李豐鈺 黃 平 鄭勇奇, 李長(zhǎng)紅 張雨婷 薛克娜 宗亦臣 趙鴻杰
(1. 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)園林與林學(xué)院 青島 266109;2. 國(guó)家林業(yè)和草原局植物新品種分子測(cè)定實(shí)驗(yàn)室 國(guó)家林業(yè)和草原局林木培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所 林木遺傳育種國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100091;3. 佛山市林業(yè)科學(xué)研究所 佛山 528234)
山茶屬(Camellia)為常綠灌木或者小喬木,約有280 種,原產(chǎn)于東南亞,從喜馬拉雅山到日本,從中國(guó)南部(廣西和云南)到爪哇島和蘇門(mén)答臘島均有自然分布(Liet al., 2021)。茶花(山茶花)是具有觀賞價(jià)值的山茶屬植物的統(tǒng)稱(chēng),茶花主要包括山茶(Camellia japonica)、滇山茶(Camellia reticulata)、茶梅(Camellia sasanqua)、金花茶(Camellia nitidissima)等種及其品種,性狀類(lèi)型豐富,涵蓋生長(zhǎng)類(lèi)型、花色、花型等觀賞性狀和耐寒、耐熱、耐鹽堿等適應(yīng)性狀。茶花因其具有較高的園藝觀賞價(jià)值而在世界各地被廣泛栽培,目前全球有記錄的山茶屬品種名超過(guò)5.1 萬(wàn)個(gè)(https://camellia.iflora.cn),隨著植物育種的發(fā)展導(dǎo)致品種數(shù)量繁多,其中存在大量同物異名和同名異物的現(xiàn)象,部分品種間的性狀差異較小,遺傳背景相似,為品種的鑒別帶來(lái)很大困難,不利于品種管理與保護(hù),影響山茶屬植物育種產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展(張亞利等, 2016,張旻桓等, 2018;潘麗芹等, 2019)。
由于山茶屬品種觀賞價(jià)值高,無(wú)性繁殖容易,可為育種者和生產(chǎn)者帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)利益,因此品種侵權(quán)時(shí)有發(fā)生,而品種鑒別和維權(quán)難度較大(陶乃奇等,2019)。目前山茶屬品種鑒別主要采用基于形態(tài)性狀的特異性、一致性、穩(wěn)定性(DUS)測(cè)試方法(張曉慶,2008),利用分子標(biāo)記技術(shù)鑒別山茶屬品種尚處于研究階段(申屠文月等, 2006;張景榮等, 2006)。DUS 測(cè)試存在成本高、周期長(zhǎng)且易受環(huán)境和人為因素影響等問(wèn)題,侵權(quán)證據(jù)難找、維權(quán)難度大,在處理品種侵權(quán)糾紛中的應(yīng)用十分受限(李汝玉等, 2007)。SSR(簡(jiǎn)單序列重復(fù))分子標(biāo)記是國(guó)際植物新品種保護(hù)聯(lián)盟(UPOV)推薦的可用于輔助植物品種鑒別的分子標(biāo)記技術(shù)之一,SSR 分子標(biāo)記具有操作簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、測(cè)試周期短、對(duì)DNA 質(zhì)量要求不嚴(yán)等諸多優(yōu)點(diǎn),因此在植物品種鑒別上的應(yīng)用日趨廣泛(王玲玲等, 2017)。
已公布的SSR 分子標(biāo)記位點(diǎn)在品種類(lèi)群通用性、擴(kuò)增結(jié)果重復(fù)性和位點(diǎn)多態(tài)性信息含量(polymorphism information content, PIC)等方面參差不齊并且差異較大,而多態(tài)性高、重復(fù)性好、通用性強(qiáng)等的SSR 位點(diǎn)是應(yīng)用分子標(biāo)記輔助植物品種鑒別的基礎(chǔ),因此SSR 分子標(biāo)記位點(diǎn)的篩選尤為重要。前人對(duì)品種鑒別能力的分析評(píng)價(jià)往往是基于單個(gè)位點(diǎn),而單個(gè)位點(diǎn)對(duì)品種的鑒別效率不高,多個(gè)位點(diǎn)組合可能會(huì)達(dá)到更好的品種鑒別效果,因此開(kāi)展SSR 位點(diǎn)組合品種鑒別能力的分析評(píng)價(jià)研究十分必要。
基于累積鑒別力(TDP)是較為常用的評(píng)價(jià)分子標(biāo)記位點(diǎn)組合的鑒別能力的統(tǒng)計(jì)方法(Jones, 1972),品種鑒別力(VDP)是新提出的可用于分析評(píng)價(jià)分子標(biāo)記位點(diǎn)組合的品種鑒別能力的統(tǒng)計(jì)方法,具有無(wú)群體偏好,敏感度高等特點(diǎn),其包括3 種評(píng)價(jià)植物品種鑒別力的統(tǒng)計(jì)方法:基于概率的品種鑒別力(P-VDP)、基于比較的品種鑒別力(C-VDP)和基于比率的品種鑒別力(R-VDP)。目前,該統(tǒng)計(jì)方法已在高粱(Sorghum bicolor)、 玉米(Zea mays)和水稻(Oryza sativa)等農(nóng)作物品種的分子標(biāo)記位點(diǎn)組合品種鑒別能力分析評(píng)價(jià)工作中有初步應(yīng)用(Yanget al., 2021)。
為了獲得可用于山茶屬品種鑒別和位點(diǎn)組合品種鑒別能力分析評(píng)價(jià)的SSR 分子標(biāo)記位點(diǎn),本研究搜集、整理了已公布的76 個(gè)山茶屬SSR 分子標(biāo)記位點(diǎn),以山茶屬品種為實(shí)驗(yàn)材料,包括紅山茶組(Sect.Camellia)品種(84 個(gè))、金花茶組(Sect.Chrysantha)無(wú)性系(27 個(gè)),其中紅山茶組品種主要包含山茶和滇山茶,金花茶組無(wú)性系包含金花茶。結(jié)合位點(diǎn)多態(tài)性分析和位點(diǎn)組合VDP 分析的方法,篩選SSR 位點(diǎn)并對(duì)SSR 位點(diǎn)組合的品種鑒別能力進(jìn)行分析與評(píng)價(jià),旨在建立一套適用于山茶屬品種分子鑒別的SSR 位點(diǎn)以及位點(diǎn)組合品種鑒別能力評(píng)價(jià)的體系,為品種鑒別及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定等奠定基礎(chǔ)。
試驗(yàn)所用山茶屬品種樣品均取樣于佛山植物園,選擇生長(zhǎng)狀態(tài)良好、健康無(wú)病蟲(chóng)害的植株,共采取111 份山茶屬品種新鮮嫩芽,置于裝有硅膠的密封袋中,帶回實(shí)驗(yàn)室徹底干燥后置于-80 ℃超低溫冰箱中保存。
1.2.1 DNA 提取及檢測(cè) 采用高效植物基因組DNA提取試劑盒(型號(hào):CW0531M,北京康為世紀(jì))提取基因組DNA, 使用多功能酶標(biāo)儀(SpectraMax i3,Molecular Device, Austria)檢測(cè)DNA 的濃度和質(zhì)量,1%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)提取DNA 的完整性,檢測(cè)合格的DNA 稀釋至濃度為50 ng·μL-1,置于-20 ℃冰箱中保存?zhèn)溆谩?/p>
1.2.2 SSR 位點(diǎn)篩選 通過(guò)查閱文獻(xiàn),收集到山茶屬已公布的76 個(gè)SSR 位點(diǎn),選擇55 個(gè)位點(diǎn)(PIC>0.5)進(jìn)行初篩和復(fù)篩實(shí)驗(yàn)。初篩實(shí)驗(yàn):以隨機(jī)選取的8 個(gè)山茶屬品種的DNA 作為模板,對(duì)55 個(gè)位點(diǎn)進(jìn)行PCR 擴(kuò)增,采用瓊脂糖凝膠電泳對(duì)PCR 產(chǎn)物進(jìn)行檢測(cè),選取條帶清晰的位點(diǎn)進(jìn)行熒光毛細(xì)管電泳,保留峰型正常、重復(fù)性好且多態(tài)性高的位點(diǎn);復(fù)篩實(shí)驗(yàn):利用初篩得到的SSR 位點(diǎn)側(cè)翼引物對(duì)111 份茶花品種的DNA 進(jìn)行PCR 擴(kuò)增后,對(duì)其PCR 產(chǎn)物進(jìn)行熒光毛細(xì)管電泳,篩選通用性高的位點(diǎn)(黃平等, 2012;任小平等, 2016;張曉寧等, 2016;趙瑞娟等, 2017;胡文斌等, 2020;劉超凡等, 2021);最后,對(duì)111 份茶花品種的基因分型數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,選擇觀測(cè)等位基因數(shù)≥3 或PIC≥0.65 的位點(diǎn)(趙久然等, 2009)。
1.2.3 PCR 擴(kuò)增和熒光毛細(xì)管電泳檢測(cè) 在SSR 位點(diǎn)側(cè)翼正向引物5′端加M13(TGTAAAACGACGGCC AGT)接頭,構(gòu)建TPM13-SSR 引物,M13 引物采用3種熒光(FAM、HEX 和ROX)標(biāo)記。SSR 引物及M13熒光標(biāo)記由北京美級(jí)思諾生物科技有限公司和北京睿博興科生物技術(shù)有限公司合成。PCR 采用20 μL 體系:2×Taq MasterMix(10μL);正向引物(0.5 μL);反向引物(0.5 μL); M13 引物(0.5 μL); DNA(1 μL);ddH2O(7.5 μL)。
PCR 擴(kuò)增程序:94 ℃預(yù)變性5 min;94 ℃變性30 s,退火30 s(溫度見(jiàn)表1),72 ℃延伸30 s,20 個(gè)循環(huán);94 ℃變性30 s,48 ℃退火30 s,72 ℃延伸30 s,15個(gè)循環(huán);72 ℃延伸7 min;4 ℃保溫。PCR 擴(kuò)增產(chǎn)物大小采用ABI 3730XL 測(cè)序儀檢測(cè)。
表1 山茶屬17 個(gè)SSR 位點(diǎn)多態(tài)性信息Tab. 1 Polymorphic information of 17 SSR loci in Camellia
1.2.4 SSR 位點(diǎn)組合品種鑒別能力分析評(píng)價(jià) 比較品種鑒別能力分析工具VDPTools(https://github.com/caurwx1/VDPtools.git)中4 種統(tǒng)計(jì)方法(TDP, P-VDP, CVDP, R-VDP)的敏感度,基于敏感度最高的統(tǒng)計(jì)方法分析評(píng)價(jià)篩選所得SSR 位點(diǎn)組合的品種鑒別能力(Yanget al., 2021),考慮到品種鑒別能力受組合的位點(diǎn)數(shù)和差異位點(diǎn)數(shù)等因素影響,進(jìn)一步基于敏感度最高的統(tǒng)計(jì)方法,設(shè)置不同差異位點(diǎn)數(shù),分析評(píng)價(jià)SSR位點(diǎn)組合分別對(duì)全部品種(系)、紅山茶組品種、金花茶組無(wú)性系的品種鑒別能力,確定品種鑒別所需的最少SSR 位點(diǎn)數(shù)量的組合。
1.2.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析 使用GeneMarker V2.2.0 進(jìn)行基因分型(王蕊等, 2012),通過(guò)GenALEx 6.503 和Datatrans 2003 進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換(蓋紅梅, 2011;Peakallet al., 2012);使用Cervus 3.0.7 計(jì)算PIC 值(Zhouet al., 2022);使用Popgen V1.31 計(jì)算觀測(cè)等位基因數(shù)目(Na)(黃少勇等, 2013);使用Excel 計(jì)算單位點(diǎn)基因型數(shù)和數(shù)據(jù)缺失率;使用Ntsyspc 2.10e 估算成對(duì)品種間的遺傳相似系數(shù)(genetic similarity, GS),采用非加權(quán)類(lèi)平均法(unweighted pair group method arithmetic averages, UPGMA)進(jìn)行遺傳聚類(lèi)分析(Rohlf,1993);使用VDPtools V1.0 評(píng)價(jià)SSR 位點(diǎn)組合的品種鑒別能力(Yanget al., 2021)。
通過(guò)瓊脂糖凝膠電泳和熒光毛細(xì)管電泳篩選,初篩得到20 個(gè)帶型正常、重復(fù)性好且多態(tài)性高的SSR位點(diǎn),占篩選位點(diǎn)總數(shù)的36.4%;復(fù)篩得到17 個(gè)通用性強(qiáng)的SSR 位點(diǎn),占篩選位點(diǎn)總數(shù)的30.9%,復(fù)篩得到的17 個(gè)SSR 位點(diǎn)對(duì)111 份茶花品種的基因分型結(jié)果顯示峰型正常(部分基因分型結(jié)果見(jiàn)圖1)。
圖1 部分山茶屬品種在p1 位點(diǎn)的基因分型Fig. 1 Genotyping of some Camellia varieties at p1 locus
以復(fù)篩得到的17 個(gè)SSR 位點(diǎn)對(duì)111 個(gè)山茶屬品種的基因分型數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行多態(tài)性分析,分析結(jié)果顯示,在17 個(gè)SSR 位點(diǎn)上共檢測(cè)到166 個(gè)等位基因,觀測(cè)等位基因數(shù)(Na)范圍為3~15,均值為9.765,其中位點(diǎn)P06 的觀測(cè)等位基因數(shù)最多(15 個(gè)),位點(diǎn)p41的觀測(cè)等位基因數(shù)最少(3 個(gè));單位點(diǎn)基因型數(shù)量范圍為6~35,均值為23.353 個(gè),其中位點(diǎn)TUGM78 的基因型數(shù)最多(35 個(gè)),位點(diǎn)p41 的基因型數(shù)最少(6 個(gè));位點(diǎn)缺失率的范圍為0~4.50%,均值為0.90%,其中位點(diǎn)p85 數(shù)據(jù)缺失率最高(4.50%);多態(tài)性信息含量(PIC)的范圍為0.447~0.835,均值為0.696,其中位點(diǎn)CSSR35 的多態(tài)性最低(0.447),位點(diǎn)p1 的多態(tài)性最高(0.835)(表1)。17 個(gè)SSR 位點(diǎn)均符合觀測(cè)等位基因數(shù)≥3 或PIC≥0.65 的篩選要求,SSR 位點(diǎn)側(cè)翼引物信息見(jiàn)表2。
以最終確定的17 個(gè)SSR 位點(diǎn)對(duì)111 個(gè)山茶屬品種的基因分型數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),進(jìn)行UPGMA 聚類(lèi)分析,得到111 份茶花品種的聚類(lèi)圖(圖2)。聚類(lèi)結(jié)果顯示,各品種間遺傳相似系數(shù)在0.24~0.98 之間,111 個(gè)山茶屬測(cè)試品種(系)在遺傳相似系數(shù)為0.24 時(shí),分為兩類(lèi),一類(lèi)是金花茶組無(wú)性系(27 個(gè)),另一類(lèi)為紅山茶組品種(84 個(gè)),結(jié)果表明SSR 位點(diǎn)可有效鑒別紅山茶組品種和金花茶組無(wú)性系。
圖2 基于遺傳相似系數(shù)的111 個(gè)山茶屬品種的UPMGA 聚類(lèi)Fig. 2 UPMGA cluster of 111 Camellia varieties based on genetic similarity coefficient
差異位點(diǎn)數(shù)的設(shè)置和組合的位點(diǎn)數(shù)會(huì)影響品種鑒別能力,因此將4 種統(tǒng)計(jì)方法的差異位點(diǎn)數(shù)分別設(shè)置為1、2、3,比較不同統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算的值對(duì)于組合中位點(diǎn)數(shù)量變化的品種鑒別敏感性。結(jié)果如圖3 所示,總體上,不同差異位點(diǎn)數(shù)設(shè)置下,不同統(tǒng)計(jì)方法下的品種鑒別能力隨著組合中SSR 位點(diǎn)數(shù)量的減少呈下降的趨勢(shì)。其中,當(dāng)差異位點(diǎn)數(shù)設(shè)置為1 時(shí),R-VDP值顯著降低(圖3a);當(dāng)差異位點(diǎn)數(shù)設(shè)置為2 和3 時(shí),RVDP 值和C-VDP 值顯著降低,R-VDP 值降低更明顯(圖3b、3c),這表明隨著差異位點(diǎn)數(shù)量的增加,RVDP 和C-VDP 均表現(xiàn)出了對(duì)組合位點(diǎn)數(shù)量變化的敏感性。而在4 種統(tǒng)計(jì)方法中,R-VDP 對(duì)于組合的位點(diǎn)數(shù)和差異位點(diǎn)數(shù)的變化最為敏感,與前人的研究結(jié)果一致(Yanget al., 2021),因此選擇R-VDP 對(duì)SSR 位點(diǎn)組合的品種鑒別能力進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。
圖3 差異位點(diǎn)數(shù)=1, 2, 3 時(shí)SSR 位點(diǎn)組合對(duì)全部品種(系)的鑒別力Fig. 3 When the number of differential loci=1, 2, 3,The discrimination of combination of SSR Loci to all varieties (lines)
如圖4 所示,基于概率的品種鑒別力的值(RVDP 值)隨著位點(diǎn)組合中SSR 位點(diǎn)數(shù)量的增加呈現(xiàn)上升的趨勢(shì),當(dāng)位點(diǎn)增加到一定程度時(shí),R-VDP 值也會(huì)達(dá)到最大值。如表3 所示,差異位點(diǎn)數(shù)=1 時(shí),鑒別全部品種(系),最少需要11 個(gè)SSR 位點(diǎn),占篩選所得SSR 位點(diǎn)總數(shù)的64.7%;鑒別紅山茶組品種,至少需要10 個(gè)SSR 位點(diǎn),占篩選所得SSR 位點(diǎn)總數(shù)的58.8%;鑒別金花茶組無(wú)性系,至少需要5 個(gè)SSR 位點(diǎn),占篩選所得SSR 位點(diǎn)總數(shù)的29.4%(圖4a)。差異位點(diǎn)數(shù)=2 時(shí),17 個(gè)SSR 位點(diǎn)組合能夠鑒別96.4%的全部品種(系),達(dá)到R-VDP 最大值最少需要12 個(gè)位點(diǎn),占篩選所得位點(diǎn)總數(shù)的70.6%; 17 個(gè)SSR 位點(diǎn)組合能夠鑒別95.2%的紅山茶組品種,達(dá)到R-VDP 最大值最少需要12 個(gè)位點(diǎn),占篩選所得位點(diǎn)總數(shù)的70.6%; 鑒別金花茶組無(wú)性系最少需要7 個(gè)位點(diǎn),占篩選所得位點(diǎn)總數(shù)的41.2%(圖4b)。差異位點(diǎn)數(shù)=3 時(shí),17 個(gè)SSR 位點(diǎn)組合能夠鑒別94.6%的全部品種(系),達(dá)到R-VDP 最大值最少需要8 個(gè)位點(diǎn),占篩選所得位點(diǎn)總數(shù)的47.1%;17 個(gè)SSR 位點(diǎn)能夠鑒別92.9%的紅山茶組品種,達(dá)到R-VDP 最大值最少需要7 個(gè)位點(diǎn),占篩選所得位點(diǎn)總數(shù)的41.2%,鑒別金花茶組無(wú)性系最少需要8 個(gè)位點(diǎn),占篩選所得位點(diǎn)總數(shù)的47.1%(圖4c)。如圖5 所示,總體上R-VDP 值隨著差異位點(diǎn)數(shù)的增加呈下降的趨勢(shì),當(dāng)差異位點(diǎn)數(shù)≤6 時(shí),17 個(gè)SSR 位點(diǎn)的組合對(duì)山茶屬測(cè)試品種(系)群的R-VDP 最大值可保持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。
圖4 差異位點(diǎn)數(shù)=1, 2, 3 時(shí)SSR 位點(diǎn)組合在山茶屬品種(系)群種的品種鑒別力Fig. 4 When the number of differential loci=1, 2, 3, variety discrimination power of combination of SSR Loci in Camellia variety (clones) groups
圖5 17 個(gè)SSR 位點(diǎn)組合在不同差異位點(diǎn)數(shù)下對(duì)山茶屬品種(系)群的品種鑒別力比較Fig. 5 Comparison of variety discrimination power of combination of SSR Loci under different number of differential loci in Camellia variety (clones) groups
表3 SSR 位點(diǎn)組合在不同山茶屬測(cè)試品種(系)群中的品種鑒別力分析評(píng)價(jià)Tab. 3 Analysis and evaluation of variety discrimination power of combination of SSR loci in different variety (clone) groups of Camellia
本研究篩選驗(yàn)證獲得了17 個(gè)SSR 位點(diǎn),約占篩選位點(diǎn)總數(shù)的30.9%。通過(guò)比較分析發(fā)現(xiàn),SSR 標(biāo)記單位點(diǎn)PIC 范圍介于0.447~0.835 之間,與玉米較為接近(0.463~0.852), 高于水稻(0.370~0.810)、 小麥(Triticum aestivum)(0.240~0.829),單位點(diǎn)的等位基因數(shù)量也與玉米較為接近,略高于水稻,低于小麥(田大剛等, 2013;鄭永勝等, 2014;趙文明等, 2018),多態(tài)性信息含量、等位基因數(shù)量等指標(biāo)都是反映群體遺傳變異大小的指標(biāo),與位點(diǎn)遺傳特征,測(cè)試群體大小、群體遺傳背景等因素有關(guān),比較分析結(jié)果也表明本研究篩選獲得的山茶屬SSR 標(biāo)記在單位點(diǎn)水平具有良好的多態(tài)性,可作為品種鑒別的遺傳分析工具?;赟SR分子標(biāo)記的聚類(lèi)分析結(jié)果表明利用這些標(biāo)記可較好的區(qū)分山茶屬不同類(lèi)群的品種(系),可作為植物品種分組管理的有效工具。
統(tǒng)計(jì)方法的敏感性分析是分子標(biāo)記位點(diǎn)組合品種鑒別力分析評(píng)價(jià)的重要指標(biāo),在山茶屬SSR 分子標(biāo)記組合分析評(píng)價(jià)中,我們發(fā)現(xiàn)在不同差異位點(diǎn)數(shù)設(shè)置下,R-VDP 值對(duì)組合位點(diǎn)數(shù)的變化均表現(xiàn)出較好的敏感性,其次是C-VDP,當(dāng)差異位點(diǎn)數(shù)≥2 時(shí),C-VDP 對(duì)組合位點(diǎn)數(shù)的變化也有表現(xiàn)出一定的敏感性,但RVDP 對(duì)組合位點(diǎn)數(shù)變化和差異位點(diǎn)數(shù)變化的敏感性均優(yōu)于C-VDP,更有利于組合位點(diǎn)品種鑒別力的分析評(píng)價(jià),盡管如此,R-VDP 對(duì)于缺失數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性比CVDP 差(Yanget al., 2021),因此R-VDP 應(yīng)用的前提條件是篩選所得位點(diǎn)具有較低的數(shù)據(jù)缺失率,本研究中篩選獲得的SSR 位點(diǎn)在測(cè)試品種中的數(shù)據(jù)缺失率均小于0.05,因此選擇了R-VDP 對(duì)位點(diǎn)組合進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)。在品種鑒別實(shí)際應(yīng)用中,當(dāng)篩選所得位點(diǎn)的數(shù)據(jù)缺失率較高、品種鑒別靈敏度不重要且鑒別標(biāo)準(zhǔn)為差異位點(diǎn)數(shù)≥2 時(shí),也可選擇C-VDP 對(duì)位點(diǎn)組合品種鑒別能力進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。
在品種鑒別實(shí)踐工作中,通常會(huì)使用SSR 位點(diǎn)組合對(duì)測(cè)試品種進(jìn)行鑒別,因此,篩選鑒別能力較好的位點(diǎn)組合是建立植物品種鑒別標(biāo)準(zhǔn)方法的重要工作之一。之前的很多研究都是基于單位點(diǎn)水平的品種鑒別能力篩選標(biāo)記位點(diǎn),VDP 方法不僅可分析評(píng)價(jià)位點(diǎn)組合的品種鑒別能力,還可用于確定達(dá)到最高品種鑒別力所需的最少位點(diǎn)的組合,可達(dá)到縮減位點(diǎn)檢測(cè)數(shù)量與保持鑒別能力的平衡。在本研究中,使用了RVDP 的統(tǒng)計(jì)方法對(duì)山茶屬SSR 位點(diǎn)組合進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià),在不同差異位點(diǎn)數(shù)的設(shè)置下,山茶屬SSR 位點(diǎn)組合在不同山茶屬測(cè)試品種(系)群中均表現(xiàn)出較好的品種鑒別能力。以差異位點(diǎn)數(shù)=2 為例,山茶屬品種的R-VDP 最大值要高于高粱、玉米,且使用了更少的SSR 位點(diǎn)數(shù)量,這也表明篩選獲得的SSR 標(biāo)記組合具有較強(qiáng)的品種鑒別能力(Yanget al., 2021)。SSR 位點(diǎn)組合的鑒別能力也與物種育種進(jìn)程、技術(shù)方法,品種遺傳近似程度等因素有著密切的聯(lián)系,盡管山茶屬的品種育種歷史悠久,品種數(shù)量巨大,但木本植物雜合度高,遺傳背景復(fù)雜的特點(diǎn),也一定程度的提升了品種鑒別的效率。在品種鑒別工作中,鑒別能力往往與位點(diǎn)組合的數(shù)量成正相關(guān),一般認(rèn)為,檢測(cè)位點(diǎn)越多,鑒別能力越強(qiáng),鑒別結(jié)果越可靠,但在品種鑒別實(shí)踐中還需要考慮與測(cè)試成本間的平衡。本研究基于已有的測(cè)試品種群,通過(guò)計(jì)算不同數(shù)量位點(diǎn)組合的品種鑒別力,確定了品種鑒別所需的最少位點(diǎn)數(shù)量,獲得了具有高效鑒別能力的位點(diǎn)組合。例如,差異位點(diǎn)數(shù)=2 時(shí),對(duì)于所有測(cè)試品種,17 個(gè)SSR 位點(diǎn)組合RVDP 最大值為0.964,達(dá)到R-VDP 最大值最少需要12個(gè)位點(diǎn)的組合,占篩選所得位點(diǎn)總數(shù)的70.6%。
分析評(píng)價(jià)SSR 位點(diǎn)組合品種鑒別力,不僅能有效評(píng)估SSR 位點(diǎn)的組合的品種鑒別能力,還可提高品種鑒別效率,為品種鑒別及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定等奠定基礎(chǔ)。提高品種鑒別效率意味著利用較少的SSR 位點(diǎn)、較短的測(cè)試時(shí)間和較低的經(jīng)濟(jì)成本達(dá)到較高的品種鑒別能力。為了提高品種鑒別效率,達(dá)到縮減位點(diǎn)數(shù)量和保持鑒別能力的平衡。在品種鑒別實(shí)踐中,理論上應(yīng)優(yōu)先選用具有較強(qiáng)鑒別能力的位點(diǎn)組合。在已發(fā)布的基于SSR 分子標(biāo)記的品種鑒別的系列標(biāo)準(zhǔn)中,通常認(rèn)為差異位點(diǎn)數(shù)≥2 可判定為不同品種,在紅山茶組品種中,12 個(gè)SSR 位點(diǎn)的組合和17 個(gè)SSR 位點(diǎn)的組合具有相同的品種鑒別效果,因此當(dāng)被侵權(quán)品種為紅山茶組品種時(shí),建議優(yōu)先選擇12 個(gè)位點(diǎn)的組合進(jìn)行鑒別侵權(quán)與被侵權(quán)品種,其余位點(diǎn)可作為備選檢測(cè)位點(diǎn)。在金花茶組無(wú)性系中,7 個(gè)SSR 位點(diǎn)的組合和17 個(gè)SSR 位點(diǎn)的組合具有相同的品種鑒別效果,因此當(dāng)被侵權(quán)品種為金花茶組無(wú)性系時(shí),建議優(yōu)先選擇7 個(gè)位點(diǎn)的組合進(jìn)行鑒別工作,其余位點(diǎn)可作為備選檢測(cè)位點(diǎn)。
品種鑒別標(biāo)準(zhǔn)是判定兩個(gè)品種相同或者不同的標(biāo)準(zhǔn),例如差異位點(diǎn)數(shù)量、差異位點(diǎn)比率或者遺傳距離等,設(shè)定品種鑒別標(biāo)準(zhǔn)要綜合考慮物種或者品種的遺傳背景、育種現(xiàn)狀等因素(Heckenbergeret al., 2002;Achardet al., 2020)。本研究以差異位點(diǎn)數(shù)為例,分析不同鑒別標(biāo)準(zhǔn)下山茶屬SSR 位點(diǎn)組合對(duì)于3 個(gè)山茶屬品種群的品種鑒別力的影響。理論上差異位點(diǎn)數(shù)越多,則兩個(gè)品種間遺傳差異越大,判定為不同品種的可能性也就越大。在現(xiàn)行品種SSR 分子鑒別的國(guó)家/行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中,一般將差異位點(diǎn)數(shù)設(shè)置為1、2 或者3,例如白蠟屬(Fraxinus)、油茶(Camellia oleifera)等標(biāo)準(zhǔn)中認(rèn)為當(dāng)兩個(gè)品種的差異位點(diǎn)數(shù)為1 時(shí),即可判定為不同品種(國(guó)家林業(yè)局, 2014;國(guó)家林業(yè)和草原局,2019);而在高粱、玉米、水稻、棗(Ziziphus jujuba)、花生(Arachis hypogaea)等標(biāo)準(zhǔn)中認(rèn)為當(dāng)兩個(gè)品種間的差異位點(diǎn)數(shù)≥2 時(shí),才能判定為不同品種,兩個(gè)測(cè)試品種之間如果差異位點(diǎn)數(shù)=1 時(shí),則認(rèn)為是相近品種,當(dāng)差異位點(diǎn)數(shù)=0 時(shí),認(rèn)為是極為近似品種或者相同品種(中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)部, 2013a;中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)部, 2014a; 2014b;國(guó)家林業(yè)局, 2015;山東省市場(chǎng)監(jiān)督管理局, 2019);在小麥、紫蘇等標(biāo)準(zhǔn)中認(rèn)為兩個(gè)品種間差異位點(diǎn)數(shù)≥3 時(shí),判定為不同品種,品種間差異位點(diǎn)數(shù)=1 或2 時(shí),判定為相近品種,品種間差異位點(diǎn)數(shù)=0 時(shí),判定為極近似品種(中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)部,2013b;貴州省市場(chǎng)監(jiān)督管理局, 2020)。因此本研究將差異位點(diǎn)數(shù)分別設(shè)置為1、2、3,分析不同差異位點(diǎn)數(shù)設(shè)置下山茶屬SSR 位點(diǎn)組合對(duì)于全部品種(系)、紅山茶組品種、金花茶組無(wú)性系鑒別力的影響。結(jié)果表明:將差異位點(diǎn)數(shù)分別設(shè)置為1、2、3 時(shí),17 個(gè)位點(diǎn)的組合對(duì)山茶屬品種(系)群均具有良好的品種鑒別能力(見(jiàn)圖4a–c),當(dāng)差異位點(diǎn)數(shù)≤6 時(shí),17 個(gè)SSR 位點(diǎn)的組合對(duì)山茶屬品種(系)群的品種鑒別力最大值可保持相對(duì)穩(wěn)定的水平,表明篩選所得SSR 位點(diǎn)用于山茶屬品種鑒別的差異位點(diǎn)數(shù)最大可設(shè)置為6(見(jiàn)圖5),這也可為研制基于SSR 分子標(biāo)記法的山茶屬品種鑒別標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)置提供重要的參考依據(jù)。