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        雙江古茶樹與云南大葉種茶群體品種間的ISSR分析

        2012-12-28 10:53:48沈曉進(jìn)李法營(yíng)韋玲長(zhǎng)藍(lán)增全
        關(guān)鍵詞:鳳慶雙江親緣

        吳 田,沈曉進(jìn) ,李法營(yíng) ,韋玲長(zhǎng) ,藍(lán)增全

        雙江古茶樹與云南大葉種茶群體品種間的ISSR分析

        吳 田1,沈曉進(jìn)2,李法營(yíng)3,韋玲長(zhǎng)4,藍(lán)增全3

        (1.西南林業(yè)大學(xué) 園林學(xué)院,云南 昆明 650224;2.昆明市農(nóng)科院生物所,云南 昆明 650034;3.西南林業(yè)大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,云南 昆明 650224;4.臨滄茶葉科學(xué)研究所,云南 臨滄 677000)

        采用ISSR分子標(biāo)記技術(shù)對(duì)云南17份茶樹樣品進(jìn)行了親緣關(guān)系分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,12條ISSR引物共產(chǎn)生193條擴(kuò)增帶,其中多態(tài)性條為100.0%。供試材料的遺傳相似系數(shù)變異范圍為0.50~0.88。通過(guò)UPGMA法,可將17份材料分為2個(gè)大類,第1大類為“紅毛茶”,第2大類又可分成2個(gè)亞組,其中組Ⅰ包括雙江古茶樹和永德大葉種,而組Ⅱ包括勐庫(kù)群體品種、勐海大葉種和部分鳳慶大葉種。聚類分析結(jié)果表明,雙江古茶樹與采自永德的茶樹親緣關(guān)系最近,而與采自勐海和鳳慶大葉種的親緣關(guān)系相對(duì)較遠(yuǎn)。

        大葉茶;種質(zhì)資源;ISSR標(biāo)記

        云南大葉種茶是云南省大葉類茶樹品種的總稱,其代表是經(jīng)國(guó)家認(rèn)定的勐庫(kù)大葉種、鳳慶大葉種和勐海大葉種。據(jù)國(guó)家、省、地茶葉學(xué)者專家科考組2002年12月的初步結(jié)論,樹齡2 700多年的雙江自治縣勐庫(kù)野生古茶樹群落,是迄今世界上已發(fā)現(xiàn)的海拔最高、分布面積最廣、種群密度最大的野生古茶樹群落。其中,1號(hào)大茶樹位于海拔2 720 m處,株高16.8 m,基圍3.25 m,胸圍3.1 m,樹幅13.7×10.6 m;另外一棵根基和株高都在1號(hào)大茶樹之上的古茶樹,因?yàn)檫@棵茶樹是在考察組對(duì)古茶山科考后才發(fā)現(xiàn)的,先前就命名了1號(hào)大茶樹,所以,便稱它為 1+1號(hào)大茶樹。近年來(lái),雖然有不少報(bào)道是關(guān)于茶樹親緣關(guān)系的研究,但鮮有探討雙江古茶樹與云南大葉群體品種間親緣關(guān)系的的研究。

        隨著分子生物學(xué)的發(fā)展,基于PCR的分子標(biāo)記如RAPD、AFLP 、SSR、ISSR等,被廣泛應(yīng)用于植物遺傳研究[1-2]。ISSR 標(biāo)記是采用17~22堿基的重復(fù)錨定引物擴(kuò)增重復(fù)序列之間的片段,操作簡(jiǎn)單、重復(fù)性好、多態(tài)性豐富[3],且一套ISSR引物可在多種作物中通用,利用率高,在遺傳關(guān)系研究方面的應(yīng)用前景更廣闊[4]。用ISSR標(biāo)記進(jìn)行茶樹進(jìn)行分子鑒別的報(bào)道逐漸增多[5-7,8]。本實(shí)驗(yàn)采用ISSR技術(shù)探討雙江古茶樹與云南大葉群體品種間的親緣關(guān)系,以在今后育種及分類工作中在DNA水平提供證據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 植物材料

        樣品主要采集自勐庫(kù)、鳳慶、勐海等3個(gè)茶區(qū),葉面積、葉形指數(shù)、葉脈數(shù)、葉片特點(diǎn)、葉片顏色等特征詳見(jiàn)表1。表1中的名稱大多根據(jù)采集地命名,如“勐庫(kù)”為勐庫(kù)群體栽培品種,采集自勐庫(kù);“鳳慶1”、“鳳慶2”分別為采集自鳳慶不同地點(diǎn)的兩份材料。古茶樹1~4均采自雙江勐庫(kù)鎮(zhèn)大雪山,其中“古茶樹2”為1號(hào)大茶樹,“古茶樹4”為1+1號(hào)大茶樹,而“古茶樹1” 和“古茶樹3”為1號(hào)大茶樹附近、植株較為矮小的、形態(tài)特征略有差異的茶樹樣品。古茶樹1、2、3和4即為本實(shí)驗(yàn)所要探討的雙江古茶樹。而“紅毛茶”是當(dāng)?shù)卣J(rèn)為是“野茶”的一種資源,且有研究者認(rèn)為其與雙江古茶樹有一定的淵源,但目前還未見(jiàn)其進(jìn)行詳細(xì)的分類鑒定的資料。樣品選無(wú)病蟲害的茶樹嫩葉,洗凈后擦干,用液氮速凍,置于-70℃冰箱備用。

        表1 用于本研究的云南大葉種茶種質(zhì)?Table 1 Yunnan big-leaf tea germplasm resources used in the present study

        1.2 主要試劑

        CTAB提取介質(zhì):200 mmol/L Tris-HCl(pH值8.0),l00 mmol/L EDTA(pH 值 8.0),200 mmol/L NaCl;CTAB抽提緩沖液:100 mmol/L Tris-HCl(pH 值 8.0),20 mmol/L EDTA(pH 8.0),350 mmol/L NaCl,3 % CTAB,2% β-巰基乙醇;SDS提取介質(zhì):100mmol/L(pH8.0)Tris-HCl,50 mmol/L EDTA (pH值8.0),500 mmol/L NaCl。本實(shí)驗(yàn)所使用的試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純。

        1.3 DNA提取

        本實(shí)驗(yàn)用改良CTAB法提取DNA,即稱取保存于-70 ℃冰箱茶樹葉片于液氮中迅速研成粉末,取約0.2 mg轉(zhuǎn)入2.0 mL 離心管中,加入1 mL CTAB提取介質(zhì),混勻,7 000 r/min離心5 min,除去上清;重復(fù)上述操作;在沉淀中加入1 m L 65℃的CTAB抽提緩沖液,混勻,65 ℃水浴1 h;7 000 r/min離心10 min,取上清液,轉(zhuǎn)入另一離心管中,加入等體積氯仿∶異戊醇(24∶1)混合液,充分混勻,至水相由綠色變?yōu)闊o(wú)色;10 000 r/min離心10 min,取上清液,轉(zhuǎn)入另一離心管中,加入2倍體積-20 ℃預(yù)冷的無(wú)水乙醇,輕柔混勻;10 000 r/min離心10 min,將上清液緩慢倒出,用75%乙醇浸泡沉淀1 h后在超凈工作臺(tái)吹干至無(wú)酒精味,溶于適量1×TE緩沖液。

        1.4 DNA檢測(cè)

        取5 μL DNA樣品與3 μL上樣緩沖液(loading buffer)混勻后點(diǎn)樣于1% EB瓊脂糖膠孔,電泳,用凝膠成像系統(tǒng)照相,保存,以檢測(cè)DNA樣品的完整性。根據(jù)電泳檢測(cè)結(jié)果大致判斷DNA濃度,將DNA稀釋至合適倍數(shù),用超微量分光光度計(jì)測(cè)定OD260/OD280、OD260/OD230和DNA樣品濃度,以檢測(cè)DNA樣品的純度和濃度。

        1.5 ISSR引物篩選及ISSR-PCR擴(kuò)增

        根據(jù)加拿大British Columbia大學(xué)設(shè)計(jì)的ISSR引物序列,隨機(jī)選擇32條,由上海生工合成。PCR試劑均購(gòu)自日本TAKARA公司。PCR反應(yīng)液體系為20 μL,含10×PCR Buffer 2 μL,dNTP(A、T、C、G) 各 200 μmol/L,每條引物 1 μL (10 mmol/L),Taq DNA聚合酶1 U,模板DNA 50 ng(提取自“紅毛茶”),不足體積用無(wú)菌超純水補(bǔ)足。PCR反應(yīng)程序?yàn)椋?4 ℃ 5 min;94 ℃ 30 s;50 ~ 60 ℃(根據(jù)引物合成單上的Tm值分別試驗(yàn),取最佳退火溫度) 45 s;72 ℃ 1 min 30 s,40 個(gè)循環(huán);72 ℃ 10 min。擴(kuò)增產(chǎn)物在1×TAE緩沖系統(tǒng)下用2.0%的加入溴化乙錠(EB)瓊脂糖凝膠電泳分離,電泳完畢后在美國(guó)UVP凝膠成像系統(tǒng)上照像并保存。每組引物重復(fù)3次,以確認(rèn)易于辨認(rèn)、清晰且重復(fù)性好的條帶。

        1.6 數(shù)據(jù)分析

        根據(jù)電泳條帶的有無(wú)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),在相同遷移位置,有帶記為1,無(wú)帶記為0。只記錄易于辨認(rèn)、清晰且重復(fù)性好的條帶,排除模糊不清的條帶。用NTsys 2.1e軟件對(duì)茶樹種質(zhì)進(jìn)行非加權(quán)組平均法UPGMA(Unweighted Pair Group Method Analysis)聚類分析,計(jì)算種質(zhì)之間的遺傳相似系數(shù),建立樹狀圖。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 DNA質(zhì)量檢測(cè)

        本實(shí)驗(yàn)采用改良CTAB法提取的云南大葉種茶樹葉片基因組DNA用1.0%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)(圖片未顯示),結(jié)果顯示DNA主帶清晰明亮,條帶整齊,無(wú)拖帶現(xiàn)象。經(jīng)紫外分光光度計(jì)檢測(cè),DNA的OD260/OD280值在1.7~1.9之間, OD260/OD230值在1.9~2.1之間,表明該方法提取的總DNA質(zhì)量比較高,純度好,可以用于后續(xù)ISSR分析。

        2.2 ISSR引物的篩選

        以“紅毛茶”基因組DNA為模板,對(duì)32條不同的隨機(jī)引物進(jìn)行了PCR擴(kuò)增(圖1),發(fā)現(xiàn)有12條引物在相應(yīng)的退火溫度下(表2)能擴(kuò)增出產(chǎn)物,其中引物840、844、847、848、866、856、827擴(kuò)增的條帶清晰,且多態(tài)性較高。

        表2 用于本研究的ISSR引物Table 2 ISSR primers used in the study

        圖1 ISSR引物篩選Fig.1 Selection of ISSR primers

        2.3 不同大葉茶種的ISSR-PCR擴(kuò)增

        分別用12個(gè)引物對(duì)17份樣品進(jìn)行ISSR-PCR擴(kuò)增,結(jié)果表明擴(kuò)增的條帶大部分集中在100~1 000 bp,可讀條帶數(shù)共193條,多態(tài)性比率為100.0%。圖2以引物847為例展示了其在17份樣品中擴(kuò)增的圖片。

        圖2 引物847的ISSR擴(kuò)增Fig.2 Agarose gels showing the ISSR profile generated by primer 847

        2.4 聚類圖的構(gòu)建

        采用UPGMA法構(gòu)建了17份樣品的遺傳關(guān)系聚類圖(圖3)。通過(guò)聚類發(fā)現(xiàn),17份樣品的遺傳相似系數(shù)變化范圍為0.50~0.88,其中紅毛茶單獨(dú)聚類,與其它16份種質(zhì)的親緣關(guān)系較遠(yuǎn)。其余的16份種質(zhì)明顯聚為兩組(組Ⅰ和組Ⅱ),組Ⅰ包括采集自勐庫(kù)的種質(zhì)和部分采集自永德的種質(zhì),而組Ⅱ包括勐庫(kù)群體品種“勐庫(kù)”、采集自勐海的種質(zhì)和采集自鳳慶的種質(zhì)。特別值得注意的是,古茶樹1、2、3和4,即雙江古茶樹聚類較近,表明了它們較近的親緣關(guān)系。而雙江古茶樹與“勐庫(kù)”分別位于聚類圖的兩組中,且“勐庫(kù)”與鳳慶種親緣關(guān)系最近,暗示著勐庫(kù)群體品種并非源于當(dāng)?shù)?。此外,通過(guò)聚類圖還可以發(fā)現(xiàn),古茶樹1和古茶樹3遺傳距離最小,表明兩者之間親緣關(guān)系最近,且在本實(shí)驗(yàn)所用標(biāo)記范圍內(nèi)、相似性系數(shù)為0.88時(shí),這兩種種質(zhì)在DNA分子水平上是相同的,表明單純從表觀性狀進(jìn)行分類是有失偏頗的,更加暗示了分子技術(shù)在植物分類中的重要作用??傊瑥木垲悎D可見(jiàn),雙江古茶樹與采自永德的茶樹親緣關(guān)系最近,而與采自勐海的大葉種樣本和鳳慶的樣本的親緣關(guān)系相對(duì)較遠(yuǎn)。

        3 討 論

        圖3 17份茶樹種質(zhì)的UPGMA聚類Fig.3 UPGMA-based analysis among 17 Yunnan big-leaf tea resources

        本研究中12條ISSR引物被用于雙江古茶樹與云南大葉群體品種間的親緣關(guān)系分析,研究結(jié)果表明,16份云南大葉種茶樹及1份“紅毛茶”資源種質(zhì)間DNA擴(kuò)增譜帶的多樣性程度高達(dá)100%,這與劉本英[7]、邵婉芳[9]和段紅星[10]研究云南茶樹種質(zhì)有相似結(jié)果。從聚類樹狀圖可以看出供試種質(zhì)分為2個(gè)大類,第1大類為“紅毛茶”,第2大類又可分成2個(gè)組,組Ⅰ包括雙江古茶樹和永德大葉種,而組Ⅱ包括勐庫(kù)群體品種“勐庫(kù)”、采集自勐海大葉種和鳳慶大葉種。從聚類圖可見(jiàn),雙江古茶樹與采自永德的茶樹親緣關(guān)系最近,而與采自勐海和鳳慶的大葉種樣本的親緣關(guān)系相對(duì)較遠(yuǎn)。值得一提的是,“紅毛茶”與雙江古茶樹聚類較遠(yuǎn),這在分子水平為“紅毛茶”與雙江古茶樹之間較遠(yuǎn)的親緣關(guān)系提供了證據(jù)。

        聚類分析也表明,來(lái)自鳳慶和勐庫(kù)的樣本沒(méi)有與地域相對(duì)較近的永德樣本聚在一起,而與地域相對(duì)較遠(yuǎn)的勐海樣本聚在一起,這主要可能因?yàn)椴铇涫歉叨入s合體,且為異花授粉植物,在長(zhǎng)期雜交演化的過(guò)程中產(chǎn)生了大量的不連續(xù)變異,而且長(zhǎng)時(shí)間移種后新環(huán)境對(duì)種質(zhì)的遺傳信息也可能發(fā)生一定影響。也不排除所采樣本屬于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中勐海、鳳慶、勐庫(kù)三地引種栽培大葉種茶樹的因素。此外,本研究發(fā)現(xiàn),通過(guò)ISSR技術(shù)進(jìn)行聚類分析的結(jié)果與通過(guò)葉片大小、葉脈數(shù)等傳統(tǒng)植物學(xué)分類的結(jié)果不完全相同,暗示著分子生物學(xué)與茶樹表觀特征的結(jié)合更利于茶樹分類的真實(shí)性和科學(xué)性。

        致謝:本次實(shí)驗(yàn)的部分樣品由云南農(nóng)業(yè)大學(xué)茶學(xué)院熊能和李雙榮同學(xué)采集,在此表示感謝!

        [1] 陳兆波.分子標(biāo)記的種類及其在作物遺傳育種中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)進(jìn)展, 2009, 9(11): 2179-2181.

        [2] 廉 勇, 陳源閩, 王 勇, 等.DNA分子標(biāo)記技術(shù)輔助蔬菜育種研究進(jìn)展[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)科技, 2008, 5, 78-79.

        [3] Prevost A, Wilkinson M J.A new system of comparing PCR primers applied to ISSR fingerprinting of potato cultivars [J].Theor Appl Genet, 1999, 98: 107-112.

        [4] Zietkiewicz E, Rafalski A, Labuda D.Genome fingerprinting by Simple Sequence Repeat (Ssr)-anchored polymerase chainreaction amplification [J].Genomics, 1994, 20:176-183.

        [5] 劉本英, 王平盛, 周紅杰, 等.云南茶組植物ISSR-PCR反應(yīng)體系的建立[J].云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2006: 21 -25.

        [6] 姚明哲, 陳 亮, 王新超, 等.我國(guó)茶樹無(wú)性系品種遺傳多樣性和親緣關(guān)系的ISSR分析[J].作物學(xué)報(bào), 2007, 33(4): 598-604.

        [7] 劉本英, 王麗鴛, 周 健, 等.云南大葉種茶樹種質(zhì)資源ISSR指紋圖譜構(gòu)建及遺傳多樣性分析[J].植物遺傳資源學(xué)報(bào),2008, 9(4): 458-464.

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        [9] 邵婉芳, 龐瑞華, 王平盛, 等.云南茶樹種質(zhì)的RAPD研究[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué) , 2003, 36(12): 1582-1587.

        [10] 段紅星, 邵婉芳, 王平盛, 等.云南特有茶樹種質(zhì)資源遺傳多樣性的RAPD研究[J].云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2004, 19(3): 246-254.

        ISSR analysis between Shuangjiang ancient tea trees and Yunnan big-leaf tea trees

        WU Tian1, SHENG Xiao-jin2, LI Fa-ying3, WEI Ling-chang4, LAN Zeng-quan3
        (1.College of Horticulture and Gardening, Southwest Forestry University, Kunming 650224, Yunan, China;2.Biotechnology Research Institute, Kunming Academy of Agriculture Science, Kunming 650034, Yunan, China;3.Lincang Tea Research Institute, Lincang 677000, Yunan, China;4.College of Environment Science and Engineering, Southwest Forestry University, Kunming 650224, Yunan, China)

        ISSR molecular markers were used to analyze the genetic polymorphism of 17 Yunnan big-leaf tea resources.The results show that 193 bands were amplified with 12 ISSR primers, and the polymorphic rate were 100.00 %.The genetic similarity of the materials varied between 0.50 and 0.88.The 17 materials were classified into 2 groups with UPGMA method, and the first group involed “Hongmao Tea”, and the second one included two subgroups.The subgroup Ⅰ included the Shuangjiang ancient tea trees and Yongde big-leaf, and the subgroup Ⅱ included “Mengku”, the Menghai big-leaf and parts of Fengqing big-leaf.The genetic relationship of the ancient tea trees from Shuangjiang and parts of Fengqing big-leaf tea was the closest, and that was more far relatively with Menghai big-leaf tea.

        big-leaf tea; germplasm resources; ISSR marker

        S794.9;S571.1

        A

        1673-923X(2012)03-0136-05

        2011-12-30

        國(guó)家林業(yè)局948項(xiàng)目(2011-4-45);西南林業(yè)大學(xué)重點(diǎn)基金(110908)和西南林業(yè)大學(xué)“大型儀器設(shè)備共享基金”

        吳 田(1980—),女,山東青島人,副教授,博士,主要從事植物生物技術(shù)及分子生物學(xué)方面的研究;E-mail:461257271@qq.com

        藍(lán)增全(1963—),男,廣東梅縣人,教授,主要從事生態(tài)學(xué)和茶學(xué)方向研究;E-mail: 2351417655@qq.com

        [本文編校:歐陽(yáng)欽]

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