出的平衡假说认为 ,生物种群在许多位点上都有两个以上的等位 基因 ,不存在野生型与正常型之分 ,个体在大部分基因位点上都 是杂合的 ,即自然种群中存在大量遗传变异 ,进化是许多位点上 等位基因种类和频率的逐渐改变。后来的研究充分证实了在自然 种群中确实存在着大量的遗传变异。
分子标记
目前常用的 DNA 分子标记方法有 RFL P技术、 基于 PCR的各种检测方法和重复序列分析技术 包括 RAPD ,DAF ,AP -PCR ,AFLP，SSR等 ,其 中以 RAPD 应用较为广泛。
研究意义
首先，物种或居群的遗传多样性大小是长期进 化的产物，是其生存适应和发展进化的前提。 其次，遗传多样性是保护生物学研究的核心之 一。 再者，对遗传多样性的认识是生物各分支学科 重要的背景资料。
遗传多样性的研究方法及其进展
检测遗传多样性的方法是随着生物学研究层次 的提高和实验手段的不断改进而逐步发展起来 的 ,从形态学水平、 细胞学(染色体)水平、 生理生化水平直至目前的分子水平。 迄今为止 ,任何一种检测遗传多样性的方法都 存在各自的优点和局限 ,还找不到一种可以完 全取代其他方法的技术。
形态学标记
研究材料的外部形态受到基因和所处生态环境的共同 影响，在排除或者尽量减少环境对研究材料影响的情 况下，材料的外部形态指标可以体现出对材料间受基 因控制的遗传差异。对处于不同生态环境下的同种材 料的形态学研究，可以了解环境对基因表达的影响。 从形态学或表型性状来检测遗传变异是最直接也是最 简便的方法。长期以来，种质资源的分类、鉴定及育 种材料的选择通常都是依据表型性状来进行的。虽然 形态学性状易受环境和人为因素的影响，但在同一生 境下，对不同种质材料(accession)或居群 (population)进行形态学性状的评价，在一定程度上 可以快速地分析其遗传变异。
结果与分析
1.SSR标记的多态性及不同地区的
遗传多样性
2.聚类分析
SSR标记的多态性及不同地区的遗传多 样性
对268 个小麦SSR 引物进行筛选, 以多态性0. 95 为标准(即等位 变异在材料中出现的频率低于0. 95 的为多态性位点) ,其中26 个多态性小麦SSR 引物用于对18 个沙生冰草居群遗传多样性分析。 不同引物扩增出的多态性带纹数目由 2( X gwm285)到 27 ( Xgwm544) , 总体样本中平均扩增出了9. 384条多态性带纹。总 体遗传多样性指数变化在0. 944 ( X gwm544) ~0. 375 ( X gwm257) 之间, 平均为 0. 745。主要分布地区内的平均遗传多样 性指数在 0. 927 ( Xgw m544) ~ 0. 188 ( Xgwm614) , 平均为0. 624。地区间遗传多样性指数为 0. 329 ( X gwm573) ~0. 012( Xgwm570) , 平均为 0. 120。地区间的遗传分化为 0. 178, 表明17. 8%的总体遗传多样性存在地区间,地区内遗传多样性占总 体的82. 2%。计算沙生冰草各地区的遗传特征值( 表 3) ,其中沙 生冰草各地区的遗传多样性指数大小依次为内蒙古( 0. 717) > 新疆( 0. 665) > 河北( 0. 627)> 青海( 0. 516) ,平均为 0. 631 ( SD 为0. 085) ;平均每个引物扩增出多态性等位变异数目 依次为新疆( 6. 680) > 内蒙古( 5. 407) > 河北( 5. 148) > 青海( 3. 650) ,平均为5. 221( SD 为1. 243) 。
数据处理 数据处理中, SSR 谱带采用“ 0-1” 数据转换, 有带记为 1, 无带记为0, 获得数 据距阵,并应用SAS 软件和 Excel 进行电泳 谱带差异和遗传多样性指数的统计分析。居群 和不同地区的遗传变化用平均每个引物的多态 性带纹数目( A )和平均遗传多样性指数( ID) 评价。
细胞学标记
细胞学标记是一种利用染色体数目、核型、分 带带型、减数分裂的行为等进行植物分类的方 法，这种方法被广泛用于种质资源的鉴定中。 细胞学标记主要包括核型、染色体带型和原位 杂交及染色体的非整倍性和结构变异等，能准 确地反映植物体内出现的细胞水平多样性。
生化标记
生化标记主要是同工酶(Isozyme)、等位酶 (Allozyme)和种子贮藏蛋白，它们是基因表达 的直接产物(蛋白质)，其结构多样性能从一定 程度上反映生物遗传物质组成上的差异和生物 体遗传的多样性。
沙生冰草遗传多样性的SSR分析
沙生冰草[ Agropyron desertorum ( Fisch.ex Link)Schult . ]是禾本科小麦族冰草属( Agropyron Gaertn. ) 植物的一个重要种, 在中国主要分布于内 蒙古、 新疆、 河北、 青海等地,生长于沙质土山坡、 草地和丘陵。这类植物不仅长期适应干旱、 寒冷气 候和土壤贫瘠等不利条件,而且对小麦白粉病、 黄矮 病、 锈病等主要病害具有很强的抗性。此外,冰草属 植物具有多小穗、 多小花、 茎秆坚韧、 穗下茎长 等特点,可作为小麦优异外源基因的供体,对于小麦遗 传改良具有重要意义。
SSR分析
本研究所采用的SSR 引物为小麦 SSR 引物, 根据 Rder 和 Pest sova等公布的序列信息合成。PCR 反应:采用 仪器为MJ PTC200 扩增仪( MJ, 美国)。反应体积为25 L, 内含 100 mmol / L Tris HCl, 50 mmol/ LKCl , 1U Taq DNA 聚合酶, 2. 5 mmo l/ L MgCl2 ,2. 0 mmol/ L dNTPs, 4 mol/ L SSR 引物和模板20 ng DNA。 扩增前在 94 ℃初始变性 5 min, 扩增35 个循环, 每 循环在 94 ℃变性1 min, 调整退火温度(参照温度 50℃ 、55 ℃或60 ℃ )至适合点退火30 s, 72 ℃ 延 伸1 min,最后一个循环结束后在72 ℃延伸10 min。扩 增产物在变性6%聚丙烯酰胺凝胶上电泳, 恒定电压 2500 V,电泳 1 h,银染后观察并照相。
聚类分析结果
聚类分析结果
采用 UPGMA 进行 SAHN 聚类(图 2) , 其中,两个青海居群 Z2042 与 Z2044 之间遗传距离最小, 为 0. 288。新疆居群 Z1763 同青海居群Z2044 之间遗传距离最大, 为 1. 198。 在遗传距离0. 67 处, 18 个沙生冰草居群分为 3 个类群。 第一类群由12 个居群组成, 包括: 4 个内蒙古居群, Z592、 Z610、 Z613 和 Z1696; 5 个河北居群, 其中除 Z1734 外, 其余 4 个居群 Z1048、 Z1052、Z1054 和 Z1043 为二倍 体毛秆沙生冰草( A. deser torum v ar. p ilosiusculum Melderis) ; 2 个新疆居群, Z1585 和 Z1553; 1 个宁夏居群 Z1098。第一类群进一步在 0. 64 处可分为 2 组, 2 个二倍 体材料 Z592 和 Z1048 被聚在一起, 其余材料组成一组。 二倍体毛秆沙生冰草被分在不同组中;第二类群为采集自 新疆的4 个居群组成, Z1761 ﹑Z1764 ﹑ Z1763 和 Z1540; 第三类群由采集自青海的两个居群Z2042 和Z2044 组成。