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四棱豆属7个栽培种ITS序列亲缘关系分析

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第45卷第1期 2O11年3月 华中帅范大学学报(自然科学版) J0URNAL 0F HUAZH0NG N()RMAI UNIVERSITY(Nat.Sci.) Vo1.45 No.1 Mar.2011 文章编号:1000—11 90(2011)01 0108 05 四棱豆属7个栽培种ITS序列亲缘关系分析 蒋向辉 。 ,佘朝文 ~,许 栋 ,陈东明 (1.怀化学院生命科学系,湖南怀化418008; 2.怀化学院民族药用植物资源研究与利用湖南省重点实验室,湖南怀化41 8008; 3.怀化学院湘西药用植物与民族植物学湖南省高校重点实验室,湖南怀化418008) 摘 要:对四棱豆属栽培品种nrDNA ITS序列进行克隆测序,并进行序列比较与品种间亲缘关系 分析.结果表明:(1)供试品种问ITS序列的变异小,GC含量低,为51.4 ~51.6 .(2)供试四 棱豆品种问遗传变异范同在0.0000t0.0009,表明四棱属内nrDNA ITS区存在一定的遗传变异, 但变异较低,表明供试材料间亲缘关系较近.(3)在3种不同的分子聚类树中,K002l总位于不同 的分支中,表明K0021与其他栽培品种属不同品系.z8和M8、s3和M7在3种树中都同时聚为一 类,表明彼此间亲缘关系很近.以红花莱豆为外类群进行聚类分析发现四棱豆属与其他豆科植物 属间的亲缘关系较远. 关键词:四棱豆属;ITS序列;亲缘关系分析 中图分类号:¥334.2 文献标识码:A 四棱豆(PSOphocarpus£e£r&g0n0z06“s D.C.) 家争相开发利用的植物资源.目前国内对四棱豆 的研究主要集中在营养成分及其含量等方面[2]. 在分子水平上鉴定四棱豆属栽培品种亲缘关系 又名翼豆、四角豆、翅豆、热带大豆等,是豆科蝶形 花亚科四棱豆属一年生或多年生缠绕性藤本植物. 它原产于热带,主要分布在印度尼西亚、菲律宾、马 来西亚等国家和地区及在我国大部分地区,如云 南、广西、广东、海南、湖南、湖北、河南等省份.四 棱豆中有2个品系:一是印尼品系,二是巴布亚 新几内亚品系.印尼品系:属多年生,小叶卯圆 形、三角形、披针形等,茎叶绿色,花紫、白或紫蓝 色,较晚熟,也有早熟类型,在低纬度地区,全年 播种均能开花.中国南方栽培的多属此类.巴布 亚新几内亚品系:一年生,早熟,播种至开花需57 ~的研究还不够深入 ],本实验基于ITS序列对 四棱豆属7个栽培品种进行聚类分析,将在分子 水平上鉴定四棱豆属几种栽培品种的亲缘关系, 一方面为四棱豆属栽培品种的准确分类提供依 据;另一方面,由于四棱豆属包含两个品系,而我 国四棱豆种质资源较少,对品系间的亲缘关系的 研究不够深入,对栽培品种间的杂种优势无法预 测,本文以nrDNA ITS序列为依据对7个栽培品 种间的亲缘关系进行分析,为四棱豆属物种的杂 交育种提供分子理论基础,为选育新型优质四棱 79 d,小叶以卯圆形和正三角形为多,茎蔓生, 紫花,荚长6~26 cm,表面粗糙,种子和块根的产 量较低. 四棱豆的叶片、豆荚、种子及块根均可入药, 对冠心病、动脉硬化、脑血管硬化、不孕、习惯性 流产、口腔炎症、泌尿系统炎症、眼疾等疾病有良 好疗效.因此,有人称四棱豆为“21世纪健康食 豆品种提供参考. 1材料与方法 1.1材料 供试材料中M4、M7、M8、M14来自美国农业 部种质资源库,S3为怀化学院经过系统选育出的 良种,Z8为怀化学院组配的杂交种,Phaseolus 品”、“奇迹植物” .可见其营养价值、经济价值 和药用价值都相当高,目前四棱豆已成为许多国 coccz’neu5 L.来自云南省农业科学研究院. 收稿日期:2010—06 11. 基金项目:湖南省教育厅资助项目(07C502)、(09C755);湖南省科研计划重点资助项目(2009FJ2008) *E mail:hhcdm@yahoo.corn.cn. 第1期 蒋向辉等:四棱豆属7个栽培种ITS序列亲缘关系分析 表1供试材料 Tab.1 The materials used in this study 1.2方法 1.2.1植物基因组DNA的提取 采取CTAB法 提取供试材料基因组DNA. 9 _● 1.2.2 PCR扩增与回收 引物采用white等 (1990)设计的ITS通用引物ITS 和I㈨ 叩 TSj,序列如 下:ITS :TCCTCCGCTTATTGATATGC;ITS ; GGAAGGTAAAAGTCAAGG.反应程序为: 94℃预变性4 min;94℃变性45 S,55℃退火 1 min,72℃延伸1 rain,35个循环;72℃后延伸 10 min.PCR反应体系为总体系25 L:DNA (30 ̄50 ng/tB ),2.0 t,I ;10×Buffer,1.25“I ; Mg”(25 mmo1),0.75 gI ;Taq(2 u/td ),0.5“L; dNTP MIX(10 mmo1),0.5 L;IT (10 utoo1), 0.375 I ;ITS(10 t ̄mo1),0.375 L;ddH2 O, 19.25/d .PCR产物回收采用上海生工的DNA柱式 通用回收试剂盒. 1.2.3测序 测序由上海生化工程技术服务公 司完成.测序仪器为ABI PRISM 3730,测序试 剂为BigDye terminator v3.1,进行正反链同时 测序. 1.2.4 分析方法与分析软件 运用DNA— MAN5.2.9对不同材料的ITS序列进行对位排 列.用系统发育分析软件MEGA4.0进行计算和 系统发育树构建,采用平均距离法、邻位相接法 和最大简约法构建分子系统树,应用自展法对所 构建的系统树进行检测,自展重复次数设定为 1 000次. 2结果与分析 2.1 PCR产物纯化 以提取的植物基因组DNA为模板扩增ITS 序列(包括5.8S).PCR产物纯化后如图1,由图1 可以看出纯化后的条带清晰,且都在750 bp 左右. 图1 PCR产物及其纯化后检测图 Fig 1 Purified PCR product and its testing plans 1~7分别为7种栽培品种的PCR纯化后检测结果 2.2 ITS序列提交与分析 2.2.1 ITS序列提交将所得序列通过序列提交 软件处理后发送GenBank,得到序列号,如下表 (表2). 表2序列号 Tab.2 sequence number 栽培品种M4 M7 M8 M14 S3 K0021 Z8 FJ FJ FJ FJ FJ FJ FJ 序列号 873687 873689 873693 873688 873692 87369O 873691 2.2.2 ITS序列分析 ITS序列测序结果分析发 现,七个栽培品种的ITS序列在GC含量和序列长 度上不存在明显变异,栽培品种中的M4、M7、 M14、S3在序列长度上相同(659 bp),其中M4、 M7与S3的GC含量相同(51.6 ),M8、Z8的GC 含量(51.5 A)和序列长度相同(658o bp),K0021序 列长度660 bp,GC含量与M14 GC含量相同 (51.4 ).进一步对四棱豆属的八种植物的ITS 序列(包括5.8S在内)进行分析(表3).从表可知, 所有四棱豆属植物的ITS序列的长度在658--660 bp,相差2 bp,长度变异为0.3 .从序列长度来 看,ITS1序列的变异范围在239~241 bp之间, ITS2序列无变异.5.8S序列相对保守,在四棱豆 属中也不存在明显变异.GC含量在51.0 ~ 51.6 ,变异范围非常小,其中M4,M7,S3为 51.6 ,K0021为51.3 ,M8,Z8,M2为 51.1 ,M14为51.0 .Phaseolus coccineu5 L.的 GC含量明显高于供试栽培品种. 用软件DNAMAN对7种四棱豆栽培品种进 行两两比对(见表4).从表中结果可知个栽培品种 的相似度都在95.0 以上,且M8和Z8相似度为 99.7 .几个栽培品种与Phaseolus coccineus I . 的相似度明显降低在63.0 左右. 110 华中师范大学学报(自然科学版) 第45卷 类群 M4 M14 M7 Koo21 Z8 S3 M8 Pha5∞z“ focc P“s L 注:对角线F为遗传距离,对角线上为相似性. 2.3系统发育分析 3种发育树均为无根树,通过外类群豇豆确定树 根,将本文研究的类群大致分为2枝.1枝由M4, M7,M8,M14,Z8等构成,在3棵树中NJ支持率 较低为67 9/6,MP的支持率为79 ,但UPGMA则 用软件MEGA 4.0分析得出上述植物问的遗 传距离,结果见表4,以菜豆属红花菜豆(Phaseolus coccineus I .)为外类群,用软件DNAMAN对供试 的7种四棱豆属栽培品种的ITS进行两两比对和 为99 ,能很好地支持该分支.另一支由K0021构 成.在3种树中,栽培品种Z8和M8,S3和M7都 显示出较近的亲缘关系.在MP和NJ树中M7,S3 和M14聚为一类,支持率分别为79 和19 .从 UPGMA树中可以更好的得出K0021与其他栽培 多重比对,排序后的ITS序列总长度为747 bp,变 异位点(V)有39个(占5.22 ),信息位点(Pi)有 16个(占2.15 ).再用软件MEGA 4.0构建系统 发育树进行聚类分析.本文采用MP法、NJ法和 UPGMA法获得3棵发育树.用最大简约法构建 发育树时,通过随机添加树法寻找简约树,重复 100次.用靴带(bootstrap)自展法检验发育树,重 中不属于同一品系,这也符合四棱豆的品系分类. 综合3种树可以看出四棱豆属物种间的亲远关系 较近,而其与菜豆属亲缘关系较远,同时差距较大. Z8 M8 M4 复1 000次,判断各分支处的可信度,选出最简约 树,见图2.其中树长为768,一致性指数(CI)为 0.981900,保持性指数(RI)为0.692308.邻接法和 UPGMA法构建的发育树同样用靴带自展法检验 发育树,重复1 000次,分别获得NJ树和UPGMA Ml4 M7 S3 K002l PhaseolUS COCcineuS L 树,分别见图3和图4.图中分支上的数字为boot strap值,表明各分支的可信度.NJ法和UPGMA 法获得的发育树的拓扑结构基本相似,但略有差 异,最大简约法构建的树拓扑结构与前两种方法构 其中树长为768,一致性指数(CI)为0.981 900, 保持性指数(RI)为0.692 308 9 图2基于ITS序列构建的四棱豆属植物MP系统发育树 Fig.2 Constructed based on ITS sequence of winged bean plant MP phylogenetic tree 建的树也基本相似,但差异稍大些.研究结果如下: 第1期 蒋向辉等:四棱豆属7个栽培种ITS序列亲缘关系分析 图3 基于ITS序列构建的四棱豆属植物NJ系统发育树 Fig.3 Based on the ITS sequence of the winged bean pl4 薹三 ant to build NJ phylogenetic tree Z}{ M8 M1 4 M4 M7 S3 K【I{l2l PhaseO1US eoccineus L 图4基于ITS序列构建的四棱豆属 植物UPGMA系统发育树 Fig.4 Based OFI the ITS sequence of the winged bean plant to build UPGMA phylogenetic tree 3小结与讨论 3.1四棱豆属7个栽培品种亲缘关系探讨 本研究基于ITS序列分析和聚类分析认为: (1)四棱豆属各栽培品种的种序列特点相近,GC 含量都在51.5%左右,长度小于659 bp左右.ITS 序列变异不大,其变异位点为39个,信息位点16 个.这些变异位点能将四棱豆属的物种问区分开, 在分类价值中有一定的作用.(2)在3种发育树中 都能很好的支持KO021与其他栽培品种不同属于 一个品系,S3和M7,Z8和M8,序列相似性较高, 且GC含量与序列长度都相差不大,在发育树上聚 为一类.(3)四棱豆属7个栽培品种的遗传分化距 离变异范围在0.000 0~0.000 9,表明四棱属内 nrDNA ITS区存在遗传变异,但变异率较低,其亲 缘关系较近. 3.2 ITS序列保守性和应用可靠性的讨论 近年来ITS序列分析已广泛应用于植物科、 亚科、族、属和种间系统学研究 】,但在不同的植 物类群以及不同的分类等级上,ITS序列的长度是 不一样的 。 ,许多研究表明Fll 1 3],属内种间ITS 序列长度比较保守,相差的碱基数从几个到十几 个,如菜豆属与四棱豆属同为蝶形花科菜豆族,其 ITS序列长度的变化仅相差1O个碱基,忍冬属 ITS序列的变异范围为611~618 bp之间Ⅲ. 本试验研究的四棱豆属类群的ITS序列在长 度和GC含量上相差不大,长度变化在658~ 660 bp之间,最大相差2 bp,GC含量在51.4 ~ 51.6 ,最大相差0.3 .从ITS序列长度的保守 性看,现在划分到四棱豆属的物种仍有值得探讨 之处. ITS序列长度较保守,在被子植物中长度一般 小于700 bp,但序列变异速率较快,可以提供较丰 富的变异位点和信息位点,已证实它是研究许多被 子植物类群系统与进化的重要分子标记,不仅可用 于解决科、亚科、族、属、组内的系统发育和分类问 题.本试验选用的类群包括外类群豌豆均为蝶形花 科植物,故能应用ITS序列进行分析.排序后的 ITS序列总长度784,一致性指数(CI)0.951 96.5, 保持性指数(RI)为0.521 739,提高了分子系统研 究的准确性. 3.3不同建树方法对结果的影响 如前所述,最大简约法(MP)假定进化过程是 最简约的,在有多个选择时,进化步骤最少的分支 图为最可靠的系统发育.最大简约法对于近缘类群 的分析,一般都能给出正确的简约数,目前应用较 广,但对于进化时间较长的类群和序列,由于平行 或回复突变的干扰,简约法会得出不正确的结果. 本试验研究的序列相似性较差,构建的发育树误差 较大,未能获得最简约树.邻接法利用原始数据双 重对比的距离矩阵来构建系统树,具有方法简单直 观,结果稳定,系统树系统能够进行严格的检验等 优点,但不足之处表现为将原始数据转化为距离矩 阵,可能会引起某些信息的丢失.本研究采用MP 和NJ法及UPGMA法进行分子系统树的构建,结 果显示,供试的7个物种在3种方法中的聚类结果 大致一致.分析认为在对四棱豆属物种进行亲缘关 系分析时,应综合比较3种方法的聚类结果才较 可靠. 参考文献: [1]陈东明,艾辛,王佩芝,等.四棱豆的主要农艺性状和品种 亲缘关系研究__J].湖南农业大学学报:自然科学版,2005,31 (5):521 523. [2]全妙华,陈东明.四棱豆可溶性总糖含量的测定[J].怀化学 院学报:自然科学版,2008(3):12. [3]全妙华,陈东明.四棱豆种质资源遗传多样性的RAPD分析 [JJ.湖南师范大学:自然科学学报,2006(4):71 73. [4]党选民,张欣.四棱豆品种问亲缘关系的蛋白质分析[J]. 热带作物学报2000(4):59—62. [5] White T J,Bruns T,Lee S,et a1.Amplification and direct se一 112 华中师范大学学报(自然科学版) 第45卷 quencing of fungal ribosomal RNA genes for phylogenetics [J].PCR protocols:a guide to methods and applications, 1 990,315-322. [10] 葛 颂,Sehaal B A,洪德元.用核糖体DNA的ITS序列探 讨裂叶沙参的系统位置一兼论ITS片段在沙参属系统学研 究中的价值[J].植物分类学报,1 997.35(5):385—395. Baldwin B G,Sanderson M J,Wojciechowski M F,et a1..The ITS region of nuclear ribosomalDNA a valuable source of [11]赵珥,赵文军,朱水芳,等.核rDNA ITS序列在植物种质 资源鉴定中的应用EJ].辽宁农业科学,2005(5):26—28. evidence on angiosperm phylogeny[J].Annals of the Missouri Botanical Garden,1 995,82:247 277. [12]李学营,彭建营,白瑞霞.基于核rDNA的ITS序列在种子 植物系统发育研究中的应用[J].西北植物学报,2005,25 (4):829 834. er P,Doyle J J.Infrageneric phylogeny of the E7J Yuan Y M,KupfgenusGentianainferrred from nucleotide sequences Of the in [i3]刘艳玲,徐立铭,倪学明,等.基于ITS序列探讨睡莲属植物 的系统发育[J].武汉大学学报:理学版,2005,51(2): 258 262. ternal transcribed spacers of the nuclear ribosomal DNA[J]. Ameriean Journal of Botany,1 996,83 r641-652. 刘艳玲,徐立铭,倪学明,等.睡莲科的系统发育:核糖体 DNA ITS区序列证据[J].植物分类学报,2005,43(1): 22—3O. [14] 朱颖,董玉芝,咎少平.基于nrDNA ITS序列对忍冬属部 分植物系统发育关系的研究[C].西部六省中心城市园林科 技信息网第26次会议论文集,乌鲁木齐:中国风景园林学 会,2007. 汪小全,邓峥嵘,洪德元.铁破锣属的系统位置一ITS(nrDNA) 序列证据[J].植物分类学报,1998,36(5):403 41O. Phylogenetic relationship analysis of seven cultivars of Ps0ph0carpus Neck。 based on ITS sequences of nrDNA JIANG Xianghui ,。~,SHE Chaowen ’ ~,Xu Dong ,CHEN Dongming ' ・。 (1.Department of Life Science,Huaihua University,Huaihua,Hunan 418008; 2.Key Laboratory of Hunan Province for Study and Utilization of Ethnic Medicinal Plant Resources,Huaihua University,Huaihua,Hunan 4l8008 3.Key Laboratory of Hunan Higher Education for Hunan western Medicinal Plant and Ethnobotany,Huaihua University,Huaihua,Hunan 418008) Abstract:Phylogenetic relationship of seven cultivars of Psophocarpus Neck.were esti— mated based on nrDNA ITS by using MEGA4.0 software in the study.The results showed:(1)The ITS sequences had a smal1 variation intested materials,the content of GC was low,from 51.4 to 51.6 .(2)the range of genetic variation is from 0.0000~ 0.0009 among different Psophocarpus tetragonolobus,the sequence data revealed consid— erable variation,but the mutation rate was low,the seven cuhivars of Psophocarpus Neck.had a near relationship,(3)In the three clustering tree K002 1 showed belonging to different cuhivars compaired with other cultivar.Z8 and M8 in the three trees were all clustered in the same branch,also S3 and M7,there was a close relationship between Z8 and M8,so was S3 and M7.The research showed the relationship was far between Psophocarpus tetragonolobus and Phaseolus coccineus L..The study provided reference for classification of Psophocarpus Neck.. Key words:Psophocarpus Neck;ITS sequence;Phylogenetic relationships analysis 

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