5个木薯品种染色体核型与聚类分析

李晓莉 贺新桠 肖鑫辉 高和琼 庄南生 王英

摘  要  本研究对5个木薯品种进行核型分析以揭示其核型特征，通过聚类分析来自4个产地的5个品种间的相似性，以探讨其亲缘关系。实验采用压片法，以木薯嫩叶为材料，运用DPS软件对核型资料按照最长距离法进行聚类分析。结果表明，木薯5个品种的染色体数目均为2n=36，其中，SC12的核型公式为2n=36=34m+2sm，SM2300-1的核型公式为2n=36=36m（4SAT）、桂热5号的核型公式为2n=36=36m，云南8号与ZM8752的核型公式均为2n=36=34m（4SAT）+2sm。核型不对称系数范围在56.58～58.85之间，核型类型依次为1A、1B、1B、2A、1A，对称程度较高。聚类结果显示，在遗传距离为0.4时，5个品种分为3类。第Ⅰ类为云南8号，第Ⅱ类包括ZM8752与SM2300-1，第Ⅲ类包括SC12和桂热5号，5个品种存在一定的核型差异，说明具有丰富的遗传多样性。

关键词  木薯;核型分析;聚类分析中图分类号  S533      文献标识码  A

Karyotype and Cluster Analysis of Five Cassava （Manihot esculenta Crantz）Varieties

LI Xiaoli^1，2， HE Xinya¹， XIAO Xinhui²， GAO Heqiong¹， ZHUANG Nansheng¹， WANG Ying^1*

1. Institute of Tropical Agriculture and Forestry， Hainan University， Haikou， Hainan 570228， China; 2. Tropical Crops Genetic Resources Institute， Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences， Danzhou， Hainan 571737， China

Abstract  Karyotype analysis was performed on five cassava cultivars to reveal the karyotype characteristics. The similarity and genetic relationship among the five cultivars were analyzed by cluster analysis， using young leaves as the materials and the squashing method to analyze the features of chromosomes. The results showed that the chromosome number of the five varieties was 2n=36， and the karyotype formula of SC12， SM2300-1， Guire No. 5 was 2n=36=34m+2sm， 2n=36=36m（4SAT）， 2n=36=36m， respectively， and that of both Yunnan No. 8 and ZM8752 was 2n=36=34m（4SAT）+2sm. The asymmetrical karyotype coefficient was ranged from 56.58 to 58.85， and the karyotype types was 1A， 1B， 1B， 2A and 1A， respectively. The degree of symmetry was high. The clustering results showed that when the genetic distance was 0.4， the five varieties were divided into 3 categories. The first category was Yunnan No. 8， the second category included ZM8752 and SM2300-1， and the third category included SC12 and Guire No. 5. The five cultivars had certain karyotype differences， indicating that they had abundant genetic diversity.

Keywords  cassava; karyotype analysis; cluster analysis

DOI10.3969/j.issn.1000-2561.2019.01.012

木薯（Manihot esculentaCrantz）是世界三大薯类之一，是重要的粮食作物^[1]。目前中国热带农业科学院热带作物种质资源研究所国家木薯种质资源圃保存了228份木薯种质资源，其中国内资源105份^[2]。核型是生物遗传物质在细胞水平上的表征，与外部形态相比，其受外界环境因素影响较小，更能保持相对稳定^[3]。1935年，木薯染色体的数目由Garner^[4]率先報道。随后，一些研究者以木薯花粉母细胞^[5]、木薯根尖^[6-7]、木薯叶片^[8-9]为材料进行制片技术研究与核型分析。其中De等^[10]利用木薯根尖研究了47份木薯减数分裂时染色体形态的相似性;Nassar等^[11]结合细胞遗传学和形态学手段对木薯嵌合体进行了研究;冯耀文^[12]对华南6号、王婧菲等^[13]对华南8-11号染色体的数量、大小、相对长度等进行分析;叶剑秋^[14]、曾霞等^[6]利用分子标记的统计数据对木薯种质进行聚类分析，讨论种质间的相似性与亲缘关系，但根据木薯核型资料进行聚类分析的研究未见报道。

本研究根据木薯各品种的核型特征、核型参数进行聚类分析，以探索品种间的亲缘关系，从而揭示不同地区品种的差异性，丰富木薯的遗传多样性，为木薯育种提供理论依据。同时，为木薯种质资源鉴定和细胞遗传图谱的构建提供细胞学基础。

1  材料与方法

1.1材料

SC12、云南8号、SM2300-1、桂热5号、ZM8752等5个木薯品种由中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所国家木薯种质资源圃提供，染色体核型分析所用材料为5个品种的新鲜嫩叶，具体信息见表1。

1.2染色体标本制备与核型分析

染色体标本的制备采用刘永安等^[15]以及李懋学^[16]报道的压片技术。取木薯的嫩叶，置于4 ℃饱和对二氯苯溶液下预处理2 h后用卡诺氏固定液（V_无水乙醇∶V_冰醋酸=3∶1）于4 ℃条件下固定24 h，最后保存在75%酒精中。实验时，将叶片放入60 ℃、1 mol/L 盐酸中解离15～18 min，经改良卡宝品红染色液染色4～24 h后，用解剖针取叶边缘少量组织进行压片。

用Olympus BX51显微镜对染色体分散且形态清晰的中期细胞拍照，核型分析软件为Photoshop CS5，Image J进行数据測量。核型分析标准按照李懋学等^[17]的方法，染色体类型参考Levan等^[18]的命名法则，核型分类采用Stebbins^[19]的分类标准，核型不对称性系数用Arano^[20]的方法计算。

1.3数据处理

根据5份木薯种质的染色体随体数目、臂比平均值、臂比方差、核型不对称系数、相对长度方差、最长染色体与最短染色体长度比值、sm染色体比例、m染色体比例等8项参数，采用DPS软件对实验数据进行聚类分析。

2  结果与分析

2.15个木薯品种的核型分析

根据李懋学等^[17]的规则，每个品种中选择30个分散良好的染色体细胞进行观察计数，具有36条染色体的细胞占85%。按照标准化核型分析，5个品种染色体数目均为2n=2x=36，与前人的报道一致^[4-5]。

桂热5号的染色体组由长染色体（L）、中长染色体（M2）、中短染色体（M1）和短染色体（S）组成，均为中部着丝粒染色体（m）（表2，图1），核型不对称系数为56.58%，相对长度变化范围为3.66%～7.93%，平均臂比为1.30，臂比>2的染色体百分比为0，核型公式为2n=36=36m，核型为1B型（表3）。

云南8号的染色体由中长染色体（M2）、中短染色体（M1）组成，仅14号染色体为近中部

着丝粒染色体（sm），其余均为中部着丝粒染色体（m）（表2，图1），核型不对称系数为58.55%，相对长度范围为4.39%～6.86%，平均臂比为1.44，第11号染色体臂比>2，百分比为5.56%，第15、18号染色体短臂端有随体，核型公式为2n=36= 34m（4SAT）+2sm，核型为2A（表3）。

ZM8752的染色体组由长染色体（L）、中长染色体（M2）、中短染色体（M1）和短染色体（S）组成，仅7号染色体为近中部着丝粒染色体（sm），其余染色体均为中部着丝粒染色体（m）（表2，图1），核型不对称系数为57.86%，相对长度变化范围为3.77%～7.42%，平均臂比为1.38，臂比>2的染色体百分比为0，第2、11号染色体短臂端有随体，核型公式为2n=36= 34m（4SAT）+2sm，核型为1A（表3）。

SM2300-1的染色体组由长染色体（L）、中长染色体（M2）、中短染色体（M1）和短染色体（S）组成，均为中部着丝粒染色体（m）（表2，图1），核型不对称系数为57.36%，相对长度范围为3.57%～7.78%，平均臂比为1.34，臂比>2的染色体百分比为0，第5、7号染色体短臂端有随体，核型公式为2n=36=36m（4SAT），核型为1B（表3）。

SC12染色体组由长染色体（L）、中长染色体（M2）、中短染色体（M1）和短染色体（S）组成，仅3号染色体为近中部着丝粒染色体（sm），其余染色体均为中部着丝粒染色体（m）（表2，图1），核型不对称系数为58.85%，相对长度变化范围为4%～7.13%，平均臂比为1.44，臂比>2的染色体百分比为0，核型公式为2n=36=34m+ 2sm，核型为1A（表3）。

5个木薯品种中，除云南8号外，SC12、ZM8752、SM2300-1、桂热5号的染色体组成相同;云南8号、ZM8752、SM2300-1均有2条染色体的短臂带有随体，而SC12、桂热5号染色体无随体;SM2300-1相对长度范围最广;云南8号臂比范围广;核不对称系数从小到大排列依次是桂热5号、SM2300-1、ZM8752、云南8号、SC12，即SC12核型不对称系数最高，总体上5个木薯品种染色体较对称。

2.2 5个木薯品种的聚类分析

染色体是遗传物质的载体，不同物种、不同品种之间的染色体核型存在一定的差异^[21]。因此，基于染色体核型对品种进行区分和聚类是可靠的。5个木薯品种遗传距离的变化范围为0.25～ 4.07，变化范围小，说明品种之间具有一定的相似性。其中，ZM8752与SM2300-1的遗传距离最小，为0.25，说明相似性程度较高，亲缘关系最近;其余品种遗传距离均大于0.3，占供试品种的60%，说明遗传多样性也较为丰富。从图2可以看出，在遗传距离为0.4时，5个品种分为3类。第一类为云南8号，其臂比>2的比例为5.56%，随体数为4;第二类包括ZM8752与SM2300-1，随体数均为4，核型不对称系数相差0.005;第三类包括SC12和桂热5号，随体数为0，核型不对称系数相差0.0227。在遗传距离大于1.0时，又可以分为2类，分别为云南8号/ZM8752/SM2300-1、SC12/桂热5号。

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