基于scot标记的陕西茶树种质资源遗传多样性分析-王令.pdf
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1、西北荩业亏搪 2018,27(2):244252Acta Agriculturae Borealioccidentalis Sinica网络出版日期:20180l一19网络出版地址:http:knscnkinetkcmsdetail611220S201801191441024html基于SCoT标记的陕西茶树种质资源遗传多样性分析王 令1,李 佼2,席彦军2,吴军舰2,郭明星2,李秀峰2,张 羽1(1陕西理T大学生物科学与工程学院,陕西汉中 723000;2陕西省汉中市农业科学研究所,陕西汉中 723000)摘要 为了明确陕西省本地群体种茶树种质资源的遗传多样性,为茶树育种提供依据。采用正交设
2、计和单因素分析方法,对茶树SCoTPCR体系进行优化。结果表明:20肛L最佳反应体系为Mg”25 mmolL,Taq酶075 U,引物07“molI。,dNTPs 025 mmolI。,模板DNA 30 ng。利用该体系对22份陕南茶树地方品种材料进行分析,扩增条带多且清晰,22条引物共检测出241个等位位点,其中多态性位点228个,多态性比率为946,位点的PIC值为057092。供试材料之间的遗传相似系数为058089。平均值达到072。基于SCoT标记的聚类与茶树叶片形态有很大的相关性。研究表明茶树SCoT体系结果稳定,雷复性好,为后续研究茶树资源遗传多样性提供技术支撑。关键词茶树;SC
3、oT标记;遗传多样性中图分类号$5711 文献标志码 A 文章编号 10041389(2018)02024409茶树Camellia sinensis(L)O。Kuntze属山茶科(Theaceae)山茶属(Camellia I。),起源于中国西南地区,作为重要的经济作物,其已有3 000多年的栽培历史J。茶树种质资源是茶树遗传改良、种质创新等工作的物质基础,开展茶树种质资源遗传研究,对收集利用优异茶树种质资源和促进茶叶科技创新具有重要意义2。陕西茶区毗邻古茶树发源地四川,历经千年的自然演化和人工栽培,拥有丰富的茶树种质资源,根据20世纪80年代的资源调查结果,陕西茶树地方品种大体分为7大群体
4、和28个品种3。但早期分类主要依据地域、栽培历史和茶树形态等宏观指标,缺乏生理生化和分子遗传等微观水平研究,利用分子标记技术深人了解地方茶树遗传背景和亲缘关系,为茶树分类和种质创新等研究提供技术支撑。SCoT(start codon targeted polymorphism)分子标记是根据植物基因中的起始密码子(ATG)侧翼序列具有较高保守特性,设计单引物对基因组进行扩增,产生偏向候选功能基因区的显性多态性标记。该技术具有操作简便、多态信息丰富、成本低廉、引物通用性广等诸多优点,已在油菜、柑橘、西瓜和柿等多种植物中建立了PCR体系并成功开展遗传研究4_8I。陈熙等凹1首次利用SCoT标记分析
5、了部分陕西茶树遗传背景,但未对SCoTPCR体系做优化试验。本研究通过优化SCoTPCR体系,建立茶树SCoT标记技术,并分析陕茶一号及其他陕西地方群体茶树材料的遗传背景和亲缘关系,为茶树资源遗传多样性研究奠定基础。1 材料与方法11 材料供试茶树品种为陕茶一号。其余21份茶树品种来自本地群体种资源圃(表1)。供试材料取自陕西省汉中市农业科学研究所茶叶综合试验站,选取无病虫害、幼嫩的茶树1芽1叶,一80保存。试验所用SCoT引物由北京奥科生物公司合成,Taq DNA聚合酶和DNA提取试剂盒购于大连宝生物工程有限公司。12 DNA提取与检测采用DNA提取试剂盒提取茶叶DNA,加TE缓冲液保存。用
6、紫外分光光度计检测DNA纯度和质量浓度,稀释至50 ngFI。采用8 gL的琼脂糖凝胶检测茶叶基因组DNA。收稿日期:201612-11 修回日期:201 7 0113基金项目:陕西省科技统筹创新工程计划项目(2016KTCQ02 06);陕西省农业科技创新转化项目(NYKJ一201 5-031)。第一作者:王令男,讲师研究方向为分子遗传学。E mail:wlsDUteducn万方数据2期 王 令等:基于SCo,l、标记的陕西茶树种质资源遗传多样性分析 24513 SCoT反应体系的优化131 正交试验设计 体系优化试验以陕茶一号茶树DNA为模板,SCOT25为扩增引物,采用L,。(4j)正交
7、试验设计,对反应体系中的M92+、dNTPs、引物、Taq酶和DNA模板5个影响因素分别设置4个水平共16个组合(表2),重复3次,总反应体系为20肚I。扩增反应程序:94。C预变性3 min;35个循环(94。C变性30 S,50。C退火30 s,72。C延伸2 min);72延伸10 min,4保存。扩增产物用15 gL琼脂糖凝胶电泳检测。132单因素试验在正交试验结果基础上,以直观分析的最佳水平为标准,分别对20“L反应体系中Mg”、dNTPs、引物、Taq酶和DNA模板5个因素进行单因素分析试验,浓度水平梯度同正交试验。14对22份茶树材料的PCR扩增应用优化的SCoTPCR反应体系,
8、选取22条SCoT引物对茶树材料进行扩增。扩增产物用万方数据西北农业学报8的非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳检测,银染法显色并统计条带。15数据统计与处理每条引物检测到的每条多态性带视为1个等位变异,将电泳图有带赋值为“1”,无带赋值为“0”。利用NTSYSpc210e系统软件中DICE法计算遗传相似系数,用UPGMA进行聚类分析。2 结果与分析21 PCR体系优化211 正交试验结果 SCoTPCR扩增结果显1)。其中组合11和12扩增的条带数最多,且清晰度高。参考韩国辉等1叩的方法对扩增的条带进行分析,即根据电泳条带的多少及清晰度对16个组合从116进行打分,结合评分做直观分析。直观分析的极差R值
9、反映该因素对试验结果影响的程度,R越大说明该因素对试验结果影响越大。由表3可知,茶树SCoTPCR反应体系中各因素的影响依次为M92+Taq酶dNTPsDNA引物。根据直观分析中各因素不同水平的均值(K)大小,表明各因素单一最佳水平分别为Mg”25 mmolL,Taq酶075 U,dNTPs示16个组合的条带数量和清晰度差异很大(图025 mmolL,DNA 30 ng,引物08 tlmolL。表2茶树SCoT-PCR L。(45)正交试验设计Table 2 L16(45)orthogonal design for SCoTPCR system in tea1 000 bp750 bp500
10、bp250 bp100 bpMMarker DI。2000;1161 6个正交试验设计组合扩增结果The PCR result of I(4j)orthogonal design products图1 茶树SCoT-PCR正交试验设计L,。(45)电泳结果Fig1 Result of Ll 6(45)orthogonaldesign products electrophoresis of tea plants SCoT-PCR reaction万方数据2期 li 令等:基于s【1。T标记的陕西茶树种质资源遗传多样性分析 247212单因素试验结果 影响茶树SCoTPCR扩增最大的因素是M92j
11、,Mg”浓度太低会降低Taq酶的活性,减少扩增条带,太高则会增加非特异性扩增【“】,从图2中58泳道看出,Mg抖浓度为15 mmolL时。条带非常少,当浓度提高到25 mmolI时,扩增质量最佳。PCR反应中DNA模板浓度过低可能导致条带太弱甚至无条带,过多则会增加非特异性扩增。由图2中14泳道看出,4个模板用量都能扩增出丰富的谱带,其中30 ng扩增效果最好,与正交试验的结果相吻合。dNTPs浓度对PCR反应影响较大,由图2可知,随着浓度的增加,扩增条带逐渐减少,说明高浓度的dNTPs不利于扩增,故选择025mmolI。为dNTPs的最佳浓度。引物4个水平的浓度均可以扩增出清晰的条带,但是高
12、浓度的引物会提高引物二聚体形成机率,引起非特异性扩增,故选择浓度低且条带最清晰的07“molL水平为最适浓度。从图2看出,随着Taq DNA聚合酶用量的1 000 bp750 bp500 bp250 bpi00 bp增大,条带亮度提高且更加清晰,075 U和10U扩增条带亮度基本一致,从经济角度考虑,选择075 U为最佳Taq酶用量。在正交设计试验的基础上,综合单因素试验结果,最终确定茶树SCoTPCR总体积为20灶L时,最佳体系为M92_25 mmolL,Taq酶075U,引物07肚molL,dNTPs 025 mmolL,DNA30 ng。22 22个茶树材料的SCoT分析221 SCoT
13、标记的等位变异数和扩增片段多态性 应用优化的SCoTPCR体系对陕茶1号及21个陕西本地群体种质材料进行PCR扩增和电泳检测,结果表明扩增条带多且清晰。统计分析结果如表4所示,22条引物在22个材料中共检测出241个等位位点,其中多态性位点228个,多态性比率为946,平均每个引物可扩增11个条带,引物SCoT 18扩增出最多的23个条带(图3)。SCoT位点的PIC值变化在057092间,都为高度多态基因座。M l 2 3 4 5 6 7 8 M 9 10 1l 12 13 14 1 5 16 17 18 19 2014DNA模板用量为20 ng、30 ng、40 ng、50 ng 1 4
14、DNA template 20 ng,30 ng,40 ng,50 ng;58M92+浓度为15、20、25、30 mmolIMg”concentration 15、20、25、30 mmolI,;912dNTPs浓度为025、03、035、04 mmolI。dNTPs concentration025,03,035,04 mmolL,1316引物浓度为06、07、08、09”molI。Primer concentration 06、07、08、09“molL;1720Taq聚合酶025、05、075、10 U Taq 025、05、075、10 U图2单一因素不同浓度对SCoT-PeR反应的
15、影响Fig2 Effect of single parameter with different concentrations on SC们卜PCR reaction万方数据248 西北农业学报 27卷2 000 bp1 000 bp750 bp500 bpM 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 M 21 22M Marker 1)12000:l22 22个材料的PCR扩增结裂PCR rP“】h s(Jf 22 different nlalerials atcnl【)I:i1 L,图3 引物SCoF18的PCR扩增结果Fig3
16、Amplification profiles of PCR bands by primer SCol、18222供试材料间的遗传相似系数基于22条 小,N138和M2间的相似系数最大,达到089。SCoT引物扩增结果,利用NTSYSpc 210e软件的DICE法计算遗传相似系数。如图4所示,22个材料间的相似系数为058089,平均相似系数072。其中X142和X131问的相似系数最223 聚类分析 用UPGMA构建22个茶树材料的聚类图(图5)。结果显示在相似系数067处,X142单独聚为一组,其余21份材料在相似系数069处分成3类。第1类包括Z143陕万方数据2期 王 令等:基于SCoT
17、标记的陕西茶树种质资源遗传多样性分析 249茶1号和N143等3个材料。第2类包括Z1425“B115和B13-6等16个材料。第33 讨论6050403020lOO类包括X131和X13112个材料。聚类结果与品种所在茶区地理分布无明显规律。:几几。 几n_l l_l Inl_。-。057 O59 O6l o63 O65 o67 o69 o7l o73 o75 o77 o79 o8l o83 o85 o87 o89 o91遗传相似系数Genetic similariW coefficient图4供试材料间遗传相似系数的频率分布Fig4 Distribution of genetic simi
18、larity between materialsZ143SClN143N1425B115M2N183X147X1434X13103B124X14一18X1322X122N133X142lN131 5B118B136X131X131lX142O67 072 078 O84 089遗传相似系数Genetic similarity coefficient图5 22份茶树材料的SCoT标记聚类分析图Fig5 Dendrogram of 22 tea materials based on SCoT markersSCoT标记具有引物通用性广、能有效产生和性状连锁的标记、操作简便、稳定性好、多态性高、方便
19、分子标记辅助育种等优点,因而在茶树遗传研究中有极大的潜力和良好的应用前景m。1。由于该技术是基于PCR的标记,其结果易受反应体系的影响,在使用前需要对SCoTPCR体系进行优化1“。利用正交试验设计进行PCR优化能够综合考察各因素交互作用,快速得到理想结果,减少工作量,被大多数体系优化试验所采用5。17。本研究结合正交试验和单因素试验对反应体系中h。口oj叮Q_I函曲小胬爨万方数据西北农业学报 27卷的5个因素浓度进行优化,建立了茶树SCoTPCR体系。与牡丹、荠菜、草莓等材料的已有研究一致,其中,M92+浓度对反应体系的影响最大,但各因素浓度都略有差异,说明使用SCoT时应先优化体系,以达到
20、理想的扩增结果1”19。本研究利用SCoT标记分析了22份来自陕西不同茶区的茶树材料,22条引物共检测出241个等位位点,多态性位点为228个,多态性比率为946,其中15条引物的多态性比率为100,22份材料的相似系数为058t089,反映出所选材料遗传多样性丰富,陕西汉中地区群体种遗传背景较宽,是开展茶树系统选育的资源宝库。同时也表明,优化的SCoT标记能够有效地应用于茶树遗传多样性分析。亲缘关系分析是开展遗传改良和种质创新的基础。SCoT标记具有高多态性并能够跟踪性状,是直接与性状相关联的分子标记,能够用于物种亲缘关系分析,揭示种质的遗传背景。陈虎等卫o利用SCoT标记聚类多个龙眼品种,
21、结果说明SCoT标记数据在一定程度上反映品种的地理分布情况。赵梦然等2坨对新疆野生白灵菇聚类分析,其结果也与地理分布大体一致。本研究聚类分析结果表明,茶树材料之间并没有按照地理聚类,这是由于材料所处的几个茶区距离上相对较近,茶区间相互引种,茶树种质交流较频繁所致。玄参品种的遗传分析结果也存在不以地理距离聚类的情况比2I。陕西茶树种质资源的类型划分目前沿用20世纪80年代的调查结果,根据群体种茶树地理分布、叶片大小和叶型分为7大群体28个品种口l。本研究获得的聚类结果说明单纯根据地理分布不能准确划分茶树品种,进一步结合材料叶型特征分析发现,聚类在一起的材料其叶片大小、叶形亦有一定差别,而来源相同
22、且大小、叶形相似的材料也未聚在一处。其中,聚类结果与叶片特征有一定相关性,如都具有叶面平、叶缘微波、叶身稍内折特征的X147和X14342个材料聚在一起;同样叶面平、叶缘微波的X1322”B122“N13 3和Z1421聚类在一起;而叶面微隆的N1315与B11-8、X131与X1311、X13-10-3与B124两两聚在一起。这表明基于SCoT标记的聚类可能与茶树叶片形态有很大的相关性。但本研究中由于材料样本较少,尚未完全涵盖所有群体品种,利用SCoT标记对陕西茶树群体种分类还需后续更多试验深入研究。分子标记分析茶树亲缘关系的新手段可以补充完善传统的茶树种群划分,对研究茶树现有群体品种有很大
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- 基于 scot 标记 陕西 茶树 种质 资源 遗传 多样性 分析
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