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        基于ISSR分子標(biāo)記的冬種馬鈴薯品種遺傳多樣性分析

        2022-06-06 13:54:54陳兆貴張荃鋒盧曉琪鄭希綿
        湖南農(nóng)業(yè)科學(xué) 2022年1期

        陳兆貴,張荃鋒,盧曉琪,鄭希綿

        (惠州學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院,廣東 惠州 516007)

        馬鈴薯是第四大糧食作物,中國(guó)是全球最大的馬鈴薯生產(chǎn)國(guó),在保證國(guó)家糧食安全方面具有重要的意義。惠州市作為我國(guó)冬種馬鈴薯的主要生產(chǎn)基地,由于種植的品種較為單一,在生產(chǎn)上存在較大的風(fēng)險(xiǎn),有必要進(jìn)一步擴(kuò)大引種的品種資源[1]。

        ISSR(Inter-Simple Sequence Repeats 簡(jiǎn)單序列重復(fù)區(qū)間)是由Zietkiewicz[2]等基于SSR 技術(shù)發(fā)展起來的一種新型分子標(biāo)記技術(shù),具有重復(fù)性好、穩(wěn)定性高、多態(tài)性高等優(yōu)點(diǎn),已廣泛應(yīng)用于植物種質(zhì)資源鑒定領(lǐng)域以及不同品種植物的遺傳多樣性分析[3-6],在馬鈴薯種質(zhì)資源鑒定上也有應(yīng)用[7-8]。

        利用ISSR 分子標(biāo)記技術(shù)對(duì)惠州冬種馬鈴薯生產(chǎn)基地引種的36 份來源不同的馬鈴薯種質(zhì)資源進(jìn)行遺傳多樣性分析,為惠州地區(qū)冬種馬鈴薯引種提供堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 供試材料

        供試材料為引進(jìn)的冬種馬鈴薯品種,共36 個(gè)(見表1),由惠州市惠東縣油麻地馬鈴薯種植基地提供。在馬鈴薯生長(zhǎng)中后期,每個(gè)品種取2~3 片葉,放到-80℃冰箱保存。

        表1 用于ISSR-PCR 分析的馬鈴薯材料

        1.2 馬鈴薯DNA 提取

        采用艾科瑞生物工程有限公司植物DNA 提取試劑盒提取馬鈴薯葉片DNA,用超微量核酸蛋白測(cè)定儀和瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)DNA 的濃度和純度,保存于-20℃?zhèn)溆谩?/p>

        1.3 多態(tài)性引物篩選和擴(kuò)增

        引物由湖南艾科瑞生物工程有限公司合成,以提取的2 號(hào)和3 號(hào)2 個(gè)馬鈴薯品種DNA 為模板,篩選出選9 條引物,按優(yōu)化好的反應(yīng)條件進(jìn)行擴(kuò)增,擴(kuò)增后用1.5%的瓊脂糖凝膠電泳。

        1.3.1 PCR 反應(yīng)體系 反應(yīng)體系:12.5 μL Taq 預(yù)混液,10.5 μL RNase-free 水,1 μL 引物,1 μL DNA 模板,共25 μL。

        1.3.2 PCR 反應(yīng)條件 PCR 反應(yīng)條件參考何海旺等[1]的方法,94℃預(yù)變性7 min;94℃變性45 s,55℃復(fù)性45 s,72℃延伸2 min,35 次循環(huán);72℃延伸10 min,12℃保溫。

        1.4 數(shù)據(jù)處理

        通過ISSR-PCR 擴(kuò)增瓊脂糖凝膠電泳圖,進(jìn)行人工讀帶,以DL 8 000 DNA Maker 作為標(biāo)準(zhǔn)分子量,引物對(duì)每個(gè)條帶擴(kuò)增的位點(diǎn)為基礎(chǔ),記錄引物的擴(kuò)增位點(diǎn),有條帶的記作“1”,沒有條帶的記作“0”。對(duì)每張電泳結(jié)果圖進(jìn)行統(tǒng)計(jì),將數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)成0 和1 矩陣。后續(xù)將利用NTSYS-pc 2.10 e 分析軟件對(duì)矩陣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,并制成系統(tǒng)聚類圖。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 總DNA 質(zhì)量分析

        用1.5%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)總DNA,結(jié)果表明,所提取的DNA 質(zhì)量較好,總DNA 條帶清晰、均勻,無DNA 大量降解現(xiàn)象。經(jīng)微量紫外分光光度計(jì)檢測(cè),OD260/OD280比值均在1.8 左右,說明提取的 DNA 純度較高,符合PCR 擴(kuò)增的要求。

        2.2 ISSR 引物篩選和擴(kuò)增

        以2 號(hào)、3 號(hào)馬鈴薯DNA 模板,對(duì)所有引物進(jìn)行PCR 擴(kuò)增電泳(圖1),從15 個(gè)引物中篩選出9 個(gè)條帶比較清晰、數(shù)量比較多的引物。

        圖1 15 種引物篩選結(jié)果

        從表2 可知,用篩選出的9 個(gè)引物對(duì)36 份馬鈴薯品種進(jìn)行PCR 擴(kuò)增,共得到81 條清晰的條帶,平均每個(gè)引物可擴(kuò)增出9 條條帶。這些條帶位于100~3 000 bp 范圍內(nèi),其中多態(tài)性條帶有65 條,平均每個(gè)引物可以擴(kuò)增出7.22 條多態(tài)性條帶,平均多態(tài)性條帶比率達(dá)80.25%(引物ISSR 6、ISSR 14 引物擴(kuò)增產(chǎn)物結(jié)果見圖2、圖3)。表明ISSR 技術(shù)可以有效展示各個(gè)馬鈴薯材料之間的多態(tài)性。

        圖2 引物ISSR6 擴(kuò)增結(jié)果圖

        圖3 引物ISSR14 擴(kuò)增產(chǎn)物結(jié)果圖

        表2 ISSR 引物的擴(kuò)增情況與多態(tài)性條帶比率

        2.3 各馬鈴薯材料之間的多態(tài)性分析

        采用NTSYS-pc 2.10 e 軟件分析36 個(gè)馬鈴薯品種遺傳相似系數(shù),并構(gòu)建聚類樹狀圖(圖4),36 個(gè)馬鈴薯品種之間的遺傳相似系數(shù)為0.78~0.91。其中遺傳相似性最高的是華渝5(28 號(hào))和黑金剛(29 號(hào)),遺傳相似系數(shù)為0.91,說明這2 個(gè)馬鈴薯品種親緣關(guān)系較為接近。

        圖4 36 種馬鈴薯的聚類樹狀圖

        以遺傳相似系數(shù)0.80 為閾值可以把36 種馬鈴薯材料分為4 大類。第一大類有2 個(gè)品種,分別是云薯306(4 號(hào))和云薯608(9 號(hào));第二大類有4 個(gè)品種,包括中薯28(22 號(hào))、中薯紅1 號(hào)(23 號(hào))等品種,第二大類又可分為2 個(gè)亞類;第三大類有5 個(gè)品種,包括粵農(nóng)薯6 號(hào)(7 號(hào))、隴10(30 號(hào))等品種,其中可分為2 個(gè)亞類;余下的25 個(gè)品種聚為第四大類,第四大類在遺傳相似系數(shù)0.81 處可分為2 個(gè)大亞類。

        3 討 論

        一直以來,我國(guó)多是使用傳統(tǒng)育種方法來進(jìn)行作物育種,通過對(duì)親本的性狀和生化指標(biāo)來進(jìn)行分類鑒定,再通過優(yōu)良的親本來進(jìn)行雜交育種,雖然這些方法簡(jiǎn)單,也可培育出產(chǎn)量高、抗性好的優(yōu)良品種,但是也有難以改善的缺點(diǎn),如花費(fèi)大量時(shí)間、人力、物力和精力來進(jìn)行分類,培養(yǎng)過程中也容易受到環(huán)境的影響。ISSR 分子標(biāo)記是基于PCR 技術(shù)發(fā)展起來的一種DNA 多態(tài)性檢測(cè)技術(shù)[9]。與傳統(tǒng)的分類鑒定等方法相比較,ISSR 分子標(biāo)記技術(shù)不易受環(huán)境因素影響,且可以快速而準(zhǔn)確地鑒別親本間的親緣關(guān)系,讓育種工作變得更加簡(jiǎn)便快捷,因此被廣泛應(yīng)用在動(dòng)植物的品種鑒定、遺傳多樣性檢測(cè)等研究領(lǐng)域中[10-13]。馬鈴薯屬于多倍體作物,育種可能性較之其他作物更加多樣,但是也容易發(fā)生變異,這樣也就造成馬鈴薯依據(jù)傳統(tǒng)育種方法(通過親本的性狀)來進(jìn)行分類鑒會(huì)存在偏差。ISSR 分子標(biāo)記技術(shù)較于其他的分子標(biāo)記技術(shù),可以無需知道任何靶序列的SSR 背景信息,且ISSR 標(biāo)記通過使用比RAPD 引物更長(zhǎng)的引物,克服了RAPD 標(biāo)記穩(wěn)定性和重復(fù)性差的缺點(diǎn),具有操作性好、遺傳多態(tài)性高、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn),可以在短時(shí)間內(nèi)構(gòu)建作物的基因指紋圖譜[14]。

        利用9 個(gè)ISSR 引物從36 份馬鈴薯樣品中得到81條清晰的條帶,其中多態(tài)性條帶有65 條,多態(tài)性條帶比率達(dá)80.25%。與趙永秀等[15]的多態(tài)性條帶比率(93.38%)結(jié)果相差較遠(yuǎn),說明引進(jìn)的36 個(gè)馬鈴薯品種物種水平上遺傳多樣性豐富度一般。聚類分析結(jié)果表明,36 個(gè)馬鈴薯品種遺傳變異程度較為一般,部分品種間遺傳相似系數(shù)接近于1、親緣關(guān)系較為接近,并且呈現(xiàn)出地域差異小的情況。該研究結(jié)果可為這36個(gè)馬鈴薯品種在以后的雜交育種中親本選配提供依據(jù),并為進(jìn)一步研究馬鈴薯種質(zhì)鑒定分類提供參考。

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