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基于SSR标记的荷花品种遗传多样性及群体结构分析

2016-08-12杜凤凤刘晓静常雅军李乃伟李丕睿姚东瑞

植物资源与环境学报 2016年1期
关键词:重瓣多态性荷花

杜凤凤, 刘晓静, 常雅军, 李乃伟, 李丕睿, 姚东瑞

〔江苏省中国科学院植物研究所(南京中山植物园), 江苏 南京 210014〕



基于SSR标记的荷花品种遗传多样性及群体结构分析

杜凤凤, 刘晓静, 常雅军, 李乃伟, 李丕睿, 姚东瑞①

〔江苏省中国科学院植物研究所(南京中山植物园), 江苏 南京 210014〕

采用SSR标记技术对42个荷花品种(Nelumbospp.)的基因组DNA进行扩增,在此基础上,对供试品种进行UPGMA聚类分析、群体结构分析和主坐标分析(PCoA)。结果表明:采用17对SSR引物从42个荷花品种的基因组DNA中扩增出77个位点,多态性位点百分率为88.31%;每对引物可扩增出1~9个多态性位点。根据Nei’s遗传距离,供试的42个荷花品种可被分成Ⅰ和Ⅱ两组,分别包含3和39个品种;在Nei’s遗传距离0.150处,Ⅱ组被进一步分成Ⅱa、Ⅱb和Ⅱc 3个亚组,分别包含3、16和20个品种。群体结构分析结果表明:组分概率高于等于0.80时,供试的42个荷花品种被分成Pop1、Pop2和混合群3个亚群,分别包含17、16和9个品种。PCoA分析结果表明:在F1水平上,供试的42个荷花品种被分成2个部分;其中,Pop1亚群的品种均分布在第二和第三象限,而Pop2亚群的品种则分布在第一和第四象限。总体来看,聚类分析、群体结构分析和PCoA分析的结果基本一致。综合分析结果表明:Ⅰ组包含美洲黄莲(N.luteaPers.)品种‘艾江南’,且与传统中国莲(N.nuciferaGaertn.)品种的亲缘关系最远,故认为该组为美洲黄莲;Ⅱ组为中国莲,其中,Ⅱc亚组以传统中国莲品种为主,而Ⅱb亚组则偏重于美洲黄莲。总体上看,供试的42个荷花品种主要被分为中国莲和美洲黄莲两组,而中美杂交莲并没有独立成组,其成因有待进一步研究。

荷花品种; SSR标记; 遗传多样性; UPGMA聚类分析; 群体结构分析; 主坐标分析(PCoA)

荷花为睡莲科(Nymphaeaceae)莲属(NelumboAdans.)多年生挺水植物,为中国十大传统名花之一,兼具观赏、经济及生态价值。荷花是起源最早的被子植物之一,素有“活化石”之称,属于冰川孑遗物种[1]。现存的莲属植物仅有2个种,即中国莲(N.nuciferaGaertn.)和美洲黄莲(N.luteaPers.),二者在花色和花型上具有明显区别,中国莲的花色以红、粉及白为主,且花型多样;而美洲黄莲的花色则以黄为主、花型以少瓣为主。中国莲主要分布在亚洲和大洋洲北部,而美洲黄莲则原产于北美洲;虽然二者存在地理分布隔离,但仍可相互杂交,并不存在生殖隔离现象[2-3]。荷花在中国有2 500 a以上的栽培历史,且品种繁多,目前已超过800个品种[4]。近年来,通过自然杂交和人工选育培育出大量具有优良园艺学性状的荷花新品种,深受育种专家和消费者的喜爱,且栽培面积广、数量多,但是这些新品种的亲本信息不明、遗传背景复杂,迄今为止这些品种的亲缘关系和遗传多样性尚不十分清楚,因此,亟待明确荷花各品种间的亲缘关系。

由于荷花的形态特征易受外界环境影响,且品种群庞大、遗传背景复杂,因此RAPD、ISSR、AFLP和SSR等分子标记技术已经成为研究其遗传多样性和亲缘关系的主要方法[5-11]。SSR(simple sequence repeat,简单重复序列)分子标记技术是以PCR为基础的DNA多态性检测技术,具有共显性、稳定性好、多态性高和遗传信息量大的特点,较其他分子标记具有明显的优势,是理想的分子标记方法[12]。

基于此,作者利用筛选出的扩增条带清晰且多态性好的SSR引物,对供试的42个荷花品种进行SSR扩增,并对这些荷花品种进行UPGMA聚类分析、群体结构分析和主坐标分析(PCoA),以期明确这些荷花品种的遗传多样性特征,能够在分子水平上对这些荷花品种进行鉴定和分类,并为荷花品种间的亲缘关系分析和荷花分子标记育种研究提供理论依据。

1 材料和方法

1.1材料

供试的42个荷花品种包括25个中国莲品种、1个美洲莲品种、10个杂交莲品种以及6个未命名的新品种,各品种的名称及主要形态特征见表1。供试的荷花品种均种植于江苏省中国科学院植物研究所内。种植地的地理坐标为北纬32°04′、东经118°45′,年均温15.7 ℃,年均降水量1 106.5 mm,年均降水日数117 d。于2014年4月初对所有品种进行翻盆,并采用种藕进行种植,于同年5月初采集植株上萌发的第2片和第3片立叶,置于装有硅胶的自封袋中并带回实验室,备用。

PCR扩增反应所用试剂及SSR荧光引物均购自北京鼎国昌盛生物技术有限公司。

1.2方法

1.2.1基因组DNA提取采用CTAB法[13]提取各品种嫩叶的基因组DNA,并采用质量体积分数0.8%琼脂糖凝胶和OneDrop分光光度计(南京五义科技有限公司)检测获得的DNA样品的质量和浓度。将获得的DNA样品稀释至质量浓度50 ng·μL-1,置于-20 ℃冰箱中保存、备用。

1.2.2SSR-PCR扩增反应从已知的荷花SSR引物[10-11]中选出34对引物,随机选择4个荷花品种的基因组DNA进行扩增反应,最终筛选出17对扩增条带清晰且多态性好的引物用于42个荷花品种基因组DNA的SSR扩增,各引物的序列及退火温度见表2。

反应体系的总体积为25.0 μL,包括50 ng DNA样品、 2.5 μL 10×PCR buffer、 0.2 mmol·L-1dNTPs、正向和反向引物各4 μmol·L-1、1 UTaqDNA聚合酶。扩增程序为:94 ℃预变性5 min;94 ℃变性30 s、相应温度退火30 s、72 ℃延伸30 s,共计35个循环;最后于72 ℃延伸10 min。对扩增产物进行毛细管电泳荧光检测,并用ABI3730测序仪(美国ABI公司)对扩增产物进行测序分析。

1.3数据处理和统计分析

根据SSR扩增结果获得等位基因的相关数据,对z并根据公式“PPL=(N/T)×100%”计算每对引物扩增的多态性位点百分率。其中,PPL为多态性位点百分率;N为每对引物扩增的多态性位点数;T为每对引物扩增的总位点数。

基于Nei’s遗传距离、采用PowerMarker V3.25软件构建供试的42个荷花品种的UPGMA聚类图;利用STRUCTURE V2.2软件进行基于混合模型的群体结构分析[14];利用XLSTAT 2014软件进行主坐标分析(PCoA),并绘制二维图。

表1供试42个荷花品种的名称及主要形态特征

Table 1Name and main morphological characteristics of 42 lotus cultivars (Nelumbospp.) tested

序号No.品种1)Cultivar1)种系2)Germline2)株型Planttype瓣型Petalform花色Flowercolor1宜良千瓣YiliangqianbanC大型Large千瓣Thousandsofpetals红色Red2红台莲HongtailianC大型Large重瓣Doublepetals红色Red3俊杰13Junjie13C大型Large重瓣Doublepetals红色Red4新子夜XinziyeC中小型Medium-small重瓣Doublepetals红色Red5卓越13Zhuoyue13C中小型Medium-small重瓣Doublepetals红色Red6红纤指13Hongxianzhi13C中小型Medium-small少瓣Fewpetals红色Red7星甸红莲XingdianhonglianC大型Large少瓣Fewpetals红色Red8中国红-延安Zhongguohong-Yan’anC大型Large半重瓣Semidoublepetals红色Red9中国红-嘉兴Zhongguohong-JiaxingC大型Large少瓣Fewpetals红色Red10红巨子HongjuziC大型Large少瓣Fewpetals红色Red11金陵火都JinlinghuoduC大型Large少瓣Fewpetals红色Red12N-1*#大型Large少瓣Fewpetals红色Red13N-2*#大型Large少瓣Fewpetals红色Red14红统帅HongtongshuaiC大型Large重瓣Doublepetals红色Red15N-3*#大型Large重瓣Doublepetals红色Red16似统帅SitongshuaiC大型Large重瓣Doublepetals红色Red17圣火ShenghuoC大型Large重瓣Doublepetals红色Red18N-4*#大型Large重瓣Doublepetals红色Red19N-5*#大型Large重瓣Doublepetals粉色Pink20五里情深WuliqingshenC大型Large重瓣Doublepetals粉色Pink21金陵女神JinlingnüshenC大型Large重瓣Doublepetals橙色Orange22瑶池之辰YaochizhichenC大型Large少瓣Fewpetals粉色Pink23粉精灵FenjinglingC中小型Medium-small少瓣Fewpetals粉色Pink24瑶池之云YaochizhiyunC大型Large重瓣Doublepetals粉色Pink25佛坐莲13Fozuolian13C大型Large重瓣Doublepetals粉色Pink26风暴13Fengbao13C大型Large重瓣Doublepetals粉色Pink27大洒锦DasajinC大型Large重瓣Doublepetals复色Versicolor28丽美人LimeirenC中小型Medium-small少瓣Fewpetals复色Versicolor29瑶池之星YaochizhixingC大型Large少瓣Fewpetals白色White30婚纱HunshaC大型Large少瓣Fewpetals白色White31玉纤指YuxianzhiH大型Large少瓣Fewpetals白色White32单瓣锦霞DanbanjinxiaH大型Large少瓣Fewpetals复色Versicolor33粉纤指13Fenxianzhi13H中小型Medium-small少瓣Fewpetals复色Versicolor34精彩13Jingcai13H中小型Medium-small重瓣Doublepetals复色Versicolor35红唇HongchunH中小型Medium-small重瓣Doublepetals复色Versicolor36俊愉莲JunyulianH中小型Medium-small重瓣Doublepetals复色Versicolor37金陵畅想JinlingchangxiangH大型Large重瓣Doublepetals复色Versicolor38金凤凰JinfenghuangH中小型Medium-small重瓣Doublepetals黄色Yellow39N-6*#大型Large重瓣Doublepetals黄色Yellow40金陵凝翠JinlingningcuiH大型Large少瓣Fewpetals黄色Yellow41锦衣卫JinyiweiH大型Large少瓣Fewpetals黄色Yellow42艾江南AijiangnanA中小型Medium-small少瓣Fewpetals黄色Yellow

1)*: 未命名的新品种 New cultivars unnamed.

2)C: 中国莲Chinese lotus (N.nuciferaGaertn.); #: 未知Unknown; H: 中美杂交莲Sino-American hybrid lotus; A: 美洲黄莲 American lotus (N.luteaPers.).

表2用于42个荷花品种SSR分析的17对引物的序列和退火温度

Table 2Sequence and annealing temperature of 17 pairs of primers used for SSR analysis of 42 lotus cultivars (Nelumbospp.)

引物编号Primercode引物序列(5'→3') Primersequence(5'→3') 正向引物Forwardprimer反向引物Reverseprimer退火温度/℃AnnealingtemperatureSSR028 CATTTTGAAGTTTGGGGACAAAAGGACACTAGGCCCAAAGTAGAGGGT57SSR041 GGCAAGGAAGATCTAGCGGTAACTCATGCATGAATCTTGGAAGTCTTG58SSR061 AAAGACCAATGAGAAGTGGGATGATCTCGATGTAGCATTAGAACACCG58SSR072 ATTTTCGAATCTCCCTCCCATACTGAACAACAAAAAGAATGAGGATC-TATTG58SSR078 GACTAATGAAACAGGGGTTAGGGCTCTCCAATCTCCCAACGACTCTTA60SSR079 TGAATGTGAAAAGAAAAAGTCGCATGTACTACTTTCCTCGAAGACGGC55SSR098 TAGACCAGGCTAGGATGGGGTAGAGTTAATGACATCTGCAGGGTGGT60SSR110 GCCAGCTACACCTTTTGATCTCAGTTCCCATTCTCAGTCCAGGTATGT60SSR155 GGGAGACTTGTTTTAAAGCCCCTAAAATTGATGGCCCATTCTGACTTA57SSR236 CGATTTAACAAAATGGAAAACCGATAGTGGAGTAGAGAAGTAGCGGCG55SSR257 AGATGGTCCCTACCATTAACCGATGAGTTTTGCTTGGAGGGATAACCT60SSR301 TAGAAAGAGGAAAGAGGGGAGGTGGAAAAGAGGGATTTAATGGGGATG58SSR346 GGCGAGAATTGAAGAAGAAATCTGAGAGCAGCCCAAGAATGTTTGAT58SSR355 TTGGATTGAGTAAATGAGGGGAAAAGAAACTTCCTCAGGTTTCAAGCA57SSR362 TAGTTATGGCCTTATGGGGAACCTAAGGTTTCTGTTTGGGGACCTTTA58SSR460 CAAGTGAAGACACCGAAGAGGATTTATGGAAGCCATAAGAAAATCCGA57SSR489 CCACTCGATTTGTGTTTGTGTTGTAAGGTTGAGAGGAAGGGAAAATTG58

2 结果和分析

2.1供试荷花品种的SSR扩增结果分析

利用筛选出的17对SSR引物对供试42个荷花品种的基因组DNA进行SSR扩增反应,扩增结果见表3。

由表3可以看出:17对引物共扩增出77个位点(即等位基因),其中68个为多态性位点,多态性位点百分率为88.31%;每对引物可扩增出3~9个位点,平均每对引物扩增位点数为4.5个;每对引物可扩增出1~9个多态性位点,平均每对引物可扩增出4.0个多态性位点。每对引物扩增的片段长度差异较大,引物SSR078和SSR079扩增出的片段长度均较短,分别为148~174和134~148 bp;而引物SSR155和SSR236扩增出的片段长度则较长,分别为285~301和276~320 bp。

表342个荷花品种基因组DNA的SSR扩增结果1)

Table 3SSR amplification results of genomic DNA of 42 lotus cultivars (Nelumbospp.)1)

引物编号PrimercodeTNPPL/%片段长度/bpFragmentlengthSSR02888100.00180-216SSR04144100.00214-232SSR0612150.00158-166SSR07299100.00210-244SSR07877100.00148-174SSR0795480.00134-148SSR09877100.00203-249SSR11044100.00161-191SSR1553266.67285-301SSR2363266.67276-320SSR2573266.67176-214SSR3014375.00197-223SSR3464375.00173-225SSR35544100.00266-284SSR3624375.00174-184SSR4603266.67211-239SSR48933100.00160-172总计Total7768平均值Aver-age4.54.0

1)T: 位点总数Total number of loci; N: 多态性位点数Number of polymorphic loci; PPL: 多态性位点百分率Percentage of polymorphic loci.

2.2供试荷花品种的UPGMA聚类分析

依据SSR标记分析结果计算荷花各品种间的Nei’s遗传距离,并据此对42个荷花品种进行UPGMA聚类分析,结果见图1。

由图1可以看出:在Nei’s遗传距离0.190处,供试的42个荷花品种被分成2个大组, Ⅰ组仅包括3个荷花品种,分别为品种‘艾江南’、‘锦衣卫’和‘卓越13’;Ⅱ组包含其余39个荷花品种。在Nei’s遗传距离0.150处,Ⅱ组还可以进一步分成Ⅱa、Ⅱb和Ⅱc 3个亚组,其中,Ⅱa亚组包含品种‘丽美人’、‘N-6’和‘红纤指13’;Ⅱb亚组包含16个荷花品种,其中中国莲品种有7个、中美杂交莲品种有7个、未命名的新品种有2个;Ⅱc亚组包含20个荷花品种,其中中国莲品种有15个(包括传统中国莲品种‘宜良千瓣’和‘红台莲’等)、中美杂交莲品种有2个、未命名的新品种有3个。

1: 宜良千瓣 Yiliangqianban; 2: 红台莲 Hongtailian; 3: 俊杰13 Junjie 13; 4: 新子夜 Xinziye; 5: 卓越13 Zhuoyue 13; 6: 红纤指13 Hongxianzhi 13; 7: 星甸红莲 Xingdianhonglian; 8: 中国红-延安 Zhongguohong-Yan’an; 9: 中国红-嘉兴 Zhongguohong-Jiaxing; 10: 红巨子 Hongjuzi; 11: 金陵火都 Jinlinghuodu; 12: N-1; 13: N-2; 14: 红统帅 Hongtongshuai; 15: N-3; 16: 似统帅 Sitongshuai; 17: 圣火 Shenghuo; 18: N-4; 19: N-5; 20: 五里情深 Wuliqingshen; 21: 金陵女神 Jinlingnüshen; 22: 瑶池之辰 Yaochizhichen; 23: 粉精灵 Fenjingling; 24: 瑶池之云 Yaochizhiyun; 25: 佛坐莲13 Fozuolian 13; 26: 风暴13 Fengbao 13; 27: 大洒锦 Dasajin; 28: 丽美人 Limeiren; 29: 瑶池之星 Yaochizhixing; 30: 婚纱 Hunsha; 31: 玉纤指 Yuxianzhi; 32: 单瓣锦霞 Danbanjinxia; 33: 粉纤指13 Fenxianzhi 13; 34: 精彩13 Jingcai 13; 35: 红唇 Hongchun; 36: 俊愉莲 Junyulian; 37: 金陵畅想 Jinlingchangxiang; 38: 金凤凰 Jinfenghuang; 39: N-6; 40: 金陵凝翠 Jinlingningcui; 41: 锦衣卫 Jinyiwei; 42: 艾江南 Aijiangnan.

图1基于SSR标记的42个荷花品种的UPGMA聚类图

Fig. 1UPGMA dendrogram of 42 lotus cultivars (Nelumbospp.) based on SSR markers

2.3供试荷花品种的群体结构分析

利用STRUCTURE V2.2软件对供试的42个荷花品种进行基于混合模型的群体结构分析。设定推测亚群数K=1~6,运行结果显示,L(K)随着K值发生变化但并没有明显的最大值,根据计算出的ΔK值绘制ΔK值随K值变化的散点图,在K=2时ΔK值出现明显的最大值,随后急剧下降,据此推测出的42个荷花品种的群体结构模型见图2。

由图2的群体结构模型可以看出:组分概率高于等于0.80时,供试的42个荷花品种被分成Pop1、Pop2和混合群3个亚群。其中,Pop1亚群共有17个荷花品种,包括1个美洲莲品种、8个中美杂交莲品种、7个中国莲品种和1个未命名新品种;Pop2亚群共有16个荷花品种,包括12个中国莲品种、3个未命名新品种及1个中美杂交莲品种(‘俊愉莲’);其余 5个中国莲品种、2个中美杂交莲品种及2个未命名新品种则为混合群。

与UPGMA聚类分析结果相比,Ⅰ组的全部荷花品种(3个品种)、Ⅱa亚组中33.33%的荷花品种(仅1个品种)及Ⅱb亚组中81.25%的荷花品种(13个品种)属于Pop1亚群;Ⅱb亚组中6.25%的荷花品种(仅1个品种)及Ⅱc亚组中75.00%的荷花品种(20个品种)属于Pop2亚群;Ⅱa亚组中66.67%的荷花品种(2个品种)、 Ⅱb亚组中12.50%的荷花品种(2个品种)及Ⅱc亚组中25.00%的荷花品种(5个品种)属于混合群。

1: 宜良千瓣 Yiliangqianban; 2: 红台莲 Hongtailian; 3: 俊杰13 Junjie 13; 4: 新子夜 Xinziye; 5: 卓越13 Zhuoyue 13; 6: 红纤指13 Hongxianzhi 13; 7: 星甸红莲 Xingdianhonglian; 8: 中国红-延安 Zhongguohong-Yan’an; 9: 中国红-嘉兴 Zhongguohong-Jiaxing; 10: 红巨子 Hongjuzi; 11: 金陵火都 Jinlinghuodu; 12: N-1; 13: N-2; 14: 红统帅 Hongtongshuai; 15: N-3; 16: 似统帅 Sitongshuai; 17: 圣火 Shenghuo; 18: N-4; 19: N-5; 20: 五里情深 Wuliqingshen; 21: 金陵女神 Jinlingnüshen; 22: 瑶池之辰 Yaochizhichen; 23: 粉精灵 Fenjingling; 24: 瑶池之云 Yaochizhiyun; 25: 佛坐莲13 Fozuolian 13; 26: 风暴13 Fengbao 13; 27: 大洒锦 Dasajin; 28: 丽美人 Limeiren; 29: 瑶池之星 Yaochizhixing; 30: 婚纱 Hunsha; 31: 玉纤指 Yuxianzhi; 32: 单瓣锦霞 Danbanjinxia; 33: 粉纤指13 Fenxianzhi 13; 34: 精彩13 Jingcai 13; 35: 红唇 Hongchun; 36: 俊愉莲 Junyulian; 37: 金陵畅想 Jinlingchangxiang; 38: 金凤凰 Jinfenghuang; 39: N-6; 40: 金陵凝翠 Jinlingningcui; 41: 锦衣卫 Jinyiwei; 42: 艾江南 Aijiangnan.

图242个荷花品种的群体结构模型

Fig. 2Population structure model of 42 lotus cultivars (Nelumbospp.)

2.4供试荷花品种的主坐标分析

利用XLSTAT 2014软件对供试的42个荷花品种的SSR标记分析数据进行主坐标分析(PCoA),结果见图3。

由图3可以看出:在F1水平上,供试的42个荷花品种被分成2个部分,与其群体结构分析的结果基本一致,仅个别品种的划分存在差异。其中,属于Pop1亚群的品种均分布在第二和第三象限,而属于Pop2亚群的品种则分布在第一和第四象限。并且,F1和F2水平上的遗传变异率均比较低,分别占总变异率的11.62%和8.45%,表明供试的这些荷花品种的杂合度较高。

1: 宜良千瓣 Yiliangqianban; 2: 红台莲 Hongtailian; 3: 俊杰13 Junjie 13; 4: 新子夜 Xinziye; 5: 卓越13 Zhuoyue 13; 6: 红纤指13 Hongxianzhi 13; 7: 星甸红莲 Xingdianhonglian; 8: 中国红-延安 Zhongguohong-Yan’an; 9: 中国红-嘉兴 Zhongguohong-Jiaxing; 10: 红巨子 Hongjuzi; 11: 金陵火都 Jinlinghuodu; 12: N-1; 13: N-2; 14: 红统帅 Hongtongshuai; 15: N-3; 16: 似统帅 Sitongshuai; 17: 圣火 Shenghuo; 18: N-4; 19: N-5; 20: 五里情深 Wuliqingshen; 21: 金陵女神 Jinlingnüshen; 22: 瑶池之辰 Yaochizhichen; 23: 粉精灵 Fenjingling; 24: 瑶池之云 Yaochizhiyun; 25: 佛坐莲13 Fozuolian 13; 26: 风暴13 Fengbao 13; 27: 大洒锦 Dasajin; 28: 丽美人 Limeiren; 29: 瑶池之星 Yaochizhixing; 30: 婚纱 Hunsha; 31: 玉纤指 Yuxianzhi; 32: 单瓣锦霞 Danbanjinxia; 33: 粉纤指13 Fenxianzhi 13; 34: 精彩13 Jingcai 13; 35: 红唇 Hongchun; 36: 俊愉莲 Junyulian; 37: 金陵畅想 Jinlingchangxiang; 38: 金凤凰 Jinfenghuang; 39: N-6; 40: 金陵凝翠 Jinlingningcui; 41: 锦衣卫 Jinyiwei; 42: 艾江南 Aijiangnan.

图342个荷花品种主坐标分析(PCoA)的二维散点图

Fig. 3Two-dimensional scatter figure of principal coordinate analysis (PCoA) on 42 lotus cultivars (Nelumbospp.)

3 讨论和结论

对荷花不同群体的遗传多样性研究已有较多的研究报道,但获得的研究结果有明显差异:利用ISSR和AFLP技术检测出的荷花群体多态性水平均较低(37.6%~55.8%)[6,9,15],而Yang等[16]利用SSR技术对野生荷花不同种源进行的相关研究结果则表明各种源间具有较高的多态性(88%)。造成这一差异的原因可能与所用的分子标记和引物及涉及的供试群体不同有关。本研究利用筛选出的17对SSR引物对供试的42个荷花品种基因组DNA进行扩增,扩增出的多态性位点百分率为88.31%,每对引物扩增出的位点数和多态性位点数最高均为9个,并有8对引物扩增出的多态性位点百分率达到100.00%,说明供试荷花品种间具有很高的基因多样性。

对植物进行群体结构研究有利于其种质资源的保存和有效利用,此方面研究已有较多的研究报道[16-21]。作者基于数学模型法、借助STRUCTURE软件并根据42个荷花品种的SSR标记分析数据对其进行群体结构分析,结果显示有9个荷花品种属于混合群体,这可能与长期育种造成的基因渐渗有关。综合UPGMA聚类分析、PCoA分析及群体结构分析结果,Ⅰ组包含具有代表性的美洲黄莲品种‘艾江南’,且与传统中国莲品种的亲缘关系最远,故认为该组为美洲黄莲;相应地,Ⅱ组为中国莲,其中Ⅱc亚组以传统中国莲品种为主,而Ⅱb亚组则偏重于美洲黄莲;6个未命名的新品种均被划分到Ⅱ组,说明它们也属于中国莲,但N-6、N-2、N-5和N-4与传统中国莲品种间的亲缘关系都较远,且杂合度较高,具有混合的遗传组分。同时,Ⅱ组品种数量多,且在花型、花色等性状上多样性丰富,是培育新品种的重要基因资源。

荷花的传统分类系统是根据其种源、株型、花型及花色划分为3个种系,即中国莲、中美杂交莲及美洲黄莲[4]。聚类和群体结构分析结果显示:中国莲和美洲黄莲被划分在不同组中,但中美杂交莲却没有独立成组,而是混杂在其他组中。这一结果与基于ISSR和SRAP标记的相关研究结果一致[6,22]。表明荷花杂交种的分类依赖其源自亲本的遗传组分比例,将中美杂交莲作为独立的分类单元的做法欠妥。

Li等[7]和Han等[23]的研究结果显示:基于荷花的某些形态特征(如花色和株型等)的传统分类结果与相关分子标记的分类结果部分吻合。但本研究结果并未发现传统分类与基于SSR标记的分类结果间存在明确的相关性,二者关系有待进一步研究。

[1]王其超, 张行言. 中国荷花品种图志[M]. 北京: 中国林业出版社, 2005.

[2]黄秀强, 陈俊愉, 黄国振. 莲属两个种亲缘关系的初步研究[J]. 园艺学报, 1992, 19(2): 164-170.

[3]王其超, 张行言. 中国荷花品种图志: 续志[M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 1999.

[4]张行言, 陈龙清, 王其超. 中国荷花新品种图志Ⅰ[M]. 北京: 中国林业出版社, 2011.

[5]郭宏波, 柯卫东, 李双梅, 等. 野生莲资源的RAPD分析[J]. 植物学通报, 2005(S1): 64-67.

[6]CHEN Y Y, ZHOU R C, LIN X C, et al. ISSR analysis of genetic diversity in sacred lotus cultivars[J]. Aquatic Botany, 2008, 89: 311-316.

[7]LI Z, LIU X Q, GITURU R W, et al. Genetic diversity and classi-fication ofNelumbogermplasm of different origins by RAPD and ISSR analysis[J]. Scientia Horticulturae, 2010, 125: 724-732.

[8]FU J, XIANG Q Y, ZENG X B, et al. Assessment of the genetic diversity and population structure of lotus cultivars grown in China by amplified fragment length polymorphism[J]. Journal of the American Society for Horticultural Science, 2011, 136: 339-349.

[9]HU J H, PAN L, LIU H G, et al. Comparative analysis of genetic diversity in sacred lotus (NelumbonuciferaGaertn.) using AFLP and SSR markers[J]. Molecular Biology Reports, 2011, 39: 3637-3647.

[10]YANG M, HAN Y N, VANBUREN R, et al. Genetic linkage maps for Asian and American lotus constructed using novel SSR markers derived from the genome of sequenced cultivar[J]. BMC Genomics, 2012, 13: 653-664.

[11]MING R, VANBUREN R, LIU Y L, et al. Genome of the long-living sacred lotus (NelumbonuciferaGaertn.)[J]. Genome Biology, 2013, 14: 41-47.

[12]PARK Y J, LEE J K, KIM N S. Simple sequence repeat poly-morphisms (SSRPs) for evaluation of molecular diversity and germplasm classification of minor crops[J]. Molecules, 2009, 14: 4546-4569.

[13]DOYLE J L, DOYLE J J. Isolation of plant DNA from fresh tissue[J]. Focus, 1990, 12: 13-15.

[14]PRITCHARD J K, STEPHENS M, DONNELLY P. Inference of population structure using multilocus genotype data[J]. Genetics, 2000, 155: 945-959.

[15]TIAN H L, XUE J H, WEN J, et al. Genetic diversity and relationships of lotus (Nelumbo) cultivars based on allozyme and ISSR markers[J]. Scientia Horticulturae, 2008, 116: 421-429.

[16]YANG M, LIU F, HAN Y N, et al. Genetic diversity and structure in populations ofNelumbofrom American, Thailand and China: implications for conservation and breeding[J]. Aquatic Botany, 2013, 107: 1-7.

[17]孙明伟, 袁素霞, 徐有明, 等. 基于SRAP 标记的百合部分种及品种遗传结构分析[J]. 园艺学报, 2011, 38(8): 1498-1506.

[18]ZHANG P, LI J Q, LI X L, et al. Population structure and genetic diversity in a rice core collection (OryzasativaL.) investigated with SSR markers[J]. PLoS One, 2011, 6: e27565.

[19]ZHANG F, GE Y Y, WANG W Y, et al. Genetic diversity and population structure of cultivated bromeliad accessions assessed by SRAP markers[J]. Scientia Horticulturae, 2012, 141: 1-6.

[20]GAWENDA I, SCHRÖDER-LORENZ A, DEBENER T. Marker for ornamental traits inPhalaenopsisorchids: population structure, linkage disequilibrium and association mapping[J]. Molecular Breeding, 2012, 30: 305-316.

[21]SONG B H, WINDSOR A J, SCHMID K J, et al. Multilocus patterns of nucleotide diversity, population structure and linkage disequilibrium inBoecherastricta, a wild relative of Arabidopsis[J]. Genetics, 2009, 181: 1021-1033.

[22]YANG M, HAN Y N, XU L M, et al. Comparative analysis of genetic diversity of lotus (Nelumbo) using SSR and SRAP markers[J]. Scientia Horticulturae, 2012, 142: 185-195.

[23]HAN Y C, TENG C Z, CHANG F H, et al. Analysis of genetic relationships inNelumbonuciferausing nuclear ribosomal ITS sequence data, ISSR and RAPD markers [J]. Aquatic Botany, 2007, 87: 141-146.

(责任编辑: 佟金凤)

Analyses on genetic diversity and population structure of lotus cultivars (Nelumbospp.) based on SSR markers

DU Fengfeng, LIU Xiaojing, CHANG Yajun, LI Naiwei, LI Pirui, YAO Dongrui①

(Institute of Botany, Jiangsu Province and Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210014, China),J.PlantResour. &Environ., 2016, 25(1): 9-16

Genomic DNA of 42 lotus cultivars (Nelumbospp.) were amplified by SSR marker technique, on the basis, UPGMA cluster analysis, population structure analysis and principal coordinate analysis (PCoA) of cultivars tested were carried out. The results show that 77 loci are amplified from genomic DNA of 42 lotus cultivars by 17 pairs of SSR primers, percentage of polymorphic locus is 88.31%. Each pair of SSR primer can amplify 1-9 polymorphic loci. According to Nei’s genetic distance, 42 lotus cultivars tested can be divided into two groups, i.e. Ⅰ and Ⅱ, which contain 3 and 39 cultivars, respectively. At Nei’s genetic distance of 0.150, group Ⅱ is further divided into three subgroups, i.e. Ⅱa, Ⅱb and Ⅱc , which contain 3, 16 and 20 cultivars, respectively. The result of population structure analysis shows that when component probability is above or equal to 0.80, 42 lotus cultivars tested can be divided into three subpopulations, i.e. Pop1, Pop2 and mixed population, which contain 17, 16 and 9 cultivars, respectively. The result of PCoA analysis shows that on F1 level, 42 lotus cultivars tested are divided into two parts. In which, cultivars of Pop1 subpopulation all distribute in the second and the third quadrants, while those of Pop2 subpopulation distribute in the first and the fourth quadrants. Overall, results of cluster analysis, population structure analysis and PCoA analysis are basically identical. The comprehensive analysis result shows that Ⅰ group contains American lotus (N.luteaPers.) cultivar ‘Aijiangnan’, and its relationship with traditional Chinese lotus (N.nuciferaGaertn.) cultivars is the farthest, so the group is considered to be American lotus. Ⅱ group is Chinese lotus, in which, Ⅱc subgroup is mainly traditional Chinese lotus cultivars, while Ⅱb subgroup is lean to American lotus. In general, 42 lotus cultivars tested are mainly divided into two groups of Chinese lotus and American lotus, while Sino-American hybrid lotus has not became into an independent group, the reason needs to be further researched.

lotus cultivars (Nelumbospp.); SSR marker; genetic diversity; UPGMA cluster analysis; population structure analysis; principal coordinate analysis (PCoA)

10.3969/j.issn.1674-7895.2016.01.02

2015-06-29

国家自然科学基金资助项目(31400604); 江苏省自然科学基金资助项目(BK20151370); 国家海洋公益性行业科研专项(201505023-4); 江苏省中国科学院植物研究所基金资助项目(SQ201403)

杜凤凤(1992—),女,甘肃天水人,硕士研究生,主要从事荷花资源的研究和开发利用。

Q946-33; S682.32

A

1674-7895(2016)01-0009-08

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