您的当前位置:首页正文

大白菜种质资源遗传多样性分析

2022-08-15 来源:步旅网
山西农业科学2011,39(1):12~16 Journal of Shanxi Agricultural Sciences doi:10.3969 ̄.issn.1002—2481.2011.0l_04 大白菜种质资源遗传多样性分析 赵美华,逯保德,兰创业,赵军良 (山西省农业科学院蔬菜研究所,山西太原030031) 摘要:以41份大白菜核心白交系为试验材料,利用AFLP标记方法检测其遗传多样性水平,结果表明,12 对引物组合多态性条带在4~26之间,平均多态率为45.75%。自交系间遗传距离在0.127 0.732之间,平 均遗传距离为0.401。对4种生态类型的大白菜自交系进行组内多态性分析发现,平头型大白菜遗传多样性 最为丰富,直筒型、卵圆型次之,短筒型遗传多样性最为狭窄。聚类分析表明,供试材料在低的自展值下被分 为2个类群,但2个类群的划分不能完全反映大白菜的生态类型和形态特征。特殊配合力强、杂交优势明显 的自交系间遗传距离相对较远,分别聚类在不同的类群中。研究结果明确了山西现有大白菜种质资源的遗 传背景,对于有效发掘和利用山西省大白菜种质资源、杂种优势预测、亲本选配、育种水平提高具有重要的 理论和实践意义。 关键词:种质资源;遗传多样性;大白菜;AFLP标记 中图分类号:¥634.103.2 文献标识码:A 文章编号:1002—2481(2011)01—0012—05 Genetic Diversity Analysis of Chinese Cabbage Germplasms ZHAO Mei—hua,LU Bao—de,LAN Chuang—ye,ZHAO Jun—liang (Institute of Vegetables,Shanxi Academy of Agricultural Sciences,Taiyuan 03003 1,China) Abstract:Genetic diversity level and relationship of 41 chinese cabbage selfing lines were tested by means of AFLP.Twelve pairs of 3+3 primer combination producing 4—26 polymorphism and the mean polymoq ̄hism was approximately 45.75%.Genetic diversity was the greatest in the lfat head eeotypes and significantly lower in the short head eeotype.There were the greatest genetic diversity among and lowest gentic divesity among short head eeotypes.The genetic distance of 41 self lines varied from 0.127 to 0.732.In the experiment 41 materials were divided into two clusters.Chinese cabbage germplasms with varied head types could not be distinguished based on molecular data.The result here clariifed the genetic relationships among the chinese cabbage breed— ing materials in Shanxi province and provide valuable information for breeding. Key words:germplasm resources;genetic diversity;chinese cabbage;AFLP marker 大白菜(Brassica rapa L ssp pekinensis)原产 以进行遗传育种。 于我国,是我国种植面积最大的叶用蔬菜作物。 利用DNA分子标记进行种质资源遗传多样 2006年我国大白菜种植面积达263.37万hm , 性分析,可以从分子水平反映基因组的多样性, 总产量达10 506万t,在我国膳食结构中具有重 为种质资源的创新和利用提供依据。目前,常用 要地位I1q。山西省农科院蔬菜研究所是我国大白 的分子标记有RAPD,AFLP,SSR和SRAP等,其 菜育种水平较高的科研单位,培育的晋菜3号、 各有优缺点。AFLP分子标记由于其具有多态性 太原二青等大白菜品种长期以来一直是我国贵 丰富、可靠性强的特点,近年来已经广泛应用于 州、广西、河北、东北等省(自治区)部分地区的主 白菜类作物遗传多样性分析 ,但应用于同一亚 栽品种。经过多年收集整理,已经积累了大量具 种内性状相近的大白菜种质资源的研究报道尚 有不同形态特征及生物学特征的大白菜种质资 不多见。 源,为大白菜遗传育种提供了丰富的遗传资源, 本研究以41份大白菜核心自交系为试验材 但由于对其遗传多样性未能进行深入分析,因 料,利用AFLP标记检测其多样性水平,揭示山 此,并没有挖掘出更多有价值的遗传多样性信息 西大白菜种质资源的遗传多样性,为亲缘关系遗 收稿日期:2010—09—19 基金项目:山西省农业科学院攻关项目(YGG0822) 作者简介:赵美华(1963一),女,山西清徐人,副研究员,主要从事大白菜遗传育种工作。 ・12・ 赵美华等:大白菜种质资源遗传多样性分析 传控制、杂种优势预测与亲本选配提供理论指 导,对于有效发掘和利用山西省大白菜有利基因 资源、提高选育效率和育种水平具有重要的理论 和实践意义。 同的种质资源,经过归并共整理具有不同典型地 理来源和遗传来源的结球大白菜核心种质资源 41份,按照核心种质的球形类型分为直筒形、平 头形、卵圆形、短筒形,其中直筒形l4份,平头形 5份,卵圆形14份,短筒形8份。 1.2植物形态学分析 1 材料和方法 1.1试验材料 2009年,将41份山西大白菜核心种质种植 于田间,每个品种调查5株,记录其植物学性状, 通过对山西省农科院蔬菜研究所现有大白 菜育种种质资源进行整理分析,将性状相近的不 包括生育期、叶色、叶柄色、叶面特征、有无叶毛、 同姊妹系进行归并,以保证所有试材均来源于不 球形、抱合方式7个指标(表1)。 表1 大白菜品种植物学性状统计 1.3遗传多样性检测 个单株,每株剪取1片新鲜子叶混合,采用改良 1.3.1基因组DNA提取每份材料随机选取5 CTAB法提取叶片总DNA。用1%的琼脂糖凝胶 ・l3・ 山西农业科学2011年第39卷第1期 电泳检测其质量,一20℃保存备用。 菜类蔬菜不同亚种问的AFLP多态率(64.0%和 90.8%),原因是本试验供试材料皆属于芸薹属芸 薹种大白菜亚种,亲缘关系较近,亚种内遗传多 样性较白菜类亚种间遗传多样性狭窄。 表2 12对AFLP引物对41份大白菜 基因组DNA扩增结果 1.3.2 AFLP分析参照Vos等[5J的方法。用限制 性内切酶 I和Mse I对基因组DNA双酶 切。预扩增采用EcoR I+A/Mse I+C引物组合,反 应总体系为20 L,其中,1 L连接产物模板 DNA,10 mol/L EcoR I,Mse I预扩引物各为 0.6 L,10 xPCR buffer 2 L,25 mmol/L MgC12 1.2 L,10mmol/LdNTP0.4 L, 酶0.2 L, ddH2O 14 Lo离心混匀,进行PCR反应,将预扩 增产物稀释20倍后,采用E+3/M+3引物组合 进行Touch—down选择性扩增。内切酶和连接酶 均购自New England Biolabs公司,接头及引物由 北京赛百盛基因技术有限公司合成。AFLP选择 性扩增产物变性后在6%聚丙烯酰胺变性凝胶上 电泳分离,硝酸银染色显影。 1.4数据处理与分析 根据扩增带的强弱、可重复性及分离清晰 度,确定遗传变异的带,淘汰假象带,在电泳图谱 中进行比较确定单态带与多态带,每条多态 DNA片段视为一个分子标记,对于每个分子标 记每2个样品间进行成对比较,将电泳图谱上清 晰的条带记为“1”,同一位置没有条带的记为 “0”,忽略条带强弱的差异,生成“0”和“1”组成的 原始矩阵。 相似系数依据每2个核心种质问共有条带 数进行计算(SMxy=(nll+nO0)/n。 表示所有条 带数)。遗传距离GD=I—SMxy。采用MEGA 4.016] UPGMA(unweighted pair group method with arith— metic averages)法构建聚类树,进行大白菜核心 种质遗传多样性分析。重复运算1 000次后获得 自展值(Bootstrap),以百分数表示。 2结果与分析 2.1 大白菜核心种质AFLP多态性条带分析 本试验共选用12对E+3/M+3引物组合对 41份山西大白菜育种材料进行An|P多态性分 析,共扩增出306个清晰的条带,其中多态性条 带为140个(表2),l2对引物组合多态性条带在 4~26之间,每个引物组合平均扩增出多态性条 带11.67条,多态性位点比率在24.00%~ 64.29%之间,平均多态率为45.75%。图1为 E—AAG/M—CCC在4l份大白菜种质中的AFLP 扩增图谱。结果表明,41份大白菜育种材料的 AFLP多态性低于郭晶心等 和Zhao等【3】针对白 .14・ 注:E核心序列为5 一GACTGCGTACCAATTC一3 ;M核 心序列为5 一GATGAGTCCTGAGTAA一3 。 ‰ l ・ 。“√|。i誓 _ | ? i垮 蟪 紫l0豫 图1 引物组合E—AAG/N—CCC在41份大白菜 种质中的AFLP扩增图谱 2.2大白菜核心种质遗传多样性分析 用MEGA 4.0软件进行遗传距离分析,41份 山西大白菜自交系问遗传距离在0.127~0.732 之间,平均遗传距离为0.401,总体遗传距离较 小,说明这些自交系间遗传背景较为狭窄。其中, 2个直筒类型的自交系7号与9号遗传距离最 小(GD=0.127),亲缘关系最近,而1个平头类型 品种24号与卵圆型品种38号遗传距离最远 (GD=O.732)。该结果与形态学特征相一致,7号 和9号均为典型的直筒青麻叶类型,表现为叶色 赵美华等:大白菜种质资源遗传多样性分析 深绿,植株高,无叶毛,只是7号生育期略长(85~ 90 d)、球顶拧抱,而9号生育期略短(80~85 d)、 交优势的预测和组合亲本选配具有指导性意义。 29、 球顶褶抱,推测这2个自交系可能来源于同一育 种材料自交分离的后代;而24号和38号分别属 于大陆性气候生态型和海洋性气候生态型,生物 学特征和环境适应性具有明显的分化特征,因 36 l 27 J 31 l 24 l 40 l 13 l 23 l 6 l 30 I 此,AFLP分子多态性呈现出较远的遗传距离。 对4种生态类型的大白菜自交系进行组内 多态性分析发现,短筒型大白菜组内遗传距离最 32 I 16 I 小,而平头型大白菜组内各品种遗传距离最远, 说明平头型大白菜遗传多样性最为丰富,直筒 型、卵圆型次之,短筒型遗传多样性最为狭窄。进 一步进行组间遗传距离分析(表3),结果表明, 平头型和直筒型品种亲缘关系最近(GD=0.365), 直筒型和卵圆型亲缘关系最远(GD=0.431)。 表3 4种大白菜生态型组间遗传距离 卵圆型 短筒型 直筒型 平头型 卵嘲型0.397 短筒型0.372 0.370 直筒型0.431 0.413 0.407 平头型0.425 0.382 0.365 0.422 2-3大白菜核心种质聚类分析 采用非加权类平均法(Unweighted Pair—group Method Arithmetic Averages,UPGMA)构建大白菜 核心种质聚类图。UPGMA聚类结果如图2所示。 图2显示,供试材料明显包含两大类群:类 群I和类群Ⅱ。这2个类群的划分不能完全反映 大白菜的生态类型和形态特征,各种生态类型均 分散聚类在2个类群中。如本试验共选用l4个 形态特征各异的直筒类型自交系,其中7个A交 系分布在类群I中,而另外7个自交系分布在类 群II中;14个卵圆类型的大白菜自交系,有10个 分布在类群I中,有4个分布在类群II中;5个 平头类型的自交系,有4个分布在类群I中,1个 分布在类群II中;8个短筒类型自交系中6个分 布在类群I中,2个分布在类群II中。总体来说, 卵圆类型、短筒类型和平头类型主要分布在第1 类群;第Ⅱ大类群主要包括直筒类型。 进一步对直筒类型进行分析表明,7号自交 系为太原二青的一个亲本青麻叶自交系,聚在类 群I中,太原二青的另一个亲本玉青自交系(C5) 聚在类群II中,说明2个亲本材料问亲缘关系 较远,因此杂交优势较为明显。与此相类似,晋菜 3号的2个亲本河头早(C33)和玉青(C5)也聚在 不同的类群中。证明分子遗传多样性分析对于杂 4l I I 71 4 ll  15 I 22—一/ 12、 26 9 329 I I  410 I 1  17 O-25 0.2O 0.15 O.10 0.O5 0.0O 图2 41份大白菜自交系遗传多样性的AFLP聚类 3 讨论 本研究采用AFLP标记方法,在DNA水平 上分析了代表山西大白菜核心种质的41个自交 系的遗传多样性。每个引物组合平均扩增出多态 性条带11.67条,平均多态率为45.75%,多态性 低于前人的研究结果,原因可能是由于供试材料 皆属于芸薹属芸薹种大白菜亚种,亲缘关系较 近,亚种内遗传多样性较白菜类亚种问遗传多样 性狭窄。 41份山西大白菜自交系问遗传距离在 0.127—0.732之间,平均遗传距离为0.401,总体 遗传距离较小,说明这些自交系间遗传背景较为 狭窄。从进化学角度来看,大白菜可分为3个基 本生态型:卵圆型又称海洋性气候生态型,平头 型又称大陆性气候生态型,直筒型又称交叉性气 候生态型,而短筒型则为直筒型与其他类型杂交 的中间类型『71。本研究发现,4种生态类型的大白 .1 5. 山西农业科学2011年第39卷第1期 菜自交系中,短筒型大白菜组内遗传距离最小, 种质资源的遗传背景、杂交优势预测、合理高效 而平头型大白菜组内各品种遗传距离最远,说明 选择杂交亲本具有重要的实践意义。 在山西现有种质资源中,平头型大白菜遗传多样 性最为丰富,直筒型、卵圆型次之,短筒型遗传多 参考文献: 样性最为狭窄。今后应该加强种质资源收集力 [1]中华人民共和国农业部.中国农业统计资料[MI.北京:中国 度,特别是加强卵圆型和短筒型育种材料的收 农业出版社,2007:61. 集,以丰富山西大白菜种质资源的遗传多样性, [2]蒋武生,张晓伟,原玉香,等.大白菜游离小孢子培养技术研 究进展及应用fJ1.河南农业科学,2009(9):152—154. 为今后培育出突破性品种奠定基础l8_10]。 13 J Zhao J,Wang X,Deng B,et a1.Genetic relationships within 试验获得的AFLP聚类分析表明,供试材料 Brassica rapa as inferred from AFLP fingerprints【JJ.TAG The0一 在低的自展值下被分为2个类群。2个类群的划 retical andAppliedGenetics,2005,110(7):1301—1314. 分不能完全反映大白菜的生态类型和形态特征, [4]郭晶心,周乃元,马荣才,等.白菜类蔬菜遗传多样性的 各种生态类型均分散聚类在2个类群中,这种 AFLP分子标记研究【J】.农业生物技术学报,2002,10(2): 138-143. DNA水平多态性对表型可见的差异贡献不大, [5 J Vos P,Hogers R,Bleeker M,et a1.AFLP:a new technique for 有可能暗示大白菜的各种形态类型由少数基因 DNA fingerprinting[J].Nucleic acids research,1995,23(21): 控制产生,而且大白菜作为典型的异花授粉作 4407-4414. 物,各种生态型基因交流频繁,因此,虽然大白菜 16 J Tamura K,Dudley J,Nei M,et a1.MEGA 4.O:molceulra evolu— 不同生态类型的形态差异程度较大,但在基因水 tionary genetics analysis(MEGA)software version 4.ON.Molec- ular biology and evolution,2007,24(8):1596. 平上并未形成明显的遗传分化。 [7]何其伟,郭素英.十字花科蔬菜优势育种[M].北京:农业出 另外,我们对部分杂交组合的亲本聚类分析 版社,1993. 结果进行了分析,结果发现,特殊配合力强、杂交 [8]冯英,张秦英,刘莉,等.青麻叶大白菜种质资源遗传多样性 优势明显的自交系间遗传距离相对较远,分别聚 的AFLP分析[J】.华北农学报,2008,23(3):56—59. 类在不同的类群中,这个研究结果与预期基本一 [9]孟淑春,郑晓鹰,刘玉梅,等.大白菜种质资源形态性状的多 样性分析IJ】.华北农学报,2005,20(4):57—61. 致。说明利用AFLP技术研究大白菜核心种质亲 [10]乔治军,张效梅,畅建武.山西玉米种质资源遗传多样性分 缘关系和遗传距离,对育种工作者充分认识现有 析和利用研究lJ1.山西农业科学,2006,34(3):28—30. (上接第11页) 状等了解清楚,看其是否具有所要求的目标性状 料中,创造半外来种质,既可避免优良基因的流 和基因,以减少育种的盲目性。 失,又能改变外来种的适应性和光周期敏感性l 7l。 热带、亚热带种质导人到温带材料的最佳比 参考文献: 例,因所用材料和选择目标的不同而有所差异。 [1]张铭堂,徐国良,才卓.玉米自交系选育的理论基础与实践 国内外研究结果表明,至少要用适宜性亲本或群 经验叨.玉米科学,2010,18(2):1—4. 体回交一次。适宜性亲本回交可以增加基础群体 [2]李文才,孟昭东,张发军,等.玉米秃尖性状的基因效应与遗 传变异分析[J】.华北农学报,2008,23(增刊):146—148. 的产量等性状的平均数并克服热带、亚热带种质 [3]樊修武,池宝亮,黄学芳,等.不同水分梯度下玉米水分利用 的适应性差的弊病。多数研究结果也表明,导人 效率研究[J].山西农业科学,2008,36(11):60—63. 热带种质的比例为25%,50%都取得了很好的效 [4]张前进,王振华,张新,等.玉米种质资源的创新与利用[J】.河 果。例如吉1037、京404等品种含有25%热带种 南农业科学,2006(4):28—31. 质;BT1、太系113、黄c、中74—106和48—2含有 [5]牛天堂,田良才,李晋川,等.关于山西玉米产业的可持续发 展【jJ.山西农业科学,2010,38(4):3-7. 50%热带种质。 [6]荆绍凌,陈达,孙志超,等,玉米种质资源的评价、改良与利 温带种质经过多年的选育,不良基因经过自 用[J].玉米科学,2007,15(5):46—48,51. 交都已经被淘汰,聚集的众多优良产量和农艺性 [7]董海合,李风华,才卓,等.热带玉米与温带玉米种质杂交农 状基因,可以弥补热带种质的不足c 8l,因此在玉米 艺性状的差异[J].华jE农学报,2005,20(5):17—20. 改良中,应对热带种质的遗传背景、产量、农艺性 [8]陈彦惠,常胜合,吴连成.温热玉米杂交种基本营养生长期 遗传的初步研究[J].华北农学报,2000,15(2):15—20. ・l6・ 

因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容