(6)用SSR研究栲树群体遗传结构

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用SSR研究栲树群体遗传结构徐立安* 李新军* 潘惠新 邹惠渝 尹佟明 黄敏仁**(南京林业大学林木遗传和基因工程国家林业局重点实验室,南京210037)摘要: 利用微卫星(SSR)分子标记对福建省内4个栲树(CastanopsisfargesiiFranch.)群体遗传结构进行了研究。SSR标记揭示了栲树群体丰富的遗传变异:平均等位基因数A=9.0,平均有效等位基因数Ne=4.8,平均期望杂合度He=0.65,而群体具有较低的Fst值(Fst=0.031)。SSR每个位点的等位基因频率分布在栲树群体间都存在显著或极显著差异,表明根据SSR等位基因频率分布亦能了解群体的分化。SSR标记使栲树群体中一些稀有等位基因得以表现,54个SSR等位基因中有15个等位基因仅出现在1个或2个群体中,且频率较低,在遗传多样性保护中更应注重保护这些稀有的等位变异。关键词: 微卫星;栲树;群体遗传结构;等位基因频率中图分类号:Q941.2 文献标识码:A 文章编号:0577-7496(2001)04-0409-04

StudyonPopulationGeneticStructureinCastanopsisfargesiiwithMicrosatelliteMarkers

XULi_An*,LIXin_Jun*,PANHui_Xin,ZOUHui_Yu,YINTong_Ming,HUANGMin_Ren**(KeyLaboratoryofForestTreeGeneticEngineering,NanjingForestryUniversity,Nanjing210037,China)Abstract: GeneticstructureoffourpopulationsinCastanopsisfargesiiFranch.inFujianProvincewasstud-iedwithmicrosatellite(SSR)markers.AhighlevelofgeneticvariationwasdetectedinthepopulationsofC.fargesiibyusingSSRwithA=9.0,Ne=4.8,He=0.65andthepopulationdifferentiationcoefficient(Fst)wasonly0.031.ThedistributionsofallelesofalllociweresignificantlydifferentamongthepopulationsofC.fargesii,andthepopulationdifferentiationcouldbefoundaccordingtothedistributionsofSSRalleles.SomerareallelesinthepopulationsofC.fargesiiwererevealedbySSR:Fifteenof54allelesappearedinoneortwopopulationswithlowerfrequencies;conservationoftheserareallelesisofgreatimportance.Keywords: microsatellite;Castanopsisfargesii;populationgeneticstructure;allelefrequency

遗传多样性的研究是遗传资源保存的前提条件,有效的保存策略应该结合各层次的遗传变异研究[1,2]。遗传变异的研究经历了从形态学、细胞学、生理生化逐步发展到分子水平。微卫星又称简单重复序列(SSR),是近年来发展起来的分子标记,被广泛应用于遗传图谱构建、QTL定位、亲本鉴定、群体遗传结构分析等[3-5]。由于SSR标记为共显性标记,且具有丰富的多态性、PCR扩增结果重现性高等特点,集中了其他分子标记的优点,被认为是研究群体遗传变异最好的标记方法[6,7]。然而,我国利用SSR标记研究群体遗传变异还很少,在林木中尚未见报道。壳斗科栲属(Castanopsis)树种是我国南、中亚热带常绿阔叶林的主要组成树种,而栲树(C.fargesii)是栲属的重要树种之一。长期以来,由于毁林垦荒、造林树种单一等因素,使我国的阔叶林、特别是亚热带常绿阔叶林树种资源及其遗传资源遭到严重破坏。在我国以栲树为优势种、构成一定规模的群体已很少见。本研究以福建省内保存较好的4个栲树群体为研究对象,应用SSR标记对栲树群体的遗传结构进行研究,为栲树遗传资源的保存提供依据。

1 材料和方法1.1 供试材料在福建省内选择了建殴万木林自然保护区(群体1,北纬27b03c,东经118b17c)、福建省洋口林场(群体2,北纬26b52c,东经117b53c)、沙县罗卜岩自然保护区(群体3,北纬26b26c,东经117b44c)和邵武

收稿日期:2000-06-19 接受日期:2000-07-31基金项目:国家自然科学基金农业倾斜项目(39770628)。SupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina(39770628).*并列第一作者。Firstcoauthor.**通讯作者。Authorforcorrespondence.

植 物 学 报 2001,43(4):409-412 *ActaBotanicaSinica红灯林场(群体4,北纬27b21c,东经117b29c)4个栲树(CastanopsisfargesiiFranch.)群体。除群体4为人工促进更新的纯林外,其余3个群体均为与其他常绿阔叶树种组成的混交林。1997年10月在每群体至少采集30株栲树的种子,各采种母树间相隔50m以上。种子经沙藏处理,翌年春播种。成苗后每个半同胞家系取一个体(生长处于平均水平),采1~2个叶片用于提取DNA。由于各群体种子成苗率存在差异,最终4群体能用于作SSR分析的个体数分别为20、22、31和23个。1.2 总DNA提取DNA提取参考Doyle和Doyle[8]的CTAB法。提取液中加入1%巯基乙醇和1%PVP。1.3 SSR扩增以4个栲树个体对18对来源于栎属中已成熟应用的SSR引物[9]进行了扩增筛选(重复2次),共有11对引物扩增出了谱带。从中选出6对扩增条带清晰且具明显多态的SSR引物用于本研究(表1)。扩增反应都在PE9700PCR扩增仪上进行。反应体系参见Barreneche等[3],加入dATP[A_33PdATP1LCi]约0.1LL,总体积15LL,各引物的退火温度见表1。电泳分析在BIO_RAD凝胶测序仪(Sequi_GenGT38cm@50cm)上进行。1.4 数据分析将以等位基因平均数(A)、有效等位基因数(Ne)、平均观察杂合度(Ho)、平均期望杂合度(He)、固定指数(F)、F统计量(Fst)等参数,以及等位基因频率及其分布等,对群体遗传结构进行分析;数据分析主要借助软件包POPGENE(http//www.ualberta.

表1 SSR引物序列及退火温度Table1 TheprimersequenceandannealingtemperatureofSSR

LocusPrimernamePrimersequenceAnnealingtemperature(e)

1SsrQpZAG1/5F:GCTTGAGAGTTGAGATTTGT55B:GCAACACCCTTTAACTACCA2SsrQpZAG9F:GCAATTACAGGCTAGGCTGG50B:GTCTGGACCTAGCCCTCATG3SsrQpZAG16F:CTTCACTGGCTTTTCCTCCT59B:TGAAGCCCTTGTCAACATGC4SsrQpZAG46F:CCCCTATTGAAGTCCTAG48B:TCTCCCATGTAAGTAGCT5SsrQpZAG110F:GGAGGCTTCCTTCAACCTACT50B:GATCTCTTGTGTGCTGTATTT6SsrQpZAG119F:GATCAGTGATAGTGCCTCTC48

B:GATCAACAAGCCCAAGGCAC

ca/~fyeh/index.htm)。2 实验结果6对引物在栲树群体中都扩增出了较清晰的谱带,并且具有很好的重复性,图1为其中两对引物扩增出的部分谱带。从图1中可看出SSR标记在栲树群体中表现出很高的多态性。2.1 基因多样性采用的6个SSR标记都表现为多态。从表2中可见,SSR引物能扩增出3至16个等位基因,平均每个引物扩增出9个,平均有效基因4.82个。对4个群体各位点的基因型频率的平衡分析表明,除了群体3第3个位点基因型频率存在显著不平衡外,4群体的其他位点都处于平衡状态。4群体的Ho和He分别为0.688和0.654。4个栲树群体中,A、Ne、Ho和He4种参数值在群体间有一定差异,不过未达显著水平。6个位点中除了位点4固定指数为正值

图1. 引物SsrQpZAG16和SsrQpZAG110在栲树群体中扩增出的多态图谱。Fig.1. SSRpolymorphisminthepopulationofCastanopsisfargesiiwithSsrQpZAG16(A)andSsrQpZAG110(B).

410 植 物 学 报 ActaBotanicaSinica43卷外,其他都为负值,平均-0.068,表明栲树天然群体中杂合体略高于期望值,但未达到统计显著水平。表2 栲树的遗传多样性与群体分化Table2 GeneticdiversityanddegreeofdifferentiationamongthefourpopulationsofCastanopsisfargesiiANeHoHeFFstLocus152.160.7190.539-0.34100.0222125.730.8440.830-0.02220.0373168.140.9170.882-0.04500.025462.570.5420.6150.11400.0435129.110.9270.895-0.04140.029632.200.1770.166-0.07330.033Average94.820.6880.654-0.06810.031Population17.74.430.6580.64626.73.560.6820.60838.04.500.6670.64047.24.300.7460.685图2. SSR等位基因频率在4个栲树群体中的分布。Fig.2. DistributionofSSRallelefrequencyinthefourpopulations(P1,P2,P3,P4)ofCastanopsisfargesii.a.SsrQpZAG16.b.SsrQpZAG9.c.SsrQpZAG110.2.2 群体分化群体间的遗传分化常采用Wright的Fst统计量来度量。各位点的Fst统计量变化不大(0.025~0.043),平均0.031(表2),即群体间变异占总变异的3.13%,大多数变异(96.87%)存在于群体内。由于SSR位点常有多个等位基因,我们对各位点的等位基因在4个群体中的分布情况进行了分析,发现有22个等位基因(占总数40.7%)不是4个群体所共有。其中7个等位基因只出现在其中的3个群体(如图2a中的第4个等位基因),12个等位基因只出现在2个群体(如图2a中的第15个等位基因),而有3个等位基因仅仅在1个群体中出现(如图2c中的第11个等位基因)。只是这些等位基因在群体中出现的频率较低(大多在1个群体中仅出现1~2次)。各位点的不同等位基因频率的分布在4个群体间亦存在差异(图2)。如图2所示,许多等位基因的频率在4个群体间差异较大,如图2a中的第7、8个等位基因,图2b中的第7、11个等位基因,图2c中的第6、7个等位基因,共有10个等位基因(占18.5%)的频率在4群体间差异达显著水平(P<0.05)。经卡方检验,所有位点的等位基因频率分布在群体间都存在显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)差异(表3)。