東方百合離體再生前后葉片遺傳穩(wěn)定性的ISSR檢測(cè)

于海玲,王發(fā)國(guó),李仕裕

(1.中國(guó)科學(xué)院華南植物園，廣東 廣州 510650；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

東方百合離體再生前后葉片遺傳穩(wěn)定性的ISSR檢測(cè)

于海玲1,2,王發(fā)國(guó)1,李仕裕1,2

(1.中國(guó)科學(xué)院華南植物園，廣東 廣州 510650；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

以東方百合品種西伯利亞(Siberia)為材料，對(duì)影響百合ISSR-PCR的主要參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，確立了所適用的ISSR反應(yīng)體系和擴(kuò)增條件，并采用Mix體系進(jìn)行引物篩選，得出最佳引物為：3A30、3A37、UBC815和UBC844。利用本試驗(yàn)優(yōu)化的引物和Mix體系，對(duì)組織培養(yǎng)再生前后的百合葉片遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定性進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果表明，再生前后百合葉片遺傳物質(zhì)未發(fā)生明顯變化，穩(wěn)定性較高。因此，可以采用組培快繁的方法擴(kuò)大東方百合原種的生產(chǎn)量。

東方百合;ISSR;葉片再生;遺傳穩(wěn)定性

百合(LiliumSpp)，又名強(qiáng)仇、百合蒜、摩羅、中庭等，隸屬單子葉植物亞綱百合科，為多年生草本球根花卉。百合花朵大，花色豐富多彩，花姿優(yōu)美，既能作切花、盆花，又能應(yīng)用在園林綠地中，是著名的觀賞花卉。百合還可食用、藥用等，因此在國(guó)內(nèi)外花卉市場(chǎng)上占有重要的地位。東方百合是百合中最具有市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)的切花品種，包括天香百合、鹿子百合、日本百合衍生的品種以及它們與湖北百合的雜交種。東方百合開(kāi)放的花朵為碗形花，是百合中花朵最大的。東方百合花色豐富，具有濃郁的芳香氣味，有很高的觀賞價(jià)值。近年來(lái)，東方百合雜交種的栽培面積越來(lái)越大，在切花生產(chǎn)中占據(jù)重要地位[1]。

簡(jiǎn)單重復(fù)序列區(qū)間擴(kuò)增標(biāo)記(inter simple sequence repeat,ISSR)是在簡(jiǎn)單重復(fù)序列(simple sequence repeat,SSR)基礎(chǔ)上創(chuàng)建、基于PCR擴(kuò)增的一種新型分子標(biāo)記技術(shù)。ISSR分子標(biāo)記通常為顯性標(biāo)記，呈孟德?tīng)柺竭z傳，具有技術(shù)簡(jiǎn)便快捷、穩(wěn)定性強(qiáng)、DNA多態(tài)性高等優(yōu)點(diǎn)。ISSR不像SSR具有物種特異性，其產(chǎn)物多態(tài)性比RAPD、RFLP等分子標(biāo)記更加豐富，可提供更多基因組信息，且穩(wěn)定可靠，試驗(yàn)重復(fù)性更好。目前已在遺傳作圖、遺傳多樣性、分子標(biāo)記育種、種質(zhì)鑒定、基因定位等方面得到廣泛應(yīng)用[2]。

不論對(duì)無(wú)性繁殖試管苗，還是以轉(zhuǎn)基因研究為目標(biāo)的植株再生體系，都要求既簡(jiǎn)單、快速、高效，又必須保持原有品種的優(yōu)良特性。再生植株在遺傳上的穩(wěn)定性是組培快繁和轉(zhuǎn)基因研究能否成功的關(guān)鍵因素。百合再生體系研究大多通過(guò)優(yōu)化培養(yǎng)條件來(lái)保證大部分外植體的分化率[3-6]，但對(duì)再生植株是否發(fā)生了DNA水平的變異尚少見(jiàn)報(bào)道。本研究采用ISSR分子標(biāo)記法對(duì)葉片再生前后的百合進(jìn)行遺傳穩(wěn)定性鑒定，以期采用組培快繁的方法來(lái)擴(kuò)大東方百合原種的生產(chǎn)量。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

50株第3代葉片組織培養(yǎng)再生后的東方百合品種西伯利亞(Siberia)葉片和母株葉片(對(duì)照)，由西北農(nóng)林科技大學(xué)超低溫實(shí)驗(yàn)室提供。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 基因組DNA提取 分別采用改良的CTAB法[7]和DNA試劑盒(北京天根公司)提取50個(gè)再生后植株葉片及母株葉片DNA，并用1.5%瓊脂糖凝膠(瓊脂糖0.45 g溶解于30 mL 1×TBE中)電泳檢測(cè)DNA質(zhì)量。在紫外分光光度計(jì)下測(cè)其濃度，最后稀釋標(biāo)定值10 ng·μL-1，放入-20 ℃冰箱備用。

1.2.2 體系篩選 為確定東方百合ISSR-PCR的最適擴(kuò)增條件，在預(yù)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以UBC845和3A8為引物，對(duì)影響PCR的主要因子：Mg2+濃度、引物濃度、dNTP濃度等進(jìn)行梯度試驗(yàn)；在單因素變量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，每個(gè)因素選擇3個(gè)適宜水平進(jìn)行組合試驗(yàn)，以確定東方百合ISSR-PCR的最佳反應(yīng)組合體系。

1.2.3 引物篩選 引物篩選采用以下2種方法。(1)根據(jù)上述試驗(yàn)設(shè)計(jì)，選擇出較優(yōu)的體系。采用該體系中的設(shè)計(jì)參數(shù)，進(jìn)行引物的篩選。即在Mg2+濃度、Taq DNA聚合酶用量、dNTP濃度、引物濃度一定的基礎(chǔ)上，改變引物的種類，通過(guò)PCR擴(kuò)增、電泳、紫外凝膠成像，根據(jù)結(jié)果來(lái)選擇適合東方百合ISSR反應(yīng)的最佳引物。(2)采用沃爾森技術(shù)有限公司Mix反應(yīng)體系直接進(jìn)行引物的篩選。Mix反應(yīng)體系適合絕大多數(shù)的ISSR反應(yīng)，與方法(1)相比，不用進(jìn)行體系篩選，因而較為簡(jiǎn)單、易操作。本試驗(yàn)采用第2種方法篩選出引物，未采用篩選出的較優(yōu)體系進(jìn)行引物篩選。

隨機(jī)選取DNA模板在25 μL反應(yīng)體系中進(jìn)行擴(kuò)增篩選，從24個(gè)ISSR引物(沃爾森公司的3A系列引物和UBC系列引物)中選取12個(gè)擴(kuò)增條帶清晰、重復(fù)性好的引物(表1)用于進(jìn)一步的PCR擴(kuò)增。本試驗(yàn)采用的25 μL反應(yīng)體系中含1 μL引物、1 μL DNA、12.5 μL Taq Mix、10.5 μL ddH2O，其中，引物為10 mmol·μL-1。

表1 ISSR引物對(duì)東方百合再生植株的擴(kuò)增1)Table 1 ISSR analysis of oriental lily renewable plants with 12 primers

1)*為篩選出的最佳引物;R=(A,G)，Y=(C,T)。

1.2.4 PCR擴(kuò)增程序 94 ℃預(yù)變性5 min；94 ℃變性40 s，52.8 ℃ 退火45 s，72 ℃ 延伸1.5 min，40個(gè)循環(huán)；最后72 ℃ 延伸8 min，4 ℃保存。

1.2.5 PCR產(chǎn)物檢測(cè) 取5 μL擴(kuò)增后的產(chǎn)物在1.5%瓊脂糖凝膠(瓊脂糖0.45 g溶解于30 mL 0.5×TBE中)、120 V電壓下，電泳30 min，用溴化乙錠染色10 min，在紫外凝膠成像系統(tǒng)中觀察、記錄、保存圖像。

2 結(jié)果與分析

2.1 DAN提取結(jié)果

本試驗(yàn)中2種提取方法對(duì)比表明，DNA試劑盒提取的DNA在1.5%瓊脂糖膠電泳上呈現(xiàn)為清晰的條帶，RNA去除干凈，無(wú)降解現(xiàn)象或降解很少，無(wú)拖尾，無(wú)彌散，且質(zhì)量比較穩(wěn)定，一致性高，質(zhì)量與濃度均比CTAB方法提取的DNA高。故在后續(xù)的體系篩選、引物篩選等試驗(yàn)中均采用DNA試劑盒所提取的基因組DNA(圖1)。

圖1 東方百合部分樣品的DNA電泳圖譜(DNA試劑盒提取)Fig.1 The electrophoretogram of some samples of lilium by plant genomic DNA Kit

2.2 體系篩選

從瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)結(jié)果來(lái)看，在20 μL反應(yīng)體系中，體系14、23、26、27、14′、16′、17′、22′譜帶較為清晰，多態(tài)性較高，其他體系未擴(kuò)增出清晰的條帶或者表現(xiàn)出極低的多態(tài)性(圖2)。其中27、22′和17′體系較優(yōu)。①27：Buffer 2.5 μL、dNTP 2.5 μL、Mg2+2.0 μL、3A8引物1.5 μL、DNA 0.5 μL、Taq酶0.3 μL、ddH2O 15.7 μL；②22′：Buffer 2.5 μL、dNTP 2.5 μL、Mg2+1.5 μL、UBC845引物1.0 μL、DNA 0.5 μL、Taq酶0.3 μL、ddH2O 16.7 μL；③17′：Buffer 2.5 μL、dNTP 2.0 μL、Mg2+2.0 μL、3A8引物1.2 μL、DNA 0.5 μL、Taq酶0.3 μL、ddH2O 16.5 μL。其中，1×Buffer，Taq酶5 U·μL-1，引物10 mmol·μL-1，Mg2+25 mmol·μL-1，dNTP 2.5 mmol·L-1。

2.3 引物篩選

采用前述Mix反應(yīng)體系，對(duì)24條引物進(jìn)行PCR后的結(jié)果如圖3所示。從圖3可見(jiàn)，編號(hào)為2、4、6、7、8、12、14、18、19、22的引物，擴(kuò)增的條帶較多，且相對(duì)清晰。由于條帶不很清晰，拖尾現(xiàn)象較為明顯，故對(duì)所挑選出的引物再次進(jìn)行PCR擴(kuò)增(圖4)。

經(jīng)過(guò)篩選，確定了4個(gè)最佳引物，分別為:3A30、3A37、UBC815和UBC844(表1)。

2.4 PCR擴(kuò)增結(jié)果

利用24個(gè)ISSR隨機(jī)引物對(duì)東方百合再生植株葉片基因組進(jìn)行PCR擴(kuò)增，大部分引物均能擴(kuò)增出DNA條帶，擴(kuò)增條帶數(shù)和長(zhǎng)度各不相同。經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，其中擴(kuò)增穩(wěn)定且條帶清晰的引物有12個(gè)(圖3、4)。該12個(gè)引物共擴(kuò)增出63條清晰的譜帶，各引物擴(kuò)增出的譜帶數(shù)為3-10條，平均每個(gè)引物擴(kuò)增5.2條(表1)。從條帶數(shù)目以及清晰無(wú)拖尾現(xiàn)象來(lái)看，雖然引物3A8擴(kuò)增出的條帶較多，但幾次試驗(yàn)穩(wěn)定性不高，且條帶不清晰，因此以引物3A30、3A37、UBC815、UBC844擴(kuò)增效果最好，為篩選出的最佳引物(圖4)，用于后續(xù)試驗(yàn)。依片段大小，DAN長(zhǎng)度均在250-2000 bp之間，其中63條帶全部為單態(tài)帶，多態(tài)位點(diǎn)百分率為0(圖5)。

1-27體系所用引物為3A8;1′-27′體系所用引物為UBC845。

圖3 不同引物ISSR-PCR擴(kuò)增反應(yīng)結(jié)果Fig.3 The result of ISSR-PCR by different primers

M為Marker DL2000。

M為Marker DL2000；0為母本植株葉片；其余均為再生后的百合葉片。

2.5 遺傳穩(wěn)定性檢驗(yàn)

對(duì)百合母株葉片和50株再生后葉片分別完成DNA提取后，采用前述Mix體系和已篩選出的4條引物，隨機(jī)選取7株再生后葉片的DNA進(jìn)行PCR擴(kuò)增，擴(kuò)增結(jié)果如圖5所示。

從瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)結(jié)果來(lái)看，相同引物擴(kuò)增出的條帶較為一致，說(shuō)明百合經(jīng)離體再生培養(yǎng)后的再生植株在DNA水平上基本沒(méi)有變化，未顯示出與母株不同的多態(tài)性(圖5)，也可見(jiàn)百合組織培養(yǎng)過(guò)程中未引起植物體細(xì)胞無(wú)性系的明顯變異，經(jīng)離體再生培養(yǎng)后的植株與母株的遺傳特性保持一致。

3 小結(jié)

東方百合具有極高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和觀賞價(jià)值，市場(chǎng)需求量也逐漸增大。目前我國(guó)東方百合原種的種球主要以進(jìn)口為主，價(jià)格昂貴，常規(guī)的分球繁殖方法繁殖系數(shù)較小，遠(yuǎn)不能滿足市場(chǎng)需求[8]。采用組織培養(yǎng)的方法進(jìn)行東方百合種苗(球)工業(yè)化生產(chǎn)是解決這一問(wèn)題的有效途徑[9]。將組織培養(yǎng)的方法用于快繁，關(guān)鍵在于保持其優(yōu)良品性，這一點(diǎn)對(duì)于一些具有極高觀賞價(jià)值的東方百合來(lái)說(shuō)更為重要。采用ISSR分子標(biāo)記對(duì)一定數(shù)量的隨機(jī)引物進(jìn)行分析，可以給出覆蓋整個(gè)基因組DNA的多態(tài)性信息，并直接從DNA水平檢測(cè)堿基序列的變化，因此可以從分子水平上闡明組培苗遺傳穩(wěn)定性的分子機(jī)理[10]。本研究應(yīng)用ISSR分子標(biāo)記技術(shù)對(duì)東方百合組培再生苗基因組DNA進(jìn)行分析，得到的DNA片段無(wú)論是帶型還是譜帶的強(qiáng)弱、數(shù)目均與再生前的母株DNA一致。這說(shuō)明再生苗在DNA水平上并未發(fā)生變異，其遺傳物質(zhì)是穩(wěn)定的，保持了母株的遺傳特性，這與前人關(guān)于土三七[11]、小蔓長(zhǎng)春花[12]、越橘[13]等組培苗遺傳穩(wěn)定性的研究報(bào)道一致。由此可見(jiàn)，以組培快繁技術(shù)快速擴(kuò)大東方百合原種的生產(chǎn)量是可行的。

[1]王清華.東方百合組織培養(yǎng)淺述[J].青海農(nóng)林科技,2007(3):39-51.

[2]鄭明文,吳祝華,席夢(mèng)利,等.岷江百合ISSR-PCR反應(yīng)體系的優(yōu)化[J].林業(yè)科技開(kāi)發(fā),2007,21(6):19-22.

[3]張靜,劉菊華,徐碧玉,等.東方百合高效離體再生體系的建立[J].熱帶作物學(xué)報(bào),2011,32(2):269-272.

[4]趙慶芳,曾小英,丁蘭,等.東方百合組織培養(yǎng)和快速繁殖研究[J].西北師范大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2003,39(1):66-68.

[5]柳玉晶,龔束芳,樊金萍,等.百合愈傷組織的誘導(dǎo)及植株再生[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2007,38(3):352-355.

[6]袁芳亭,陳龍清.麝香百合的葉片離體培養(yǎng)及植株再生[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué),2001(3):50-51.

[7]鄒喻蘋(píng),葛頌,王曉東.系統(tǒng)與進(jìn)化植物學(xué)中的分子標(biāo)記[M].北京:科學(xué)出版社,2001:13-22.

[8]趙祥云,王樹(shù)棟,陳新露,等.百合[M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,2000:52-61.

[9]鄒迎春,覃大吉,魏代俊,等.東方百合組培快繁技術(shù)研究[J].湖北民族學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2009,27(4):449-451.

[10]高麗,楊波,李洪林.葉藝春蘭組培苗遺傳穩(wěn)定性的ISSR研究[J].亞熱帶植物科學(xué),2007,36(2):13-17.

[11]岑舉人,步懷宇,張來(lái)軍,等.土三七不定芽直接發(fā)生與遺傳穩(wěn)定性的RAPD分析[J].核農(nóng)學(xué)報(bào),2010,24(3):502-506.

[12]何斌,侯恩太,王英娟,等.小蔓長(zhǎng)春花組織培養(yǎng)快速繁殖中的遺傳穩(wěn)定性[J].植物生理學(xué)報(bào),2012,48(2):197-201.

[13]李曉艷,張志東,李亞?wèn)|,等.越橘組培苗遺傳穩(wěn)定性研究[J].吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2009,31(5):521-523.

(責(zé)任編輯:陳幼玉)

AssessmentofgeneticstabilityofleavesinvitroregeneratedfromorientallilybyISSR

YU Hai-ling1,2,WANG Fa-guo1,LI Shi-yu1,2

(1.South China Botanical Garden,Chinese Academy of Sciences,Guangzhou,Guangdong 510650,China;2.University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China)

The optimal ISSR-PCR reaction conditions in oriental lily Siberia(Lilium×Siberia)was established according to the main parameters.The Mix system was adopted for primer screening and the best primers drawn were 3A30,3A37,UBC815,UBC844.Using the experimental optimization primers and the Mix system,the genetic stabilites of the leaves before and after regeneration were investigated.The results showed that the genetic stabilities of the leaves before and after regeneration did not change sigenificantly.The genetic stabilities were high.Therefore,tissue culture methods can be used to expand the production of original oriental lily.

oriental lily;ISSR;leaves regeneration;genetic stability

2013-12-25

于海玲(1988-)，女，碩士研究生。研究方向：園林植物應(yīng)用。

S682.2+9

A

1673-0925(2014)01-0035-06