高级检索

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

栎属近缘种指纹图谱构建及遗传结构

郭斌

郭斌. 栎属近缘种指纹图谱构建及遗传结构[J]. 北京林业大学学报, 2018, 40(5): 10-18. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170444
引用本文: 郭斌. 栎属近缘种指纹图谱构建及遗传结构[J]. 北京林业大学学报, 2018, 40(5): 10-18. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170444
Guo Bin. Construction of SSR fingerprint and research of genetic structure in relative Quercus species[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2018, 40(5): 10-18. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170444
Citation: Guo Bin. Construction of SSR fingerprint and research of genetic structure in relative Quercus species[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2018, 40(5): 10-18. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170444

栎属近缘种指纹图谱构建及遗传结构

doi: 10.13332/j.1000-1522.20170444
基金项目: 

国家林木(含竹藤花卉)种质资源平台建设与运行服务 2005DKA21003

山西常绿树种引种选育及快繁研究 20140312001

详细信息
    作者简介:

    郭斌,工程师。主要研究方向:林木遗传育种。Email:531188058@qq.com   地址:030012山西省太原市迎泽区新建南路105号山西省林业科学研究院

  • 中图分类号: S718.46

Construction of SSR fingerprint and research of genetic structure in relative Quercus species

  • 摘要: 目的对栎属近缘种质进行指纹图谱构建,并分析其遗传结构,为栎属近缘种鉴定及分类提供了重要工具。方法以23份栎属近缘种质为研究对象,利用遗传背景差异大的4份种质进行SSR引物筛选,选出9对扩增条带清晰、具有多态性且重复性好的引物对其进行扩增,利用毛细管电泳技术对PCR荧光产物进行检测,采用引物-分子量组合法构建23份种质的指纹图谱,利用NTsys和STRUCTURE软件进行聚类分析和群体遗传结构分析。结果9对SSR引物共扩增出78个条带,每个位点的等位标记数4~14个,平均每对引物为8.67个,多态信息含量变幅为0.58~0.82,平均为0.73。聚类分析显示辽东栎、蒙古栎分别聚为两个类群,猩红栎和北美红栎聚为一个类群,群体遗传结构分析显示23份种质为3个亚群体,遗传结构分析与聚类分析结果一致。结论23份栎属近缘种质可以划分为辽东栎组、蒙古栎组、猩红栎-北美红栎混合组,辽东栎与蒙古栎是两个独立的分类单位,上述结果为栎属分类、品种鉴定和知识产权保护提供了理论依据。
  • 图  1  引物ssrQrZAG 112在辽东栎和蒙古栎中的扩增图谱

    Figure  1.  Polymorphic fingerprint detected by ssrQrZAG112 for Quercus liaotungensis and Quercus monglica

    图  2  23份种质的SSR聚类分析图

    Figure  2.  Dendrogram of 23 germplasms based on SSR markers

    图  3  利用STRUCTURE软件检测23份种质最佳亚群体数目(K)

    Figure  3.  Estimation of the optimal number (K) of subpopulations for 23 germplasms based on STRUCTURE

    图  4  23份种质的群体结构(K=3)

    23份栎属近缘种质被划分为3个亚群体,每一个颜色代表一个亚群体,蓝色为辽东栎亚群;红色为蒙古栎亚群;绿色为猩红栎-北美红栎亚群。

    Figure  4.  Population structure for 23 germplasms(K=3)

    The 23 germplasms were clustered into 3 sub-population, each color represents a sub-population, blue color represents Quercus liaotungensis sub-population, red color represents Q. monglica sub-population, green color represents Q. coccinea-Q. rubra sub-population.

    表  1  试验材料

    Table  1.   Experimental materials

    编号Code 种质Germplasm 种源Provenance
    Q1 晋辽东栎1号Querecus liaotungensis ‘Jinliaodong1’ 山西省中条山国有林管理局横河林场,良种编号:晋R-SC-QL-001-2016
    Shanxi Province Zhongtiao Mountain State Forest Administration, Henghe Forest Farm, the code of improved variety: Jin R-SC-QL-001-2016
    Q2 晋辽东栎2号Querecus liaotungensis ‘Jinliaodong2’ 山西省太岳山国有林管理局灵空山林场,良种编号:晋R-SC-QL-002-2016
    Shanxi Province Taiyue Mountain State Forest Administration, Lingkongshan Forest Farm, the code of improved variety: Jin R-SC-QL-002-2016
    Q3 晋辽东栎3号Querecus liaotungensis ‘Jinliaodong3’ 山西省吕梁山国有林管理局康城林场,良种编号:晋R-SC-QL-003-2016
    Shanxi Province Lüliang Mountain State Forest Administration, Kangcheng Forest Farm, the code of improved variety: Jin R-SC-QL-003-2016
    Q4 晋辽东栎4号Querecus liaotungensis ‘Jinliaodong4’ 山西省吕梁山国有林管理局东山林场,良种编号:晋R-SC-QL-004-2016
    Shanxi Province Lüliang Mountain State Forest Administration, Dongshan Forest Farm, the code of improved variety: Jin R-SC-QL-004-2016
    Q5 晋辽东栎5号Querecus liaotungensis ‘Jinliaodong5’ 山西省太行山国有林管理局坪松林场,良种编号:晋S-SS-QL-005-2014
    Shanxi Province Taihang Mountain State Forest Administration, Pinsong Forest Farm, the code of improved variety: Jin S-SS-QL-005-2014
    Q6 晋辽东栎6号Querecus liaotungensis ‘Jinliaodong6’ 山西省关帝山国有林管理局真武山林场,良种编号:晋S-SS-QL-006-2014
    Shanxi Province Guandi Mountain State Forest Administration, Pinsong Forest Farm, the code of improved variety: Jin S-SS-QL-006-2014
    Q7 蒙古栎1号Quercus monglica 1 吉林省引种种质The introduction of germplasm in Jilin Province
    Q8 蒙古栎2号Quercus monglica 2 吉林省引种种质The introduction of germplasm in Jilin Province
    Q9 蒙古栎3号Quercus monglica 3 吉林省引种种质The introduction of germplasm in Jilin Province
    Q10 蒙古栎4号Quercus monglica 4 吉林省引种种质The introduction of germplasm in Jilin Province
    Q11 蒙古栎5号Quercus monglica 5 吉林省引种种质The introduction of germplasm in Jilin Province
    Q12 猩红栎1号Quercus coccinea 1 美国北卡罗来纳州引种种质The introduction of germplasm in the United States North Carolina
    Q13 猩红栎2号Quercus coccinea 2 美国北卡罗来纳州引种种质The introduction of germplasm in the United States North Carolina
    Q14 猩红栎3号Quercus coccinea 3 美国北卡罗来纳州引种种质The introduction of germplasm in the United States North Carolina
    Q15 猩红栎4号Quercus coccinea 4 美国北卡罗来纳州引种种质The introduction of germplasm in the United States North Carolina
    Q16 猩红栎5号Quercus coccinea 5 美国北卡罗来纳州引种种质The introduction of germplasm in the United States North Carolina
    Q17 猩红栎6号Quercus coccinea 6 美国北卡罗来纳州引种种质The introduction of germplasm in the United States North Carolina
    Q18 北美红栎1号Quercus rubra 1 美国北卡罗来纳州引种种质The introduction of germplasm in the United States North Carolina
    Q19 北美红栎2号Quercus rubra 2 美国北卡罗来纳州引种种质The introduction of germplasm in the United States North Carolina
    Q20 北美红栎3号Quercus rubra 3 美国北卡罗来纳州引种种质The introduction of germplasm in the United States North Carolina
    Q21 北美红栎4号Quercus rubra 4 美国北卡罗来纳州引种种质The introduction of germplasm in the United States North Carolina
    Q22 北美红栎5号Quercus rubra 5 美国北卡罗来纳州引种种质The introduction of germplasm in the United States North Carolina
    Q23 北美红栎6号Quercus rubra 6 美国北卡罗来纳州引种种质The introduction of germplasm in the United States North Carolina
    下载: 导出CSV

    表  2  SSR引物信息表

    Table  2.   Table of SSR primer information

    引物名称
    Primer name
    正向引物
    Forward primer (5′→3′)
    反向引物
    Reverse primer(5′→3′)
    ssrQrZAG 96 CCCAGTCACATCCACTACTGTCC GGTTGGGAAAAGGAGATCAGA
    ssrQrZAG 102 GCCTACACTCTTCAATCTACATGA GACTTGTAACACCTTAAGCATTATCT
    ssrQrZAG 112 TTCTTGCTTTGGTGCGCG GTGGTCAGAGACTCGGTAAGTATTC
    ssrQrZAG 7 CAACTTGGTGTTCGGATCAA GTGCATTTCTTTTATAGCATTCAC
    Qden 03011 AACCC AACCTTCCCTTCATC GCAGTGGTGCCTAATGTAGAC
    Qden 03021 ACAGCAAACCAGACTCCAC CCCCAAAGTTTCGGCTAATAC
    Qden 03032 AGTTGTGGTCCTGCTCGC GAAAAGTGCGATGACGGTTG
    Qden 05011 CCCACTCCCTGTCCATTGT CACTGTGTGCTGCGACTTG
    Qden 05031 CCCCGATTCGCCATCATTGT GTAACGCCGTTTTTCTCCACC
    下载: 导出CSV

    表  3  9对SSR引物的多态检测

    Table  3.   Polymorphism detection of 9 pairs of SSR primer

    引物名称
    Primer name
    等位标记数
    Allele number
    多态信息含量
    PIC
    ssrQrZAG 96 8 0.76
    ssrQrZAG 102 14 0.82
    ssrQrZAG 112 8 0.77
    ssrQrZAG 7 10 0.71
    Qden 03011 7 0.65
    Qden 03021 4 0.58
    Qden 03032 7 0.78
    Qden 05011 12 0.79
    Qden 05031 8 0.72
    总计Total 78
    平均Mean 8.67 0.73
    下载: 导出CSV

    表  4  23份种质的指纹图谱

    Table  4.   Fingerprint of 23 germplasms based on SSR markers

    编号Code 指纹图谱Fingerprint
    Q1 ssrQrZAG96, 152, 152 ssrQrZAG112, 78, 90 ssrQrZAG7, 124, 140 Qden03011, 142, 144 Qden03021, 252, 254 Qden 05011, 174, 180
    Q2 ssrQrZAG96, 154, 166 ssrQrZAG112, 81, 81 ssrQrZAG7, 134, 140 Qden03011, 140, 150 Qden03021, 252, 252 Qden 05011, 180, 188
    Q3 ssrQrZAG96, 145, 150 ssrQrZAG112, 96, 98 ssrQrZAG7, 128, 138 Qden03011, 140, 140 Qden03021, 252, 256 Qden 05011, 176, 178
    Q4 ssrQrZAG96, 150, 168 ssrQrZAG112, 90, 90 ssrQrZAG7, 126, 128 Qden03011, 140, 140 Qden03021, 252, 260 Qden 05011, 172, 180
    Q5 ssrQrZAG96, 160, 186 ssrQrZAG112, 88, 90 ssrQrZAG7, 124, 124 Qden03011, 140, 142 Qden03021, 254, 256 Qden 05011, 176, 192
    Q6 ssrQrZAG96, 154, 166 ssrQrZAG112, 90, 94 ssrQrZAG7, 126, 126 Qden03011, 138, 140 Qden03021, 252, 260 Qden 05011, 180, 186
    Q7 ssrQrZAG96, 147, 149 ssrQrZAG112, 88, 94 ssrQrZAG7, 124, 134 Qden03011, 137, 137 Qden03021, 254, 254 Qden 05011, 175, 183
    Q8 ssrQrZAG96, 147, 151 ssrQrZAG112, 88, 88 ssrQrZAG7, 124, 124 Qden03011, 137, 137 Qden03021, 254, 254 Qden 05011, 175, 183
    Q9 ssrQrZAG96, 147, 149 ssrQrZAG112, 88, 88 ssrQrZAG7, 124, 134 Qden03011, 137, 139 Qden03021, 252, 252 Qden 05011, 175, 175
    Q10 ssrQrZAG96, 149, 149 ssrQrZAG112, 88, 98 ssrQrZAG7, 124, 134 Qden03011, 137, 139 Qden03021, 252, 254 Qden 05011, 177, 183
    Q11 ssrQrZAG96, 149, 151 ssrQrZAG112, 88, 88 ssrQrZAG7, 124, 134 Qden03011, 137, 139 Qden03021, 252, 252 Qden 05011, 175, 183
    Q12 ssrQrZAG96, 149, 151 ssrQrZAG112, 92, 92 ssrQrZAG7, 134, 146 Qden03011, 138, 140 Qden03021, 252, 252 Qden 05011, 183, 185
    Q13 ssrQrZAG96, 151, 151 ssrQrZAG112, 92, 92 ssrQrZAG7, 134, 146 Qden03011, 140, 142 Qden03021, 252, 252 Qden 05011, 183, 185
    Q14 ssrQrZAG96, 149, 149 ssrQrZAG112, 92, 94 ssrQrZAG7, 130, 134 Qden03011, 138, 142 Qden03021, 252, 254 Qden 05011, 183, 185
    Q15 ssrQrZAG96, 151, 151 ssrQrZAG112, 92, 94 ssrQrZAG7, 130, 130 Qden03011, 138, 140 Qden03021, 254, 254 Qden 05011, 185, 185
    Q16 ssrQrZAG96, 149, 151 ssrQrZAG112, 92, 94 ssrQrZAG7, 130, 138 Qden03011, 140, 155 Qden03021, 256, 256 Qden 05011, 183, 185
    Q17 ssrQrZAG96, 149, 151 ssrQrZAG112, 92, 96 ssrQrZAG7, 134, 138 Qden03011, 138, 138 Qden03021, 252, 252 Qden 05011, 183, 183
    Q18 ssrQrZAG96, 149, 151 ssrQrZAG112, 92, 94 ssrQrZAG7, 129, 131 Qden03011, 140, 142 Qden03021, 252, 252 Qden 05011, 183, 183
    Q19 ssrQrZAG96, 149, 151 ssrQrZAG112, 92, 92 ssrQrZAG7, 127, 129 Qden03011, 136, 140 Qden03021, 252, 254 Qden 05011, 185, 185
    Q20 ssrQrZAG96, 149, 151 ssrQrZAG112, 92, 92 ssrQrZAG7, 134, 144 Qden03011, 138, 140 Qden03021, 252, 252 Qden 05011, 183, 183
    Q21 ssrQrZAG96, 151, 151 ssrQrZAG112, 92, 92 ssrQrZAG7, 130, 134 Qden03011, 136, 136 Qden03021, 252, 254 Qden 05011, 183, 183
    Q22 ssrQrZAG96, 149, 151 ssrQrZAG112, 92, 92 ssrQrZAG7, 130, 134 Qden03011, 138, 142 Qden03021, 254, 254 Qden 05011, 174, 183
    Q23 ssrQrZAG96, 149, 151 ssrQrZAG112, 92, 92 ssrQrZAG7, 124, 130 Qden03011, 142, 151 Qden03021, 254, 254 Qden 05011, 180, 183
    下载: 导出CSV
  • [1] 傅立国, 陈谭清, 郎楷永, 等.中国高等植物[M].青岛:青岛出版社, 2001:240-254.

    Fu L G, Chen T Q, Lang K Y, et al. Higher plants of China[M].Qingdao: Qingdao Publishing House, 2001:240-254.
    [2] Alexis R, Sullivan, Sandra A, et al. Hybridization and divergence in multi-species oak(Quercus) communities[J].Botanical Journal of the Linnean Society, 2016, 181:99-114. doi:  10.1111/boj.2016.181.issue-1
    [3] Aldrich P R, Michler C H, Sun W, et al. Microsatellite markers for northern red oak (Fagaceae: Quercus rubra)[J].Molecular Ecology Notes, 2002, 2(4):472-474. doi:  10.1046/j.1471-8286.2002.00282.x
    [4] 张嘉, 刘爱青, 张淑玲, 等.利用荧光标记SSR绘制中国芍药品种分子身份证[J].北京林业大学学报, 2016, 38(6):101-109. doi:  10.13332/j.1000-1522.20150349

    Zhang J, Liu A Q, Zhang S L, et al. Using the SSR with fluorescent labeling to establish SSR molecular ID code for cultivars of the Chinese herbaceous peony[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2016, 38(6):101-109. doi:  10.13332/j.1000-1522.20150349
    [5] Wei L, Li Y F, Zhang H, et al. Variation in morphological traits in a recent hybrid zone between closely related Quercus liaotungensis and Q. mongolica (Fagaceae)[J].Journal of Plant Ecology, 2015, 8(2):224-229. https://academic.oup.com/jpe/article/8/2/224/886517
    [6] Zeng Y F, Wang W T, Liao W J, et al. Multiple glacial refugia for cool-temperate deciduous trees in northern East Asia:the Mongolian oak as a case study[J]. Molecular Ecology, 2015, 24(22):5676-5691. doi:  10.1111/mec.13408
    [7] 秦英英, 韩海荣, 康峰峰, 等.基于SSR标记的山西省辽东栎自然居群遗传多样性分析[J].北京林业大学学报, 2012, 34(2):61-65. http://j.bjfu.edu.cn/article/id/9730

    Qin Y Y, Han H R, Kang F F, et al. Genetic diversity in natural populations of Quercus liaotungensis in Shanxi Province based on nucelar SSR markers[J].Journal of Beijing Forestry University, 2012, 34(2):61-65. http://j.bjfu.edu.cn/article/id/9730
    [8] 刘牧.蒙古栎和辽东栎的遗传转化关系研究[D].哈尔滨: 东北林业大学, 2012. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10225-1012446109.htm

    Liu M. The research on genetic evolution relationship of Quercus mongolica and Quercus wutaishanlica[D].Harbin: Northeast Forestry University, 2012. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10225-1012446109.htm
    [9] Zeng Y F, Liao W J, Petit R J, et al. Exploring species limits in two closely related Chinese oaks[J/OL]. PloS One, 2010, 5(11): el5529[2017-10-12]. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0015529.
    [10] Yang J, Di X Y, Meng X, et al. Phylogeography and evolution of two closely related oak species(Quercus) from north and northeast China[J].Tree Genetics & Genomes, 2016, 12(5):89. http://cn.bing.com/academic/profile?id=d468996dd61ea064f2fae0f2153918ea&encoded=0&v=paper_preview&mkt=zh-cn
    [11] Moran E V, Willis J, Clark J S, et al. Genetic evidence for hybridization in red oaks(Quercus sect. Lobatae, Fagaceae)[J].American Journal of Botany, 2012, 99(1):92-100. doi:  10.3732/ajb.1100023
    [12] Collins E, Sullivan A R, Gailing O, et al. Limited effective gene flow between two interfertile red oak species[J]. Trees, 2015, 29(4):1135-1148. doi:  10.1007/s00468-015-1194-3
    [13] Lind J F, Gailing O. Genetic structure of Quercus rubra L. and Quercus ellipsoidalis E. J. Hill populations at gene-based EST-SSR and nuclear SSR markers[J].Tree Genetics & Genomes, 2013, 9(3):707-722. doi:  10.1007%2Fs11295-012-0586-4
    [14] Ramos-Ortiz S, Oyama K, Rodgíguez-Correa H, et al. Geographic structure of genetic and phenotypicvariation in the hybrid zone between Quercus affinis and Q.laurina in Mexico[J]. Plant Species Biology, 2016, 31(3):219-232. doi:  10.1111/psbi.2016.31.issue-3
    [15] Cavender-Bares J, González-Rodríguez A, Eaton D A R, et al. Phylogeny and biogeography of the American live oaks (Quercus subsection Virentes): a genomic and population genetics approach[J]. Molecular Ecology, 2015, 24(14):3668-3687. doi:  10.1111/mec.13269
    [16] Lind-Riehl J, Gailing O. Fine-scale spatial genetic structure of two red oak species, Quercus rubra and Quercus ellipsoidalis[J]. Plant Systematics & Evolution, 2015, 301(6):1601-1612.
    [17] Aldrich P R, Parker G R, Michler C H, et al. Whole-tree silvic identifications and the microsatellite gentic structure of a red oak species complex in Indiana old-growth forest[J].Canadian Journal of Forest Research, 2003, 33(11):2228-2237. doi:  10.1139/x03-160
    [18] Allen G C, Floresvergara M A, Krasynanski S, et al. A modified protocol for rapid DNA isolation from plant tissues using cetyltrime thylammonium bromide[J].Nature Protocals, 2006, 1(5):2320-2325. doi:  10.1038/nprot.2006.384
    [19] Sullivan A R, Lind J F, Mccleary T S, et al. Development and characterization of genomic and gene-based microsatellite markers in north American red oak species[J]. Plant Molecular Biology Reporter, 2013, 31(1):231-239. doi:  10.1007/s11105-012-0495-6
    [20] 王越.基于SSR标记的槲树、蒙古-辽东栎种间杂交研究[D].济南: 山东大学, 2012. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10422-1012463338.htm

    Wang Y. Natural hybridization between Quercus denata and Q.mongolica-liaotungensis revealed by microsatellite markers[D].Jinan: Shandong University, 2012. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10422-1012463338.htm
    [21] Mishima K, Watanabe A, Isoda K, et al. Isolation and characterization of microsatellite loci from Quercus mongolica var.crispula[J].Molecular Ecology Notes, 2006, 6(3):695-697. doi:  10.1111/men.2006.6.issue-3
    [22] Kampfer S, Lexer C, Glossl J, et al. Characterization of (GA)n microsatellite loci from Quercus robur[J]. Hereditas, 1998, 129(2):183-186. doi:  10.1111/j.1601-5223.1998.00183.x
    [23] Rohlf F J. Numerical taxonomy and multivariate analysis system version 1.80[CP/OL]. Setauket, New York: Distribution by Exeter SoftWare, NTSYS-pc, 1993[2017-05-11]. https://ci.nii.ac.jp/naid/10011286550/.
    [24] Botstein D, White R L, Skolnick M, et al. Construction of a genetic linkage map in man using restriction fragment length polymorphism[J].American Journal of Human Genetics, 1980, 32(3):314-331. http://cn.bing.com/academic/profile?id=f7598618a9ca10600a92934a0b0a94e9&encoded=0&v=paper_preview&mkt=zh-cn
    [25] Pritchard J K, Stephens M, Donnelly P. Inference of population structure using multilocus genotype data[J].Genetics, 2000, 155:2945-2959. http://cn.bing.com/academic/profile?id=551c3f92ac318765221dc2240f3a75fa&encoded=0&v=paper_preview&mkt=zh-cn
    [26] 杜庆章.利用连锁与连锁不平衡联合作图解析毛白杨重要性状的等位遗传变异[D].北京: 北京林业大学, 2014. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10022-1014319154.htm

    Du Q Z. Dissection of allelic variation underlying important traits in Populus tomentosa Carr.by using joint linkage and linkage disequilibrium mapping[D].Beijing: Beijing Forestry University, 2014. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10022-1014319154.htm
    [27] Evanno G, Regnaut S, Goudet J, et al. Detecting the number of clusters of individuals using the software STRUCTURE: a simulation study[J]. Molecular Ecology, 2005, 14(8):2611-2620. doi:  10.1111/mec.2005.14.issue-8
    [28] Coutinho J P, Carvalho A, Limo-Brito J, et al. Fingerprinting of Fagaceae individuals using intermicrosatellite markers[J].Journal of Genetics, 2015, 94(Suppl.1):132-140. http://cn.bing.com/academic/profile?id=a2b94a34d36c65b7f996d96a80a6b35d&encoded=0&v=paper_preview&mkt=zh-cn
    [29] 曹明, 周浙昆.中国栎属植物花粉形态及其系统学意义[J].广西植物, 2002, 22(1):14-18. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/gxzw200201005

    Cao M, Zhou Z K. Pollen morphology and its systematic significance of the Quercus from China[J]. Guihaia, 2002, 22(1):14-18. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/gxzw200201005
    [30] Rushton B S. Natural hybridization within the genus Quercus L.[J]. Annals of Forest Science, 1993, 50:73-90. doi:  10.1051/forest:19930707
    [31] Coutinho J P, Carvalho A, Martin A, et al. Oak ribosomal DNA: characterization by FISH and polymorphism assessed by IGS PCR-RFLP[J].Plant Systematics & Evolution, 2016, 302(5):527-544. http://cn.bing.com/academic/profile?id=f99e26fee853f4bc8b00dd2135b14d8a&encoded=0&v=paper_preview&mkt=zh-cn
    [32] Alexander L W, Woeste K E. Pyrosequencing of the northern red oak (Quercus rubra L.) chloroplast genome reveals high quality polymorphisms for population management[J].Tree Genetics & Genomes, 2014, 10(4):803-812. doi:  10.1007/s11295-013-0681-1
  • [1] 贺快快, 武文斌, 张子杰, 胡现铬, 韩方旭, 钮世辉, 李悦.  北京油松人工林遗传结构变异及与山西山系种群差异分析 . 北京林业大学学报, 2020, 42(6): 33-42. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190399
    [2] 李春明, 李利学.  基于零膨胀模型及混合效应模型相结合的蒙古栎林林木进界模拟研究 . 北京林业大学学报, 2020, 42(6): 59-67. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190216
    [3] 高基朋, 秦岭, 曹庆芹, 房克凤, 田晔林.  北京山区3种栎属植物居群遗传结构与基因渐渗研究 . 北京林业大学学报, 2020, 42(7): 58-67. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190402
    [4] 胡雪凡, 张会儒, 周超凡, 张晓红.  不同抚育间伐方式对蒙古栎次生林空间结构的影响 . 北京林业大学学报, 2019, 41(5): 137-147. doi: 10.13332/j.1000-1522.20190037
    [5] 周超凡, 张会儒, 徐奇刚, 雷相东.  基于相邻木关系的林层间结构解析 . 北京林业大学学报, 2019, 41(5): 66-75. doi: 10.13332/j.1000-1522.20190051
    [6] 韩志强, 任勇谕, 夏宇飞, 耿喜宁, 杜康, 康向阳.  毛白杨多态SSR引物库和种质资源指纹图谱库构建 . 北京林业大学学报, 2019, 41(7): 10-18. doi: 10.13332/j.1000-1522.20190040
    [7] 樊莹, 乔雪涛, 赵秀海.  长白山自然保护区蒙古栎幼树生理生长特性随海拔梯度的变化 . 北京林业大学学报, 2019, 41(11): 1-10. doi: 10.13332/j.1000-1522.20190095
    [8] 李艳丽, 杨华, 邓华锋.  蒙古栎−糠椴天然混交林空间格局研究 . 北京林业大学学报, 2019, 41(3): 33-41. doi: 10.13332/j.1000-1552.20180236
    [9] 张杰, 李健康, 段安安, 孙宇涵, 刘洪山, 武素然, 李贵芬, 李云.  不同质量浓度NAA、IBA对栓皮栎、蒙古栎黄化嫩枝扦插生根的影响 . 北京林业大学学报, 2019, 41(7): 128-138. doi: 10.13332/j.1000-1522.20190103
    [10] 张晓红, 张会儒.  蒙古栎次生林垂直结构特征对目标树经营的响应 . 北京林业大学学报, 2019, 41(5): 56-65. doi: 10.13332/j.1000-1522.20190046
    [11] 武文斌, 贺快快, 狄皓, 钮世辉, 马彦光, 张子杰, 李悦.  基于SSR标记的山西省油松山脉地理种群遗传结构与地理系统 . 北京林业大学学报, 2018, 40(10): 51-59. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180057
    [12] 张怡卓, 苏耀文, 李超, 门洪生.  蒙古栎木材MOR与MOE的近红外光谱预测模型分析 . 北京林业大学学报, 2016, 38(8): 99-105. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150505
    [13] 李田, 郭俊娥, 郑成淑, 孙霞, 孙宪芝.  菊花品种的遗传多样性分析及CDDP指纹图谱构建 . 北京林业大学学报, 2014, 36(4): 94-101. doi: 10.13332/j.cnki.jbfu.2014.04.018
    [14] 范付华, 杨勇胜, 李庆宏, 邓勇, 文晓鹏.  利用ISSR分析技术鉴定贵州枇杷新种质的研究 . 北京林业大学学报, 2012, 34(4): 52-57.
    [15] 秦英英, 韩海荣, 康峰峰, 赵琦.  基于SSR 标记的山西省辽东栎自然居群遗传多样性分析 . 北京林业大学学报, 2012, 34(2): 61-65.
    [16] 马庆国, 王滑, 潘刚, 裴东.  西藏核桃优良单株的FISH-AFLP分析 . 北京林业大学学报, 2011, 33(6): 86-89.
    [17] 魏潇潇, 郑小贤, 杨平, 颜绍馗, 王芳, 周永学, 李瑞, 邓小文, 张洪江, 秦爱光, 胡胜华, 张莉俊, 王费新, 吴彩燕, 张璧光, 袁怀文, 胡万良, 何亚平, 白岗栓, 黄荣凤, 殷亚方, 高黎, 毛俊娟, 刘杏娥, 罗晓芳, 王兆印, 李猛, 赵天忠, 费世民, 樊军锋, 王小青, 王胜华, 谭学仁, 孙向阳, 崔赛华, NagaoHirofumi, 杜社妮, 汪思龙, 王晓欢, 张克斌, 常旭, 刘燕, 张岩, 王正, 乔建平, 戴思兰, 张双保, 王海燕, 刘云芳, 龚月桦, 李华, 高荣孚, 张占雄, 徐嘉, 李昀, 张旭, 江玉林, 江泽慧, 范冰, KatoHideo, , 陈放, 孔祥文, 韩士杰, 陈秀明, 陈宗伟, 侯喜录, 任海青, IdoHirofumi, 刘秀英, 李媛良, 杨培华, 常亮, 李晓峰, 丁磊, , 郭树花, 李考学, 薛岩, 张桂兰, 高建社, , 张代贵, 徐庆祥, 陈学平, , 费本华, 蒋俊明, 涂代伦, 王晓东, 李雪峰, 续九如, 金鑫, 刘永红, , , , 丁国权, 张红丽, .  利用ISSR标记对天麻的贵州种群遗传多样性分析 . 北京林业大学学报, 2007, 29(6): 35-40.
    [18] 颜容, 范丙友, 谭伟, 肖生春, 徐双民, 张宇清, 孙晓梅, 杨振德, 王玉杰, 南海龙, 高峻, 时尽书, 陈文汇, 张冰玉, 吕建雄, 金小娟, 翟明普, 李绍才, 朱教君, 潘存德, 窦军霞, 李发东, 胡晓丽, 李世东, 韩海荣, 三乃, 刘红霞, 朱清科, 田小青, 康宏樟, 师瑞峰, 肖洪浪, 孙海龙, 王云琦, 张守攻, 张一平, 胡诗宇, 周春江, 李建章, 刘俊昌, 冯仲科, 苏晓华, 孟平, 骆秀琴, 谢益民, 宋献方, 张雁, 杨志荣, 吴斌, 陆海, 赵博光, 姜伟, 赵双菊, 马钦彦, 蔡怀, 周文瑞, 蒋佳荔, 李智辉, 齐实, 李义良, 刘昌明, 王笑山, 齐实, 岳良松, 蒋湘宁, 于静洁, 葛颂, 张永安, 姚山, 蒲俊文, 张岩, 张德荣, 朱金兆, 伊力塔, 赵有科, 宋清海, 何磊, 张劲松, 齐力旺, 褚建民, 杨聪, 马超德, 曲良建, 石丽萍, 康峰峰, 崔保山, 吴庆利, 刘元, 吕守芳, 朱林峰, 刘鑫宇, 刘相超, 王建华, 王玉珠, 田颖川, 胡堃, 唐常源.  三倍体毛白杨无性系的AFLP分子标记鉴定 . 北京林业大学学报, 2006, 28(2): 9-14.
    [19] 高莉萍, 李红, 周存宇, 孙仁山, 程广有, 包仁艳, 贺康宁, 吕建雄, 王继强, 王跃思, 李利平, 谢力生, 赵东, 高峰, 李吉跃, 姜春宁, 邢韶华, 李世荣, 向仕龙, 殷亚方, 周国逸, 包满珠, 高林, 于志明, 李文彬, 孙扬, 赵勃, 曹全军, 郑彩霞, 王迎红, 史常青, 赵有科, 葛春华, 刘娟娟, 田勇臣, 孙磊, 丁坤善, 张德强, 王清春, 姜笑梅, 唐晓杰, 高亦珂, 孙艳玲, 华丽, 周心澄, 崔国发, 刘世忠, 张启翔, .  四川省珍稀濒危植物延龄草遗传多样性分析 . 北京林业大学学报, 2005, 27(4): 0-6.
    [20] 张一平, 黄国胜, 李景文, 杨海龙, 宋小双, 杨晓晖, 李全发, 杜华强, 刘震, 饶良懿, 熊瑾, 张秋英, 龙玲, 符韵林, 殷亚方, 李梅, 马文辉, 侯亚南, 
    王保平, 詹亚光, 李景文, 李慧, 王明枝, 秦瑶, 张克斌, 李俊清, 李俊清, 李吉跃, 王洁瑛, 王雪军, 窦军霞, 李发东, 韩海荣, 李妮亚, 梁机, 陈晓阳, 赵敏, 尹立辉, 范文义, 吕建雄, 朱金兆, 耿晓东, 刘文耀, 徐峰, 朱金兆, 陆熙娴, 陈素文, 刘雪梅, 李黎, 慈龙骏, 倪春, 沈有信, 康峰峰, 孙玉军, 陈晓阳, 李云, 欧国强, 唐黎明, 于贵瑞, 赵宪文, 刘桂丰, 秦素玲, 乔杰, 李凤兰, 齐实, 毕华兴, 蒋建平, 刘伦辉, 朱国平, 王玉成, 黎昌琼, 魏建祥, 韦广绥, 文瑞钧, 赵双菊, 张桂芹, 马钦彦, 李伟, 宋献方, 李伟, 王雪, 任海青, 李慧, 周海江, 宋清海, 张万军, , 孙涛, 丁霞, 杨谦, 刘莹, 孙志强, 孙晓敏, 李宗然, 
    , .  山西灵空山辽东栎种群叶性状表型变异研究 . 北京林业大学学报, 2005, 27(5): 10-16.
  • 加载中
图(4) / 表 (4)
计量
  • 文章访问数:  771
  • HTML全文浏览量:  173
  • PDF下载量:  106
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2017-12-15
  • 修回日期:  2017-12-21
  • 刊出日期:  2018-05-01

栎属近缘种指纹图谱构建及遗传结构

doi: 10.13332/j.1000-1522.20170444
    基金项目:

    国家林木(含竹藤花卉)种质资源平台建设与运行服务 2005DKA21003

    山西常绿树种引种选育及快繁研究 20140312001

    作者简介:

    郭斌,工程师。主要研究方向:林木遗传育种。Email:531188058@qq.com   地址:030012山西省太原市迎泽区新建南路105号山西省林业科学研究院

  • 中图分类号: S718.46

摘要: 目的对栎属近缘种质进行指纹图谱构建,并分析其遗传结构,为栎属近缘种鉴定及分类提供了重要工具。方法以23份栎属近缘种质为研究对象,利用遗传背景差异大的4份种质进行SSR引物筛选,选出9对扩增条带清晰、具有多态性且重复性好的引物对其进行扩增,利用毛细管电泳技术对PCR荧光产物进行检测,采用引物-分子量组合法构建23份种质的指纹图谱,利用NTsys和STRUCTURE软件进行聚类分析和群体遗传结构分析。结果9对SSR引物共扩增出78个条带,每个位点的等位标记数4~14个,平均每对引物为8.67个,多态信息含量变幅为0.58~0.82,平均为0.73。聚类分析显示辽东栎、蒙古栎分别聚为两个类群,猩红栎和北美红栎聚为一个类群,群体遗传结构分析显示23份种质为3个亚群体,遗传结构分析与聚类分析结果一致。结论23份栎属近缘种质可以划分为辽东栎组、蒙古栎组、猩红栎-北美红栎混合组,辽东栎与蒙古栎是两个独立的分类单位,上述结果为栎属分类、品种鉴定和知识产权保护提供了理论依据。

English Abstract

郭斌. 栎属近缘种指纹图谱构建及遗传结构[J]. 北京林业大学学报, 2018, 40(5): 10-18. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170444
引用本文: 郭斌. 栎属近缘种指纹图谱构建及遗传结构[J]. 北京林业大学学报, 2018, 40(5): 10-18. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170444
Guo Bin. Construction of SSR fingerprint and research of genetic structure in relative Quercus species[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2018, 40(5): 10-18. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170444
Citation: Guo Bin. Construction of SSR fingerprint and research of genetic structure in relative Quercus species[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2018, 40(5): 10-18. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170444
  • 栎属(Quercus)植物在全世界约有450余种,中国约有51种,分布在全国各省区,多为组成森林的重要树种[1]。近年来,我国的栎属育种工作发展迅速,培育出大量的新品种,但是部分品种之间的形态学差异小,给栎属品种的鉴定和知识产权保护增加了困难。此外,由于栎属植物为风媒异交植物,树种间的自然杂交很常见[2-3],造成了栎属的近缘种间分类困难,因此对栎属品种进行准确快速的鉴定以及为栎属的分类提供理论依据成为当务之急。随着分子生物学的快速发展,DNA指纹图谱作为一种遗传种质分析的新方法,可以直接反映植物遗传物质在DNA分子水平上的差异,具有准确、高效、经济、不受环境影响等优点。目前构建DNA指纹图谱的标记方法有多种,SSR(simple sequence repeat)分子标记由于扩增稳定、重复性好、操作简便、易于推广,已被国际植物品种权保护联盟(UPOV)认定为植物新品种保护最广泛应用的标记体系[4]

    蒙古栎(Quercus monglica)和辽东栎(Quercus liaotungensis)在我国分布广泛,分布区上有重叠,同域内存在大量杂交,形态差异不明显,导致品种难以区别和物种地位难以鉴定。目前,对蒙古栎和辽东栎的研究主要集中在形态特征[5]、遗传多样性[6-7]、分类地位[8-9]、物种形成原因[10]等方面。北美红栎(Quercus rubra)和猩红栎(Quercus coccinea)是美国红栎组的主要树种[11],红栎近缘种存在大量的种间杂交,物种之间存在基因流和基因渐渗等现象[12-13],形态上分别难度大[14]。目前,对红栎近缘种的研究主要集中在遗传多样性[15]、遗传结构[16]、分类地位[17]等方面。本研究选取蒙古栎、辽东栎、猩红栎、北美红栎等23份栎属近缘种质,利用SSR分子标记进行指纹图谱构建和遗传结构研究,为栎属近缘品种鉴定和栎属分类提供科学的理论依据,同时为栎属的育种工作奠定坚实的基础。

    • 23份栎属近缘种质(表 1)保存在山西省林业科学研究院阳曲实验基地,2017年5月取春季刚长出的新鲜叶片,液氮冷冻后保存在-80 ℃冰箱备用。

      表 1  试验材料

      Table 1.  Experimental materials

      编号Code 种质Germplasm 种源Provenance
      Q1 晋辽东栎1号Querecus liaotungensis ‘Jinliaodong1’ 山西省中条山国有林管理局横河林场,良种编号:晋R-SC-QL-001-2016
      Shanxi Province Zhongtiao Mountain State Forest Administration, Henghe Forest Farm, the code of improved variety: Jin R-SC-QL-001-2016
      Q2 晋辽东栎2号Querecus liaotungensis ‘Jinliaodong2’ 山西省太岳山国有林管理局灵空山林场,良种编号:晋R-SC-QL-002-2016
      Shanxi Province Taiyue Mountain State Forest Administration, Lingkongshan Forest Farm, the code of improved variety: Jin R-SC-QL-002-2016
      Q3 晋辽东栎3号Querecus liaotungensis ‘Jinliaodong3’ 山西省吕梁山国有林管理局康城林场,良种编号:晋R-SC-QL-003-2016
      Shanxi Province Lüliang Mountain State Forest Administration, Kangcheng Forest Farm, the code of improved variety: Jin R-SC-QL-003-2016
      Q4 晋辽东栎4号Querecus liaotungensis ‘Jinliaodong4’ 山西省吕梁山国有林管理局东山林场,良种编号:晋R-SC-QL-004-2016
      Shanxi Province Lüliang Mountain State Forest Administration, Dongshan Forest Farm, the code of improved variety: Jin R-SC-QL-004-2016
      Q5 晋辽东栎5号Querecus liaotungensis ‘Jinliaodong5’ 山西省太行山国有林管理局坪松林场,良种编号:晋S-SS-QL-005-2014
      Shanxi Province Taihang Mountain State Forest Administration, Pinsong Forest Farm, the code of improved variety: Jin S-SS-QL-005-2014
      Q6 晋辽东栎6号Querecus liaotungensis ‘Jinliaodong6’ 山西省关帝山国有林管理局真武山林场,良种编号:晋S-SS-QL-006-2014
      Shanxi Province Guandi Mountain State Forest Administration, Pinsong Forest Farm, the code of improved variety: Jin S-SS-QL-006-2014
      Q7 蒙古栎1号Quercus monglica 1 吉林省引种种质The introduction of germplasm in Jilin Province
      Q8 蒙古栎2号Quercus monglica 2 吉林省引种种质The introduction of germplasm in Jilin Province
      Q9 蒙古栎3号Quercus monglica 3 吉林省引种种质The introduction of germplasm in Jilin Province
      Q10 蒙古栎4号Quercus monglica 4 吉林省引种种质The introduction of germplasm in Jilin Province
      Q11 蒙古栎5号Quercus monglica 5 吉林省引种种质The introduction of germplasm in Jilin Province
      Q12 猩红栎1号Quercus coccinea 1 美国北卡罗来纳州引种种质The introduction of germplasm in the United States North Carolina
      Q13 猩红栎2号Quercus coccinea 2 美国北卡罗来纳州引种种质The introduction of germplasm in the United States North Carolina
      Q14 猩红栎3号Quercus coccinea 3 美国北卡罗来纳州引种种质The introduction of germplasm in the United States North Carolina
      Q15 猩红栎4号Quercus coccinea 4 美国北卡罗来纳州引种种质The introduction of germplasm in the United States North Carolina
      Q16 猩红栎5号Quercus coccinea 5 美国北卡罗来纳州引种种质The introduction of germplasm in the United States North Carolina
      Q17 猩红栎6号Quercus coccinea 6 美国北卡罗来纳州引种种质The introduction of germplasm in the United States North Carolina
      Q18 北美红栎1号Quercus rubra 1 美国北卡罗来纳州引种种质The introduction of germplasm in the United States North Carolina
      Q19 北美红栎2号Quercus rubra 2 美国北卡罗来纳州引种种质The introduction of germplasm in the United States North Carolina
      Q20 北美红栎3号Quercus rubra 3 美国北卡罗来纳州引种种质The introduction of germplasm in the United States North Carolina
      Q21 北美红栎4号Quercus rubra 4 美国北卡罗来纳州引种种质The introduction of germplasm in the United States North Carolina
      Q22 北美红栎5号Quercus rubra 5 美国北卡罗来纳州引种种质The introduction of germplasm in the United States North Carolina
      Q23 北美红栎6号Quercus rubra 6 美国北卡罗来纳州引种种质The introduction of germplasm in the United States North Carolina
    • 从冰箱中取大约10 g叶片,置于液氮预冷的研钵中,加入液氮,迅速研磨至粉末,用无菌小勺取大约0.2 g研磨好的粉末,加入盛有DNA提取缓冲液的2 mL离心管,轻弹离心管混匀,然后置于65 ℃水浴放置30 min。随后参照CTAB法[18]进行操作,提取DNA。取1 μL DNA样本在1.0%的琼脂糖凝胶中电泳检测,结果拍照记录,其余DNA于-20 ℃保存备用。

      从蒙古栎、北美红栎、猩红栎中筛选出9对多态性好、扩增条带清晰的引物[19-22]对23份种质进行SSR-PCR扩增,荧光标记SSR引物由睿博兴科生物技术有限公司合成,引物序列信息如下(表 2)。

      表 2  SSR引物信息表

      Table 2.  Table of SSR primer information

      引物名称
      Primer name
      正向引物
      Forward primer (5′→3′)
      反向引物
      Reverse primer(5′→3′)
      ssrQrZAG 96 CCCAGTCACATCCACTACTGTCC GGTTGGGAAAAGGAGATCAGA
      ssrQrZAG 102 GCCTACACTCTTCAATCTACATGA GACTTGTAACACCTTAAGCATTATCT
      ssrQrZAG 112 TTCTTGCTTTGGTGCGCG GTGGTCAGAGACTCGGTAAGTATTC
      ssrQrZAG 7 CAACTTGGTGTTCGGATCAA GTGCATTTCTTTTATAGCATTCAC
      Qden 03011 AACCC AACCTTCCCTTCATC GCAGTGGTGCCTAATGTAGAC
      Qden 03021 ACAGCAAACCAGACTCCAC CCCCAAAGTTTCGGCTAATAC
      Qden 03032 AGTTGTGGTCCTGCTCGC GAAAAGTGCGATGACGGTTG
      Qden 05011 CCCACTCCCTGTCCATTGT CACTGTGTGCTGCGACTTG
      Qden 05031 CCCCGATTCGCCATCATTGT GTAACGCCGTTTTTCTCCACC
    • PCR反应体系为20 μL,包括成分为: DNA 1 μL,10×PCRmix 2 μL,正向引物0.2 μL,M13+正向引物0.2 μL,反向引物0.4 μL,Taq酶0.2 μL,ddH2O16 μL。PCR程序如下:94 ℃预变性5 min;94 ℃变性20 s, 58 ℃复性20 s, 72 ℃延伸20 s,30轮循环;72 ℃延伸5 min,4 ℃保存。反应在ABI 9700 PCR仪中进行。PCR产物送交北京睿博兴科生物技术有限公司进行毛细管电泳分析,用Gene-Marker软件进行数据分析。

    • 得到每份种质在每个引物的扩增结果后,以所分析的SSR引物为前缀,该标记在某样本上的分子量为后缀,按照固定的引物排序综合不同引物分析结果,形成该种质的SSR指纹图谱。

    • 对Gene-Marker软件获得的数据转化成0,1数据,建立原始矩阵后用NTSYS-pc 2.10e软件[23]进行分析。利用NTSYS中的Qualitative date模块计算任意两个个体间的相似系数(GS),GS=2Nij/(Ni+Nj),式中:Nijij个体共有的谱带数,NiNjij个体的谱带数。以clustering程序中SHAN进行UPGMA(非加权组平均法)聚类分析,绘制亲缘关系树状图。多态信息含量(PIC)按下列公式计算: PIC=1-∑Pi2,式中:Pi表示第i个等位位点出现的频率[24]

      利用STRUCTURE 2.3.4软件[25]对栎属群体遗传结构进行估测,首先假定位点都是独立的,设定群体数目K为1~10,将MCMC(Markov chain Monte Carlo)开始时的不作数迭代(Length of bum-in period)设为10 000次,再将不作数迭代后的MCMC设为100 000次[26],然后计算出每个K值对应的InP(D)值,重复计算10次,计算出K值对应的平均InP(D),随后利用Evanno等设计的Delta K法,计算出K-1个Delta K,最终根据所有峰状图的波动情况确定最高Delta K对应的K值,即为群体遗传结构的最佳亚群体数[27]

    • 利用筛选出的9对引物对23份栎属近缘种质进行扩增。9对引物在23份种质中共扩增出78个条带且都是多态条带,多态性片段百分率达100%,每个引物的等位标记数4~14个,平均每对引物为8.67个,各引物的PIC值变幅为0.58~0.82,平均为0.73(表 3)。图 1为晋辽东栎2号~5号、蒙古栎1号~5号在引物ssrQrZAG 112中的扩增情况。参照9对核心引物扩增结果的峰图,准确读出每个等位位点的分子量,利用引物-分子量组合法构建了23份种质的指纹图谱(表 4),可以将23份种质区别开,最少只用6对引物组合(ssrQrZAG96、ssrQrZAG112、ssrQrZAG7、Qden03011、Qden03021、Qden 05011)就可以区别开,其中引物ssrQrZAG7可以鉴别的种质最多,达12个。各个种质的指纹图谱互不相同,说明23份种质没有重复个体,引物的区分度较高,可以将实验结果用于栎属近缘种的品种鉴定。

      表 3  9对SSR引物的多态检测

      Table 3.  Polymorphism detection of 9 pairs of SSR primer

      引物名称
      Primer name
      等位标记数
      Allele number
      多态信息含量
      PIC
      ssrQrZAG 96 8 0.76
      ssrQrZAG 102 14 0.82
      ssrQrZAG 112 8 0.77
      ssrQrZAG 7 10 0.71
      Qden 03011 7 0.65
      Qden 03021 4 0.58
      Qden 03032 7 0.78
      Qden 05011 12 0.79
      Qden 05031 8 0.72
      总计Total 78
      平均Mean 8.67 0.73

      图  1  引物ssrQrZAG 112在辽东栎和蒙古栎中的扩增图谱

      Figure 1.  Polymorphic fingerprint detected by ssrQrZAG112 for Quercus liaotungensis and Quercus monglica

      表 4  23份种质的指纹图谱

      Table 4.  Fingerprint of 23 germplasms based on SSR markers

      编号Code 指纹图谱Fingerprint
      Q1 ssrQrZAG96, 152, 152 ssrQrZAG112, 78, 90 ssrQrZAG7, 124, 140 Qden03011, 142, 144 Qden03021, 252, 254 Qden 05011, 174, 180
      Q2 ssrQrZAG96, 154, 166 ssrQrZAG112, 81, 81 ssrQrZAG7, 134, 140 Qden03011, 140, 150 Qden03021, 252, 252 Qden 05011, 180, 188
      Q3 ssrQrZAG96, 145, 150 ssrQrZAG112, 96, 98 ssrQrZAG7, 128, 138 Qden03011, 140, 140 Qden03021, 252, 256 Qden 05011, 176, 178
      Q4 ssrQrZAG96, 150, 168 ssrQrZAG112, 90, 90 ssrQrZAG7, 126, 128 Qden03011, 140, 140 Qden03021, 252, 260 Qden 05011, 172, 180
      Q5 ssrQrZAG96, 160, 186 ssrQrZAG112, 88, 90 ssrQrZAG7, 124, 124 Qden03011, 140, 142 Qden03021, 254, 256 Qden 05011, 176, 192
      Q6 ssrQrZAG96, 154, 166 ssrQrZAG112, 90, 94 ssrQrZAG7, 126, 126 Qden03011, 138, 140 Qden03021, 252, 260 Qden 05011, 180, 186
      Q7 ssrQrZAG96, 147, 149 ssrQrZAG112, 88, 94 ssrQrZAG7, 124, 134 Qden03011, 137, 137 Qden03021, 254, 254 Qden 05011, 175, 183
      Q8 ssrQrZAG96, 147, 151 ssrQrZAG112, 88, 88 ssrQrZAG7, 124, 124 Qden03011, 137, 137 Qden03021, 254, 254 Qden 05011, 175, 183
      Q9 ssrQrZAG96, 147, 149 ssrQrZAG112, 88, 88 ssrQrZAG7, 124, 134 Qden03011, 137, 139 Qden03021, 252, 252 Qden 05011, 175, 175
      Q10 ssrQrZAG96, 149, 149 ssrQrZAG112, 88, 98 ssrQrZAG7, 124, 134 Qden03011, 137, 139 Qden03021, 252, 254 Qden 05011, 177, 183
      Q11 ssrQrZAG96, 149, 151 ssrQrZAG112, 88, 88 ssrQrZAG7, 124, 134 Qden03011, 137, 139 Qden03021, 252, 252 Qden 05011, 175, 183
      Q12 ssrQrZAG96, 149, 151 ssrQrZAG112, 92, 92 ssrQrZAG7, 134, 146 Qden03011, 138, 140 Qden03021, 252, 252 Qden 05011, 183, 185
      Q13 ssrQrZAG96, 151, 151 ssrQrZAG112, 92, 92 ssrQrZAG7, 134, 146 Qden03011, 140, 142 Qden03021, 252, 252 Qden 05011, 183, 185
      Q14 ssrQrZAG96, 149, 149 ssrQrZAG112, 92, 94 ssrQrZAG7, 130, 134 Qden03011, 138, 142 Qden03021, 252, 254 Qden 05011, 183, 185
      Q15 ssrQrZAG96, 151, 151 ssrQrZAG112, 92, 94 ssrQrZAG7, 130, 130 Qden03011, 138, 140 Qden03021, 254, 254 Qden 05011, 185, 185
      Q16 ssrQrZAG96, 149, 151 ssrQrZAG112, 92, 94 ssrQrZAG7, 130, 138 Qden03011, 140, 155 Qden03021, 256, 256 Qden 05011, 183, 185
      Q17 ssrQrZAG96, 149, 151 ssrQrZAG112, 92, 96 ssrQrZAG7, 134, 138 Qden03011, 138, 138 Qden03021, 252, 252 Qden 05011, 183, 183
      Q18 ssrQrZAG96, 149, 151 ssrQrZAG112, 92, 94 ssrQrZAG7, 129, 131 Qden03011, 140, 142 Qden03021, 252, 252 Qden 05011, 183, 183
      Q19 ssrQrZAG96, 149, 151 ssrQrZAG112, 92, 92 ssrQrZAG7, 127, 129 Qden03011, 136, 140 Qden03021, 252, 254 Qden 05011, 185, 185
      Q20 ssrQrZAG96, 149, 151 ssrQrZAG112, 92, 92 ssrQrZAG7, 134, 144 Qden03011, 138, 140 Qden03021, 252, 252 Qden 05011, 183, 183
      Q21 ssrQrZAG96, 151, 151 ssrQrZAG112, 92, 92 ssrQrZAG7, 130, 134 Qden03011, 136, 136 Qden03021, 252, 254 Qden 05011, 183, 183
      Q22 ssrQrZAG96, 149, 151 ssrQrZAG112, 92, 92 ssrQrZAG7, 130, 134 Qden03011, 138, 142 Qden03021, 254, 254 Qden 05011, 174, 183
      Q23 ssrQrZAG96, 149, 151 ssrQrZAG112, 92, 92 ssrQrZAG7, 124, 130 Qden03011, 142, 151 Qden03021, 254, 254 Qden 05011, 180, 183
    • 将9对引物扩增的条带转换为0,1矩阵,其中数据缺失记为2,用NTSYS-pc 2.10e软件进行UPGMA聚类分析,得到23份种质的聚类图(图 2)。各种质间遗传相似系数范围为0.210 5~0.857 1,平均相似系数0.64。蒙古栎5号与蒙古栎3号遗传相似系数为0.857 1,说明亲缘关系很近;猩红栎5号与晋辽东栎1号遗传相似系数为0.210 5,说明亲缘关系较远;晋辽东栎1号与5号、晋辽东栎4号与6号分别聚在了一起,蒙古栎1号~5号聚成一个类群,从聚类分析结果上看,辽东栎和蒙古栎分别聚为两个大类群,说明二者亲缘关系较远;猩红栎和北美红栎聚成了一个大类群,说明猩红栎和北美红栎亲缘关系很近。

      图  2  23份种质的SSR聚类分析图

      Figure 2.  Dendrogram of 23 germplasms based on SSR markers

    • 本研究利用9对SSR引物对23份栎属近缘种质进行群体结构分析,利用STRUCTURE2.3.4软件确定最佳亚群体数目以及每个亚群体的组成情况,根据最大Delta K对应的K值即为最佳亚群体数目的原则,Delta KK=3时有明显的峰(图 3),因此23份种质的最佳亚群体数目为3。随后以对K=3时对应的个体等位标记频率组合情况等信息进行了分析,每个亚群体用一种主颜色代表,所有隶属于每个亚群体的成员个体将根据其在3个亚群体所评估的Q值,给予不同的颜色组合来代表该个体属于某一亚群的概率,揭示其成员个体在不同亚群体间基因交流以及谱系来源情况,最终获取了代表 3个亚群体的遗传结构图(图 4),本研究发现辽东栎和蒙古栎都单独划分为一个亚群体,表明二者都可以单独作为一个遗传群体,而猩红栎和北美红栎则被组合成一个亚群体,表明它们的遗传结构相似。

      图  3  利用STRUCTURE软件检测23份种质最佳亚群体数目(K)

      Figure 3.  Estimation of the optimal number (K) of subpopulations for 23 germplasms based on STRUCTURE

      图  4  23份种质的群体结构(K=3)

      Figure 4.  Population structure for 23 germplasms(K=3)

    • 指纹图谱在植物品种鉴定、品种注册、亲子分析以及知识产权保护等方面具有重要作用。本研究中多态信息含量为0.58~0.82,而Coutinho等[28]利用ISSR标记构建了壳斗科(Fagaceae)28个个体的指纹图谱,多态信息含量为0.178~0.375,一方面可能是由于后者所用的引物来自于栎属,检测的却是壳斗科的水青冈属(Fagus)、栗属(Castanea)和栎属,区分能力差,另一方面后者所采用的是聚丙烯酰胺凝胶电泳技术,与毛细管电泳相比,灵敏度低、可靠性差。本研究筛选出适合栎属近缘种质鉴定的SSR引物,采用毛细管电泳技术,建立了一个栎属近缘种质鉴定的SSR标记分析系统,并以引物-分子量组合法构建了23份栎属近缘种质的指纹图谱,为栎属近缘品种鉴定及知识产权保护奠定了基础。

      在我国对于蒙古栎和辽东栎这两个分类群的物种地位一直存在分歧,曹明等[29]通过对栎属花粉形态的观测,认为蒙古栎和辽东栎有很近的亲缘关系,在分布重叠区发现有大量形态中间型个体。王越[20]分析了山东省莲台山辽东栎和蒙古栎群体的遗传结构和基因渐渗情况,认为辽东栎和蒙古栎不能作为两个独立的分类单位。Zeng等[9]使用AFLP和SSR两种标记类型对蒙古栎和辽东栎进行分析,两者的基因库有明显的区别,应该看为两个独立的分类单位。本研究利用基于UPGMA为基础的NTSYS软件进行聚类分析,以及基于Bayesian算法的STRUCTURE软件进行遗传结构分析,聚类分析显示辽东栎、蒙古栎亲缘关系较远,聚为两个类群,猩红栎和北美红栎亲缘关系较近,聚为一个类群;遗传结构分析显示最佳亚群体数目为3,即辽东栎、蒙古栎分别划分为一个亚群体,猩红栎与北美红栎划分为一个亚群体,且3个亚群体遗传结构有明显差异,遗传结构分析与聚类分析结果一致,都将蒙古栎与辽东栎划分为两个独立的分类单位,表明二者是两个分化的物种。红栎近缘种的分类地位一直是分类的焦点,种间存在广泛的杂交,且存在基因流和基因渐渗现象,导致种与种之间很难被识别30],Moran等[11]对美国主要的红栎树种进行遗传结构研究,北美红栎、黑栎(Quercus velutina)和猩红栎分别聚为3个亚群体,而Coutinbo等[31]利用荧光原位杂交技术对栎属22个种进行分类学研究,北美红栎和猩红栎却聚为一个类群。本研究对猩红栎、北美红栎进行聚类分析和遗传结构分析,聚类分析显示二者聚为一个类群,群体遗传结构分析结显示二者为一个亚群体,二者没有被划分为两个独立的分类单位,因此本文将23份种质划分为辽东栎组、蒙古栎组、猩红栎-北美红栎混合组3个类群。

      本文利用SSR分子标记研究栎属近缘种在基因组水平上的差异,辽东栎和蒙古栎有较大遗传差异,北美红栎和猩红栎遗传差异较小,根据研究结果我们认为辽东栎和蒙古栎有不同的基因库,是两个独立的物种。依靠现代分子生物学技术进行栎属分类和品种鉴定是必然趋势,下一步将根据栎属的测序数据筛选更多的多态引物[32],结合传统的形态分类学方法,为近缘栎树的物种地位确定和知识产权保护奠定坚实的基础。

参考文献 (32)

目录

    /

    返回文章
    返回