樱桃主栽品种的遗传多样性分析 - 艾呈祥 - 图文

园　艺　学　报　2007,34(4):871-876ActaHorticulturaeSinica樱桃主栽品种的遗传多样性分析

艾呈祥,辛　力,余贤美,张力思,魏海蓉,苑克俊,孙清荣,刘庆忠

护研究所,海南儋州571737)

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(1山东省果树研究所,山东省果树生物技术育种重点实验室,山东泰安271000;2中国热带农业科学院环境与植物保

摘　要:利用24对SSR引物对30个樱桃主栽品种进行遗传多样性分析,以了解樱桃产区的资源多样性状况,为种质资源的开发和利用提供帮助。结果表明:樱桃产区具有丰富的遗传变异。SSR的遗传多样性指数的分布范围为1.3647～2.9964,

Simpson指数分布范围为0.6111～0.9326。30个品种的分子数据聚

类结果均呈现一定的地理分布规律。根据系统聚类分析将30个樱桃品种分为两大类:欧洲甜樱桃和中国樱桃,与传统分类学的结果相符。同时在两大类内又将品种进行细分,第Ⅰ类分为3组,第Ⅱ类分为2组,其结果与地理分布有一定的相关性,能够反映樱桃的遗传特点及区域特性。

关键词:樱桃;品种;遗传多样性;SSR

中图分类号:S662.5　　文献标识码:A　　文章编号:0513-353X(2007)04-0871-06

AnalysisofGeneticDiversityinCerasusbySSRMarkers

AICheng-xiang,XINLi,YUXian-mei,ZHANGLi-si,WEIHai-rong,YUANKe-jun,SUNQing-11*rong,andLIUQing-zhong

(1ShandongInstituteofPomology,KeyLaboratoryforFruitBiotechnologyBreedingofShandong,Tai'an,Shandong271000,

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China;InstituteofEnvironmentandPlantProtection,ChineseAcademyofTropicalAgricultureSciences,Danzhou,Hainan571737,China)

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Abstract:ThegeneticdiversityofthirtycultivarsofPrunusaviumL.andP.pseudocerasusLind.lwereevaluatedby24pairsofSSRprimers.TheaimofthestudyistorevealthegeneticdiversityinCerasusandhelptoexploitandmakeuseofthegermplasmofCerasus.TheresultsshowedthattheShannon-weaverindexofgeneticdiversityrangedfrom1.3647to2.9964andtheSimpsonindexfrom0.6111to0.9326,whichindi-catedthattheCerasushasabundantgeneticdiversity.Themolecularclusteringshowedsomerulesinthegeo-graphicaldistribution.Thecultivarsusedinthisstudyweredividedinto2groupsbyclusteranalysis:P.avi-umLandP.pseudocerasusLind.l,whichwasinagreementwiththetraditionaltaxonomyonCerasus.Moreo-ver,P.aviumL.wassubdividedinto3subgroups,andP.pseudocerasusLind.linto2subgroupsrespective-ly.TheclusterresultsshowedthatthemolecularclassificationofCerasusinChinahadsomerelativitytothegeographictaxonomicsystem,whichreflectedthegeneticandterritorialcharacterofCerasus.

Keywords:Cerasus;Cultivar;Geneticdiversity;SSR

樱桃属(Cerasus)植物有30多个种,多数分布在亚洲和欧洲(孔旭,1987;于亚军等,2003)。目前世界上栽培较普遍的樱桃种类有欧洲甜樱桃(PrunusaviumL.)、欧洲酸樱桃(P.cera-susL.)、中国樱桃(P.pseudocerasusLind.l)和毛樱桃(P.tomentosaThunb.),其中中国生产栽培的樱桃,主要是中国樱桃和欧洲甜樱桃。

收稿日期:2007-01-15;修回日期:2007-04-17

基金项目:山东省农业科学院青年基金项目(2005YQ013);科技部国际合作项目(2006DFA33130);国家‘863’计划项目(2006AA100108)

*通讯作者Authorforcorrespondence(E-mail:qzliu@sdip.cn)

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国外曾见用来自桃的SSRs进行甜樱桃品种指纹及系统分析的研究(Dirlewangereta.l,2002;Wunsch＆Hormaza,2002)。国内学者对樱桃的遗传多样性研究较少,利用分子标记方法鉴定遗传多样性的更少。RAPD、AFLP技术已被用于樱桃品种鉴定和遗传多样性研究(Strusseta.l,2001;陈晓流等,2004;王彩虹等,2005;蔡宇良等,2006),而用SSR标记分析樱桃品种及其遗传多样性研究未见报道。

本研究利用SSR标记对30个樱桃品种的遗传多样性进行了分析,旨在为樱桃种质资源的收集、保存、鉴定、创新和有效利用提供一定的理论依据。

1　材料与方法

1.1　试验材料

供试的30个樱桃品种为欧洲甜樱桃和中国樱桃两个种类,有10个品种采自泰安省庄、司家庄、肥城大王庄,大连旅顺园艺场和大连市农业科学研究院5个樱桃基地,另外的20个品种为本实验室历年从美国、加拿大、英国、乌克兰和日本引进的优良品种(表1)。

表1　供试材料及来源

Table1　Theoriginsofthematerials

编号No.123456789101112131415

所属种

Speciesbelonged欧洲甜樱桃P.avium欧洲甜樱桃P.avium欧洲甜樱桃P.avium欧洲甜樱桃P.avium欧洲甜樱桃P.avium欧洲甜樱桃P.avium欧洲甜樱桃P.avium欧洲甜樱桃P.avium欧洲甜樱桃P.avium欧洲甜樱桃P.avium欧洲甜樱桃P.avium欧洲甜樱桃P.avium欧洲甜樱桃P.avium欧洲甜樱桃P.avium欧洲甜樱桃P.avium

品种名称Cultivar萨米脱Summit红艳Hongyan红灯

Hongdeng前寨黄

Qianzhaihuang红丰Hongfeng长把红

ChangbahongStar左藤锦Satonishiki意大利早红Moreau塔顿Tieton艳阳Yanyang雷尼尔Rainier犹它巨果UtaGiant抉择Jueze早红宝石EarlyRuby

来源Origin加拿大Canada辽宁大连

Dalian,Liaoning辽宁大连

Dalian,Liaoning山东泰安Tai'an,Shandong

编号

No.16171819

所属种

Speciesbelonged欧洲甜樱桃P.avium欧洲甜樱桃P.avium欧洲甜樱桃P.avium欧洲甜樱桃P.avium欧洲甜樱桃P.avium欧洲甜樱桃P.avium欧洲甜樱桃P.avium欧洲甜樱桃P.avium欧洲甜樱桃P.avium欧洲甜樱桃P.avium中国樱桃

P.pseudocerasus欧洲甜樱桃P.avium欧洲甜樱桃P.avium

品种名称

Cultivar拉宾斯Lapins那翁Napoleon友谊Youyi伯兰特Burlat布鲁克斯Brooks甜心

SweetHeart红蜜Hongmi8-106前寨红

Qianzhaihong岱红Daihong莱阳短枝LaiyangShort养老Elton先锋Van

来源Origin加拿大Canada德国Germany乌克兰Ukraine法国France美国USA加拿大Canada

辽宁大连

Dalian,Liaoning辽宁大连

Dalian,Liaoning山东泰安Tai'an,Shandong山东泰安Tai'an,Shandong山东莱阳

Laiyang,Shandong美国USA加拿大Canada英国England乌克兰Ukraine

山东烟台20Yantai,Shandong山东烟台21Yantai,Shandong加拿大Canada日本Japan法国France美国USA加拿大Canada美国USA美国USA乌克兰Ukraine乌克兰Ukraine

222324252627282930

欧洲甜樱桃×中国樱桃寇尔特P.avium×P.pseudocerasusColt欧洲甜樱桃P.avium

宇宙

Yuzhou

1.2　DNA的提取

采用改良的CTAB法(艾呈祥和刘庆忠,2006)提取樱桃叶片的基因组DNA,并进行DNA样品　4期

的浓度和纯度的测定。

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1.3　PCR扩增及产物检测

应用选择性扩增微卫星(SAM)法开发SSR序列(Aieta.l,2007),SSR引物由北京赛百盛基因技术有限公司合成。SSR扩增反应在ABI公司GeneAmpPCRSystem9700上进行。反应体系(20μL)中含有10×PCRbuffer2.0μL,2.5mmol L

-1

dNTPs1.5μL,MgCl2(2.5mmol L)1.5

-1

-1

μL,1UTaqDNA聚合酶,SSR上、下游引物(5pmol μL)各1μL,50～100ng模板DNA。SSR扩增热循环参数为:94℃预变性5min,然后94℃变性45s,52℃退火45s,72℃延伸1min,共28个循环,最后72℃延伸7min。扩增产物用测序胶(6%聚丙烯酰胺凝胶,8mol L脲素)分离,银染技术检测。1.4　数据分析

每个SSR等位变异的有无分别用1和0表示。成对品种相似系数(pairsimilaritycoefficient)用Nei和Li计算法,计算公式为Sij=2Nij/(Ni+Nj),其中Nij为两个品种共有的等位变异数,Ni、Nj分别为第i和第j品种各自的等位变异数(Nei＆Li,1979)。根据品种相似系数,以非加权类平均数(UPGMA)进行聚类分析,建立树状聚类图。利用Copheneticvalues对聚类图进行处理,计算品种遗传距离矩阵与类平均法(UPGMA)聚类树表型相关系数矩阵的相关系数,检测聚类结果的可靠性。计算每个SSR位点的Shannon-weaver多样性指数和Simpson指数。s

Shannon-weaver多样性指数计算公式如下:H′=-i∑piInpi;Simpson多样性指数(Simpsonin-=1

dex,D)计算公式如下:D=1-i∑pi。=1

其中pi为某个SSR位点的第i个等位变异出现的次数占该位点全部等位变异出现次数的百分比;s表示每个SSR位点有s个等位变异;i=1时,第1个等位变异出现的次数占该位点全部等位变异出现次数的百分比。

s

2

-1

2　结果与分析

2.1　SSR引物的遗传多样性指数

利用24对SSR引物分析30个中国樱桃和欧洲甜樱桃品种的遗传多样性,利用这24对引物进行SSR扩增,获得了较好的扩增效果(图1)。30个品种共检测到205个位点,每个SSR位点的等位变异范围为3～14个,平均每对引物有8.5个扩增位点。SC6的等位变异数最少,仅3个;SC11的等位变异数最多,为14个。每个SSR的Shannon-weaver指数的分布范围为1.3647～2.9964,平均值为1.9963;Simpson指数分布范围为0.6111～0.9326,平均值为0.8148(表2)。

图1　特异性SSR引物SC37的多态性电泳图谱M.25bpDNAmarker;1～27.不同材料编号,详见表1。

Fig.1　PolymorphicelectroporesispatternofspecialSSRprimerSC37M.25bpDNAmarker;1-27.Thenumberofmaterials,seetheTable1.

874园　　艺　　学　　报

表2　24对SSR引物遗传多样性指数Table2　Geneticdiversityindexof24loci

34卷

位点

Locus

SC1SC2SC3SC4SC6SC7SC9SC10SC11SC13SC14SC16

平均值Meanvalue

等位变异数Alleles119613351071448118.5

D0.90040.84550.93260.85110.79640.83240.69070.86200.79520.86240.80290.83270.8148

H′1.99012.01262.00221.54391.36471.98451.54201.94251.84591.89931.54582.10661.9963

位点LocusSC17SC19SC20SC22SC23SC24SC26SC29SC30SC32SC36SC37

等位变异数Alleles7612913957106911

D0.74940.78780.87720.79990.79680.83220.81050.74560.61110.90230.80530.8438

H′2.37812.00072.99641.84521.74742.25542.04422.15511.90672.49081.85422.4565

2.2　SSR标记遗传多样性分析

品种间的相似系数总体平均值为0.5249,变化范围为0.4800～0.8654,平均值从0.4978到0.6841。品种早红宝石和宇宙的相似系数最高,达0.9512,它们都取自乌克兰,地理间隔较近。分别来自加拿大的萨米脱和先锋的相似系数为0.8916,山东泰安的前寨黄和前寨红的相似系数为0.8705,其分布特点具有一定的地理相似性。

利用SSR数据对30个品种聚类。品种相似系数矩阵与类平均法(UPGMA)聚类树表型相关系数矩阵的相关系数为0.8042,达极显著水平。聚类将品种分为欧洲甜樱桃和中国樱桃两大类。SSR分子标记的聚类结果与品种的地理分布具有一定相关性(图2)。

图2　30份材料SSR数据聚类图1～30.不同材料编号,详见表1。

Fig.2　DendrogramofclusteranalysisbasedonSSRdataof30cultivars

1-30.Thenumberofmaterials,seetheTable1.

　4期

艾呈祥等:樱桃主栽品种的遗传多样性分析　875

第Ⅰ类大多为欧洲地区的品种,包括20个品种,加拿大6个,美国5个,乌克兰4个,法国2个,日、英、德各1个;第Ⅱ类为中国泰安、烟台、大连地区的品种,包括10个品种,辽宁大连4个,山东泰安3个、烟台2个、莱阳1个。

第Ⅰ类,可划分为3个亚类。Ⅰ-1亚类,包括萨米脱、先锋、艳阳、Star、拉宾斯和甜心,共6个品种,全部为加拿大的品种;Ⅰ-2亚类,包括日本的左藤锦,法国的意大利早红,英国的寇尔特,美国的塔顿、犹它巨果、抉择、布鲁克斯、养老,德国的那翁,法国的伯兰特,共10个品种;Ⅰ-3亚类,包括抉择、早红宝石、宇宙和友谊,共4个品种,全部为乌克兰品种。

第Ⅱ类,可划分为2个亚类。Ⅱ-1亚类,全部辽宁大连地区的品种,包括红艳、红蜜、红灯和8-106,共4个品种;Ⅱ-2亚类全部为山东的品种,包括泰安的前寨黄、前寨红和岱红,莱阳的莱阳短枝和烟台的红丰、长把红,共6个品种。可见,分子标记数据在一定程度上反映了品种的地理分布特点。

3　讨论

从分子水平来说,遗传距离的变幅越大,说明其遗传分化越大;遗传多样性高,表明遗传背景的复杂及该物种存在历史的长远。

从本研究的结果来看,来源不同的30个品种的遗传多样性Shannon-weaver指数高达2.9964,Simpson指数高达0.9326,品种间的相似系数最大的为0.9512,最小的为0.3425,表明樱桃在遗传进化过程中,随着时空的变化,其基因组DNA发生变异,从而构成了丰富的樱桃品种资源基因库,这与樱桃栽培历史悠久,种植范围辽阔有关。

本研究利用24对SSR引物分析30个主栽樱桃品种资源的遗传多样性,根据聚类结果在一定程度上反映了品种的地理分布情况,说明地理因素对品种有很大影响。但是,也有少部分来自不同地区甚至地理距离很远的品种遗传距离表现非常相近,这可能与品种具有相似的环境条件和相近的人工选择标准有关。

前人利用同工酶、RAPD、AFLP、RFLP等技术,分析樱桃品种,表明分子标记在一定程度上,能够反映品种的地理分布特点(Grangereta.l,1993;蔡宇良等,2006)。利用RAPD、AFLP技术对欧洲甜樱桃品种进行遗传多样性分析,发现该品种群具有较高的遗传多样性(Gerlach＆Stosser,1997;Strusseta.l,2001),这些地区共有的特点就是栽培历史悠久,樱桃生产量大,品种资源丰富,过去长期采用实生繁殖,群体庞大,单株性状纷杂多样(Grangereta.l,1993);其次,品种类型变异较大,该品种群中大量为实生单株人工选优产物,归根结底是性状各异的天然杂种,还有极少数人工杂种(Christensen,1986)造成了其遗传多样性。

本研究发现中国樱桃的遗传多样性更为丰富,中国樱桃的遗传相似系数普遍低于欧洲甜樱桃,中国樱桃的相似系数为0.5224～0.7116,而欧洲甜樱桃的相似系数为0.5887～0.8654,这说明了中国樱桃品种间的遗传相似性都很小。

寇尔特为中国樱桃和甜樱桃的种间杂交种,首先和中国樱桃聚在一起,然后再和欧洲甜樱桃聚在一起,说明寇尔特的遗传基因分别来自双亲,与前人对樱桃的研究结果(Grangereta.l,1993)相一致,也进一步说明了中国樱桃与欧洲甜樱桃具有较密切的亲缘关系(蔡宇良等,2006)。红灯(那翁×黄玉)和岱红(大紫×)的亲本来自欧洲甜樱桃,在本研究结果中,红灯和岱红与中国樱桃聚为一类,并且遗传距离也有较大的差异,但相似系数较大,可能是遗传漂变对基因频率产生了较大的影响,因而由基因频率所得的遗传距离仍有可能产生偏差。

本研究根据SSR分子数据分析,聚类结果与地理来源也具有一定相关性。地理来源相近的材料聚为一类,如前寨黄(山东泰安)、前寨红(山东泰安)、红丰(山东烟台)、岱红(山东泰安)、莱

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阳短枝(山东莱阳)和长把红(山东烟台)。这进一步证实SSR分子标记在一定程度上,能够揭示材料的地理分布情况。但是,也有地理分布较远的材料聚在一起,如英国的寇尔特和法国的意大利早红聚在一起。因而应在多个水平,借助多种研究手段,对材料进行综合评价,才能更为准确地评价品种资源,从而为樱桃品种鉴定、选配杂交组合、配置授粉树及遗传育种提供更多的信息。References

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/gbkv.html