李屬植物遺傳多樣性及種間親緣關(guān)系分析

李屬植物遺傳多樣性及種間親緣關(guān)系分析

李是世界上大約30種植物。據(jù)研究，它是中國(guó)和中國(guó)的主要李。李有豐富的資源,其變異較大,種間類(lèi)型多,造成種的界限不清晰。但在李種質(zhì)資源的挖掘和應(yīng)用等方面并不充分。我國(guó)研究人員對(duì)李的農(nóng)藝性狀、果實(shí)品質(zhì)、抗病性、抗寒性等方面進(jìn)行了鑒定評(píng)價(jià),并對(duì)主要數(shù)量性狀的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了探討,最近,喬玉山、劉威生又對(duì)李種質(zhì)資源的遺傳多樣性及主要種間的親緣關(guān)系利用分子標(biāo)記手段進(jìn)行了初步研究。但以往對(duì)李屬植物的親緣關(guān)系的確定及遺傳多樣性水平的研究主要還是根據(jù)形態(tài)標(biāo)記、生殖特性及染色體核型來(lái)進(jìn)行,這些都給李屬種質(zhì)資源的篩選、鑒定和利用帶來(lái)了困難。等位酶分析方法是應(yīng)用最普遍的檢測(cè)遺傳多樣性的有效方法之一,該技術(shù)在果樹(shù)種質(zhì)資源的研究中應(yīng)用很廣泛,近年來(lái),在栗屬植物(Castaneaspp.)、柚(Citrusgrandis)、湖北海棠(Malushupehensis)等樹(shù)種上應(yīng)用,而采用等位酶研究李屬植物遺傳多樣性的報(bào)道不多,以前,李同工酶的研究主要集中在POD和EST上。本研究采用等位酶技術(shù),對(duì)李屬植物及其近緣種的8個(gè)分類(lèi)群進(jìn)行了等位酶變異和遺傳多樣性分析,目的在于揭示所用的8個(gè)分類(lèi)群的遺傳變異水平,為李屬植物的育種利用和種質(zhì)資源的進(jìn)一步收集提供一定的依據(jù);同時(shí),為種的分類(lèi)和歐洲李的起源研究提供等位酶證據(jù)。1材料和方法1.1材料名稱(chēng)及互通本試驗(yàn)所用的44份植物材料采自國(guó)家果樹(shù)種質(zhì)熊岳李杏資源圃、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)果樹(shù)標(biāo)本園及中國(guó)科學(xué)院武漢植物園,材料名稱(chēng)見(jiàn)表1。其中外類(lèi)群為近緣種歐洲稠李(PadusracemosaGilib.)和豐仁杏(Armeniacasp.)。1.2所需酶液及凝膠電泳取1g葉片(去葉脈)加入預(yù)冷的4mLTris-馬來(lái)酸提取緩沖液和適量的石英砂,冰浴研磨,轉(zhuǎn)入7mL離心管,12000r/min0℃離心15min,上清液即為所需酶液。-20℃下保存?zhèn)溆?。采用不連續(xù)雙垂直板(20cm×12.5cm)聚丙烯酰胺凝膠電泳技術(shù);電泳結(jié)束后,參考Wendel等、王中仁和何忠效等的染色配方進(jìn)行組織化學(xué)染色;通過(guò)廣泛測(cè)試,最終選取表2所列的11個(gè)酶系統(tǒng)進(jìn)行分析。1.3用多個(gè)位點(diǎn)作為檢測(cè)酶譜上的酶帶命名采用基因構(gòu)成命名法,把每種酶假定的基因位點(diǎn)用該酶縮寫(xiě)名的小寫(xiě)(首字母大寫(xiě))斜體字形式來(lái)表示,如把酯酶(縮寫(xiě)名為EST)的基因位點(diǎn)表示為“Est”;如果有多個(gè)位點(diǎn),則把最靠近陽(yáng)極的位點(diǎn)標(biāo)為“-1”,加在斜體縮寫(xiě)名后面,如“Est-1”,把次近陽(yáng)極的位點(diǎn)標(biāo)為“-2”,依此類(lèi)推;每個(gè)基因位點(diǎn)如果有多個(gè)等位基因,則最近陽(yáng)極的標(biāo)為Est-1a,次近陽(yáng)極的標(biāo)為Est-1b,依此類(lèi)推。1.4遺傳聚類(lèi)分析等位酶數(shù)據(jù)采用Biosys-2軟件分析,計(jì)算每位點(diǎn)等位基因數(shù)(A)、多態(tài)位點(diǎn)比率(P)、平均預(yù)期雜合度(He)、平均觀(guān)測(cè)雜合度(Ho)、固定指數(shù)(F)和Nei:遺傳一致度(I)與遺傳距離(D),并進(jìn)行UPGMA聚類(lèi)分析。計(jì)算總居群的固定指數(shù)FIT,居群內(nèi)固定指數(shù)FIS。F-統(tǒng)計(jì)量是用來(lái)衡量不同位點(diǎn)上的遺傳分化的參數(shù),F-統(tǒng)計(jì)量所用的基本公式是:1-FIT=(1-FIS)(1-FST)。2結(jié)果與分析2.1李分類(lèi)群中10個(gè)主要犯罪基因的表現(xiàn)通過(guò)對(duì)李屬植物8個(gè)分類(lèi)群的11個(gè)酶系統(tǒng)進(jìn)行分析,在16個(gè)酶位點(diǎn)上共鑒定出72個(gè)等位基因,各位點(diǎn)的等位基因頻率分布如表3所示。從各等位基因在居群中的頻率分布可以看出,每位點(diǎn)最大等位基因數(shù)為9,按照等位基因頻率小于或等于0.99為多態(tài)位點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn),11個(gè)酶系統(tǒng)17個(gè)位點(diǎn)中只有Pgi-1和Gdh在各分類(lèi)群中均表現(xiàn)為單態(tài)位點(diǎn),部分位點(diǎn)在各分類(lèi)群中表現(xiàn)不一致。在中國(guó)李分類(lèi)群中發(fā)現(xiàn)有α-Amye、Cat-1a、Cat-1e、Cat-1h、Cat-2a和Cat-2c等6個(gè)稀有基因;在歐洲李分類(lèi)群中發(fā)現(xiàn)α-Amyf、α-Amyh、Cat-1i、Cat-2g、Pgi-2b等5個(gè)稀有基因;在黑刺李分類(lèi)群中發(fā)現(xiàn)Codc1個(gè)稀有基因;在雜種李分類(lèi)群中發(fā)現(xiàn)Aata、Aatb、Cat-1b、Est-3d、Sod-2c等5個(gè)稀有基因;在杏分類(lèi)群中發(fā)現(xiàn)α-Amyg、Code、Sod-2d等3個(gè)稀有基因;在稠李分類(lèi)群中發(fā)現(xiàn)Aatc1個(gè)稀有基因,在烏蘇里李和櫻桃李分類(lèi)群未發(fā)現(xiàn)稀有基因。2.2歐洲李和各種系數(shù)的均等位基因數(shù)和多態(tài)位比率p分析每位點(diǎn)平均等位基因數(shù)(A)、多態(tài)位點(diǎn)的比率(P)、雜合度(H)是反映遺傳多樣度的重要指標(biāo)。從表4可以看出:中國(guó)李的平均等位基因數(shù)(A)最高,為3.4個(gè);雜種李次之,3.0個(gè),歐洲李為2.6個(gè);歐洲李和雜種李的多態(tài)位點(diǎn)比率(P)在各分類(lèi)群中最高,均為87.5%,中國(guó)李為81.3%,這表明中國(guó)李和雜種李具有較高的遺傳多態(tài)性,歐洲李次之。烏蘇里李、歐洲稠李和杏的每位點(diǎn)平均等位基因數(shù)(A)和多態(tài)位點(diǎn)比率(P)均為1.2和21.1%,在所研究的8個(gè)分類(lèi)群中多態(tài)性水平較低。2.3總遺傳變異總變異的3.由表5可知,本研究8個(gè)分類(lèi)群的FST的總平均值為0.156,即總遺傳變異的15.6%分布在分類(lèi)群間,84.41%分布在分類(lèi)群內(nèi),分類(lèi)群間變異較大。2.4杏與李的親緣關(guān)系運(yùn)用Biosys-2軟件計(jì)算8個(gè)分類(lèi)群的無(wú)偏遺傳一致度和遺傳距離(表6)并進(jìn)行UPGMA聚類(lèi)分析,可以看出,8個(gè)種(分類(lèi)群)的遺傳一致度從0.980到0.321,差別較大。李的近緣種稠李和杏與李各種類(lèi)的遺傳一致度較小,這表明杏和稠李與李的親緣關(guān)系較遠(yuǎn);從UPGMA聚類(lèi)圖(圖1)上也可以看出稠李和杏在最后與李的各個(gè)種(分類(lèi)群)相聚。分別用Nei遺傳一致度(unbiasedgeneticidentity)和遺傳距離(modifiedRogersdistance)2種參數(shù)對(duì)8個(gè)種(分類(lèi)群)進(jìn)行聚類(lèi)分析,得到了相同的UPGMA聚類(lèi)圖(圖1),可以看出雜種李和中國(guó)李首先聚為1類(lèi),然后與歐洲李相聚,再與烏蘇里李相聚,表明雜種李的遺傳構(gòu)成以中國(guó)李為主,烏蘇里李與中國(guó)李相距較遠(yuǎn),應(yīng)為1個(gè)獨(dú)立種,而不是中國(guó)李的1個(gè)變種。本研究中歐洲李距黑刺李與櫻桃李較遠(yuǎn)。3討論3.1李屬植物的分類(lèi)群間分化程度可能與烏蘇里李的起源進(jìn)化相關(guān)稀有基因是生物為適應(yīng)特定的生態(tài)環(huán)境由突變而產(chǎn)生的,其存在反映了分類(lèi)群遺傳組成上的差異。從表3的等位基因頻率分布可以看出,在中國(guó)李﹑歐洲李和雜種李3個(gè)分類(lèi)群中共發(fā)現(xiàn)16個(gè)稀有基因,分別為6個(gè)、5個(gè)和5個(gè),而其它5個(gè)分類(lèi)群共發(fā)現(xiàn)5個(gè)稀有基因,這可能與烏蘇里李等5個(gè)分類(lèi)群取樣數(shù)較少有關(guān),如果擴(kuò)大取樣數(shù)目,可能會(huì)發(fā)現(xiàn)更多稀有基因。李屬植物及其近緣種的分類(lèi)群間固定指數(shù)FIS=0.156,即總遺傳變異的15.6%分布在分類(lèi)群間,這高于Hamrick等報(bào)道的655種植物的FST(即長(zhǎng)壽木本植物FST的總平均值為0.076,短壽木本植物FST的總平均值為0.088),統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)相差較大,其原因表明本研究8個(gè)分類(lèi)群間分化程度明顯比其它多年生木本植物高,可能與李的起源進(jìn)化有關(guān)。業(yè)已清楚,李與一些植物不一樣,分別在歐洲、亞洲、北美洲被獨(dú)立馴化、利用,造成豐富的多樣性,導(dǎo)致種間分化程度較高,所以本研究的FST值較高是與李的起源進(jìn)化相一致的,另一個(gè)原因可能是由于杏、稠李與李屬植物的差異較大,遺傳交流較少所致。3.2關(guān)于歐洲李的起源問(wèn)題關(guān)于歐洲李的起源,至今仍未形成定論。有學(xué)者認(rèn)為歐洲李起源于小亞細(xì)亞,是櫻桃李與黑刺李種間雜交種經(jīng)加倍后形成的一個(gè)可育多倍體。純系黑刺李的染色體分別是2n=16,32,48,64和96。但Salesses等在對(duì)歐洲李進(jìn)行細(xì)胞學(xué)研究后認(rèn)為,其形成過(guò)程可能更為復(fù)雜。Zohary認(rèn)為歐洲李是櫻桃李的同源多倍體,Reynder認(rèn)為歐洲李可能是櫻桃李的多倍體類(lèi)型之一。在新疆曾發(fā)現(xiàn)野生歐洲李,因而張家延等提出歐洲李起源于中國(guó)新疆的觀(guān)點(diǎn),林培鈞等也研究認(rèn)為,歐洲李原產(chǎn)我國(guó)新疆伊犁地區(qū),隨歐亞大陸民族大遷移而西傳歐洲。但是劉威生對(duì)李種質(zhì)資源進(jìn)行SSR分析并結(jié)合前人的研究,認(rèn)為新疆的野生歐洲李可能并非栽培歐洲李的祖先,而是栽培的歐洲李通過(guò)種子傳播到新疆,再歸化為(Naturalized)野生歐洲李;并認(rèn)為歐洲李可能由黑刺李演化而來(lái),而黑刺李由櫻桃李和其它種演化而來(lái)。本研究種水平上的分析結(jié)果表明歐洲李與黑刺李的遺傳一致度(0.759)大于與櫻桃李的遺傳一致度(0.623),一定程度上表明歐洲李與黑刺李的親緣關(guān)系比與櫻桃李的親緣關(guān)系近。并且本研究等位酶分析的結(jié)果不支持歐洲李起源于四倍體的黑刺李和二倍體的櫻桃李的種間雜種的染色體加倍或未減數(shù)的2n配子體的結(jié)合而形成的假說(shuō)。3.3prunus研究200年來(lái)對(duì)于核果類(lèi)植物分類(lèi)方法各國(guó)植物學(xué)者始終存在不同意見(jiàn),迄今尚未統(tǒng)一。多數(shù)中國(guó)學(xué)者把李、杏、櫻桃和桃分別歸為4個(gè)屬,即Prunus、Armeniaca、Cerasus和Amygdalus,也就是所謂