贵州野生天麻遗传多样性的AFLP指纹分析.doc

1、贵州野生天麻遗传多样性的 AFLP 指纹分析作者：程纪伦, 范爱辉, 苟占平 , 典灵辉, 杨丽, 王晓丽【摘要】 目的研究野生天麻的遗传多样性，为合理利用野生天麻种质资源、为天麻的进一步系统选育研究提供一定的理论依据。方法利用AFLP 技术，采用 8 对 M+3 和 P+3 引物组合对 23 份贵州野生天麻品种进行了总基因组 DNA 水平上的多态性检测，用 NTSYSpc-2.10s 软件的 UPGMA 方法对检测结果进行聚类。结果共获得 552 条可统计的条带，其中 396条呈多态性，多态性带百分率约 72%。UPGMA 聚类可以将贵州不同产地的野生天麻很好地区分开来。结论该实验揭示了贵州

2、野生天麻种质丰富的遗传多样性，聚类分析结果表明多数来源地相同的天麻种质表现出较为密切的亲缘关系。 【关键词】 野生天麻； 遗传多样性； AFLPAbstract：ObjectiveTo study the genetic polymorphism of wild Gastrodia elata Bl. in Guizhou province, and provide reference for the utilizing its germplasm resources and cultivating new varieties. MethodsThe phylogentic relations

3、hips among 23 wild Gastrodia elata Bl. in Guizhou were analyzed using AFLP to study the genetic diversity with eight AFLP primer combinations (M+3 and P+3) . The determined molecular markers were analyzed through UPGMA method of software NTSYSpc- 2.10 s.Results552 bands were detected，396 of which we

4、re polymorphic, and the high ratio of polymorphic bands (86%) were observed in this study. The dendrogram from the clustering of UPGMA showed good classification of all population. Conclusion Our results suggest that wild Gastrodia elata Bl. in Guizhou shows abundant genetic diversities. Results of

5、cluster analysis showed that the classification based on AFLP markers of wild Gastrodia elata Bl. in Guizhou is consistent with their origin.Key words：Wild Gastrodia elata Bl.； Genetic polymorphism； AFLP天麻为兰科(Orehidaeae)多年生草本植物天麻 Gastrodia elata Bl.的干燥根茎，为我国传统名贵中药。 其主要有效成分天麻素具有广泛的药理作用, 具有镇静催眠、抗惊厥、增智

6、、健脑、治疗老年性痴呆症、抗氧化、延缓衰老、增强免疫功能、调节心血管等作用。就天麻遗传学研究来看，传统的研究主要是从形态学方面进行研究。近年来研究主要是运用 RAPD1,2 ，AFLP2 ，ISSR3等分子生物学技术对其遗传进化、品种分类鉴定等方面进行研究。野生天麻作为一种重要的遗传种质资源，未见有对其遗传多样性进行研究的报道。本研究利用 AFLP 技术, 以 8 对引物对 23 株不同来源的贵州野生天麻基因组 DNA 进行分析,旨在从分子水平上认识贵州天麻野生资源的遗传多样性和其遗传亲缘关系, 为天麻种质资源的收集保存和有效利用提供理论依据。1 仪器与材料1.1 材料样品采自贵州不同地区或相

7、同地区的不同居群，均为野生未受人为干扰状态下生长，具体类型和分布见表 1；所有样品经贵阳医学院药学院生药学教研室王晓丽教授鉴定。表 1 样品编号分类及产地（略）1.2 仪器与试剂试验中用 Mse、Pst、EcoR、T4 DNA lingase、RNA 酶试剂来自 NEB 公司，丙烯酰胺（SIGMA） 、聚丙烯酰胺（SIGMA） ，接头和引物由上海生工生物公司合成，Taq 酶、dNTP 来自大连宝生物公司。DYC2-20 型电泳槽、DYY-12 型电泳仪（北京市六一仪器厂） ，PCR 仪（TECHGENE）, 其余为国产分析纯试剂。2 方法2.1 基因组 DNA 制备47新鲜采集的天麻块茎或地上

8、茎切成小块后用改进的 CTAB 法提取基因组 DNA，用 0.8的琼脂糖凝胶电泳检测 DNA 质量，并用核酸蛋白测定仪测定 DNA 浓度，将样品用 pH8.0TE 稀释后-20冰箱保存备用。2.2 AFLP 分析8，92.2.1 天麻基因组 DNA 的酶切与连接取加入 45 l 如下的酶切连接混和液：ddH2O 37.85 l；10 NEB 2.5 l；Mse接头(50pmoll-1) 1 l；Pst或 EcoR接头（5pmoll-1）1 l；10mMATP 1l；5l 浓度为 100200 ngl-1 天麻基因组DNA； T4 DNA lingase（5Ul-1）0.4 l；Mse（10 U

9、l-1）0.5l；Pst或 EcoR (10 Ul-1) 0.5 l。37保温过夜后取5l 酶切连接产物于 1.0%琼脂糖凝胶上电泳检测。2.2.2 预扩增预扩增 PCR 反应体系（20 l）为：ddH2O 10 l；10buffer 2 l；dNTP (2 mM) 2 l；Mg2+(20 mM) 1.5 l；Taq 酶(2 Ul-1) 0.5l；酶切连接产物 2 l；引物M00(50 ngl-1) 1l；引物 P00 或 E00(50 ngl-1 ) 1 l。预扩增 PCR 反应程序为：95.0 5min95.0 35s56.0 35s72.0 1minGOTO STEP2 30cycles

10、72.0 5min4.0 保温。反应结束后取 5l 预扩增产物于 1.0%琼脂糖凝胶上电泳检测。剩余的预扩增产物用 TE(pH8.0)溶液稀释 20 倍后于-20保存，以待选择性扩增用。2.2.3 选择性扩增选择性扩增 PCR 反应体系（20l）为：ddH2O 7l；10buffer 2 l；dNTP (2mM) 2 l；Mg2+(20mM) 1.5l；Taq 酶(2Ul-1)0.5 l；稀释 20 倍的预扩增产物 5 l；M 引物(50 ngl-1)1 l；P 或 E 引物(50 ngl-1) 1 l。选择性扩增 PCR 反应程序为： 95.0 5min95.0 40s65.0（每循环降低

11、0.7）40s72.0 1minGOTO STEP2 13cycles95.0 40s56.0 40s72.0 1minGOTO STEP6 24cycles72.0 5 min 4.0 保温。选择性扩增产物与 7 l 的Loading Buffer 混和，95变性 5 min，立即转移至冰浴冷却，待用。2.2.4 选择性扩增产物的聚丙烯酰胺凝胶电泳分析聚丙烯酰胺凝胶电泳时，先安装好垂直电泳槽然后灌入 1TBE 电泳液，排除点样孔气泡，2 500 V 恒压预电泳 40 min。预电泳后将 7 l 变性后的选扩产物上样于点样孔内，2 500 V 恒压电泳至第一条指示剂条带跑至胶板底边时停止，电泳

12、时间约 23 h。然后银染显带3 。2.3 数据统计与分析 AFLP 电泳图谱用 Gel Pro Analyzer Version 410 分析,只记录那些可辨认的、两次扩增结果一致的条带，同一位点有带记为“1”,无带记为“0” ，形成 0/1 矩阵图输入计算机，采用 NTSYSpc-2.10s 软件的 UPGMA 方法对检测结果进行聚类，计算出天麻各样品的遗传相似度。3 结果3.1 天麻基因组 DNA 图谱结果见图 1。3.2 AFLP 结果分析利用从 30 对引物中筛选出的 8 对 AFLP 引物对23 份野生天麻种质的基因组 DNA 进行片段长度多态性扩增，获得了较好的扩增结果（见表 2

13、） 。共扩增出 552 条谱带（100700 bp） ，其中 396条具有多态性，占 72 %，平均每对引物扩增出 69 条可统计的带，其中50 条具有多态性。可见，AFLP 检测野生天麻种质资源遗传多样性的效率很高，也充分体现了野生天麻的遗传多样性。结果见图 2。表 2 8 对AFLP 选择性扩增引物产生的条带多态性（略） ）3.3 遗传距离和聚类分析结果见图 3。从图 3 可以看出，23 株野生天麻种质两两间的相似系数分布在0.570.85 之间，其中 21 号与 23 号的相似系数最小，为 0.584，表明2 种质间的亲缘关系最远。2 号与 3 号、12 号与 13 号、19 号与 20

14、 号的相似系数最大，为 0.85，表明这 6 个种质两两间的亲缘关系最近。以相似系数 0.57 为标准，23 株野生天麻种质可分为 A、B 两大聚类群，其中红麻和乌麻聚在一起，黄麻和绿麻聚在一起。A 聚类群在相似系数 0.58附近又分为 2 个亚类：第 1 亚类包括 18 株，在相似系数 0.66 附近又分为两组，第 1 组有 13 株，全部为来自不同产地的乌麻，第 2 组 5 株全部为来自不同产地的红麻。说明野生天麻种间变异度比较小。从图 3 还可以看出多数来源地相同的种质表现出较为密切的亲缘关系，比如来自遵义地区的 1、2、3、号聚在一起，来自德江的 19、20 号聚在一起等。但也有同一来

15、源地的品种未聚在一起的情况，比如来自遵义的1、2、3、4、5、6 号没有完全聚在一起。说明同一品种相同地区的种间变异度比较大。第 2 亚类只有 1 株，为乌麻品种。B 聚类群包括 4 株，该类包含两个品种黄麻和绿麻，其中 7 号绿麻与 10 号和 11 号黄麻先聚在一起，再与 21 号绿麻聚合；7 号和 21 号同为绿麻，但是并没有聚在一起，可能是因为产地相距较远。4 讨论本试验利用 AFLP 方法分析了 23 份野生天麻的遗传差异，获得了约72%的多态性位点。邹佳宁等1利用 RAPD 研究天麻种质的遗传关系，获得 70.97%的多态性位点，与我们得到的结果略有差异。这可能是由于AFLP 在扩

16、增出丰富的多态性带的同时也扩增出了大量的单态性带，使得其多态性带的百分率并没有明显提高。但平均每对引物所产生的多态性带数（69 条）明显高于前者的 7.75 条。由此可见，AFLP 标记显然是快速、高效的分子标记。此外，从 DNA 分子水平上来说，遗传多样性越高，表明其遗传背景越复杂，该物种存在的历史越久远。约 72%的多态性，说明野生天麻在其遗传进化过程中，基因组 DNA 发生了丰富的变异。同时也揭示了野生天麻种质资源极其丰富的遗传多样性。一个物种的进化潜力和抵御逆境的能力取决于种内遗传变异的大小，遗传多样性越丰富，对环境变化的适应能力越强，其自然分布范围越广。聚类图中两大群中大部分同一变型

17、、同一来源地的天麻优先聚合，表现出较为密切的亲缘关系。这与天麻野生种源生态条件与生态习性等综合因素有关。但也有同一来源地的品种未聚在一起的情况，这种现象可能是 AFLP 方可反映基因组本质的差异所致。在第一大类中，红麻和乌麻先聚在一起，再与不同产地的乌麻聚为一大类，同样第二大类中黄麻和绿麻先聚在一起，再与其它产地的绿麻聚为一大类，这一方面表明野生天麻种间变异度比较小，红麻和乌麻遗传相似度比较大，黄麻和绿麻遗传相似度比较大。另一方面也反映了不同产地的同一品种间变异度比较大，说明不同的环境因素可能是造成天麻遗传变异的主要因素。此与邹佳宁等对野生和栽培天麻亲缘关系的 RAPD 分析结果有相似之处，邹

18、佳宁等认为，地理分布和生长环境的差异是导致天麻形成丰富的遗传多态性的一个重要的原因。野生天麻种质在长期的自然选择下积累了丰富的遗传变异，遗传组成异常复杂，有必要结合形态与分子分类对野生天麻种质资源进行更深入的研究，以便为野生天麻种质资源利用提供科学依据。此外，不同生态区野生天麻品种间遗传差异相对较大。在进行天麻杂交育种时，应尽可能选择生态类型差异较大的育种材料，以使杂交后代有更多机会出现理想的性状组合，培育出更多更好的天麻新品种。【参考文献】1邹佳宁,宋聚先,常楚瑞，等. 贵州天麻种质资源的 RAPD 分析J. 中药材，2006,29（9）：881.2赵永亮， 傅体华，范巧佳，等.野生天麻栽培

19、天麻的 RAPD 和 AFLP 标记遗传多态性分析J.安徽农业科学, 2008，36( 17) : 7119.3关 萍，马丹炜，王贵侠，等.利用 ISSR 标记对天麻的贵州种群遗传多样性分析J.北京林业大学学报，2007，29 （6）：35.4常楚瑞,王晓丽.一种适于 AFLP 分析的天麻花葶 DNA 提取方法J.贵阳医学院学报，2005，30（6）：502.5李相陵，王晓玲，刘安发.天麻总 DNA 提取的研究J.贵阳医学院学报，2005，30（5）：399.6颜子颖，王海林译. 精编分子生物学实验指南M. 北京：科学出版社，1998，6: 37.7郭宝林,李家实,阎玉凝.中药材 DNA 分子

20、标记研究的技术问题(1)植物药基因组 DNA 的提取J.中草药, 2000, 31(12): 951.8Zabeau M and Vos P. Selective restriction fragment amplification: A general method for DNA fingerprintingJ. European Patent Application ,1992 ,publication number EP 0534858.9Vos. AFLP: a new technique for DNA fingerprintingJ. Nucleic Acid Res, 1995, 23(21)： 4407.10常楚瑞,王晓丽,龙庆德.天麻 AFLP 银染法显带研究J.中药材，2006，29（2）：126.