洋蔥EST-SSR標(biāo)記在大蔥中的通用性及多態(tài)性分析

王其鵬， 王麗喬， 張巍巍， 袁瑞江， 馮大領(lǐng)

(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院，河北保定 071000； 2.石家莊市農(nóng)林科學(xué)研究院蔬菜研究所，河北石家莊 050021；3.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，河北保定 071000)

蔥(AlliumfistulosumL.)是百合科(Liliaceae)蔥屬(AlliumL.)多年生草本植物。在我國有3個(gè)變種，即普通大蔥(A.fistulosumL. var.giganteumMakion)、分蔥(A.fistulosumL. var.caespitosumMakino)和樓蔥(A.fistulosumL. var.viviparumMakino)，各個(gè)變種內(nèi)還有不同的栽培類型。在北方地區(qū)種植的章丘大蔥、北京高腳白、河北隆堯大蔥、山東萊蕪雞腿蔥等均為普通大蔥的栽培類型[1]。大蔥在我國栽培歷史悠久，不僅作為重要的蔬菜和調(diào)味料作物，其食用及藥用價(jià)值也不斷被人們發(fā)掘[2-3]，因此大蔥的價(jià)值越來越被人們所重視。但長期以來，大蔥育種工作發(fā)展緩慢，大蔥作物的品質(zhì)和產(chǎn)量潛力尚未被充分挖掘。

EST-SSR是目前分子育種中最常用的分子標(biāo)記之一。EST-SSR標(biāo)記來源于表達(dá)基因中相對(duì)保守的序列，該標(biāo)記不僅能夠直接反映基因的編碼信息，也為功能基因的直接鑒定提供依據(jù)，還可以在種內(nèi)不同栽培類型、屬內(nèi)不同種甚至科內(nèi)不同屬種之間具有較好的通用性[4-7]。日本和美國學(xué)者開發(fā)了蔥屬植物的EST-SSR標(biāo)記[8-10]，進(jìn)而日本學(xué)者Hikaru等利用42個(gè)洋蔥SSR、InDel、CAPS、dCAPS標(biāo)記和212個(gè)大蔥SSR標(biāo)記構(gòu)建了大蔥基于SSR標(biāo)記的染色體連鎖圖譜[11]。我國大蔥種質(zhì)資源豐富，栽培類型多種多樣，分析洋蔥EST-SSR標(biāo)記在不同大蔥種質(zhì)資源上的通用性研究還少有報(bào)道。本研究選用洋蔥EST-SSR標(biāo)記對(duì)大蔥的多份種質(zhì)資源進(jìn)行分析，為大蔥種質(zhì)資源鑒定、雜種純度分析、親緣關(guān)系分析等研究提供了理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及基因組DNA的提取

本試驗(yàn)材料為31個(gè)不同來源的大蔥自交系(表1)，于2015年春季在石家莊農(nóng)林科學(xué)研究院蔬菜研究所大蔥試驗(yàn)基地取材，在河北農(nóng)業(yè)大學(xué)蔬菜種質(zhì)創(chuàng)新與利用實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成。

選取新鮮幼嫩的大蔥葉片，采用常規(guī)CTAB法提取基因組DNA，-20 ℃保存。

1.2 EST-SSR標(biāo)記來源

EST-SSR標(biāo)記引自VegMarks網(wǎng)站(https：//vegmarks.nivot.affrc.go.Jp/VegMarks/jsp/index.jsp)，選取洋蔥不同連鎖群上的EST-SSR標(biāo)記，由生工生物工程(上海)股份有限公司合成(表2)。

表1 大蔥自交系材料

表2 洋蔥不同連鎖群的EST-SSR標(biāo)記

1.3 PCR反應(yīng)體系及反應(yīng)條件

PCR反應(yīng)體系(10 μL)：DNA模板1 μL，10×DNA Buffer(含Mg2+)1 μL，2.5 mmol/L dNTP Mixture 0.8 μL，100 μmol/L 引物各0.5 μL，5 U/μLTaqDNA聚合酶0.1 μL，ddH2O 6.1 μL。

PCR反應(yīng)程序：標(biāo)記1、2、5、6、8、9、10、11、12、14的反應(yīng)程序?yàn)?4 ℃預(yù)變性2 min；94 ℃ 30 s，65 ℃ 30 s，72 ℃ 30 s，10個(gè)循環(huán)；94 ℃ 30 s，55 ℃ 30 s，72 ℃ 30 s，35個(gè)循環(huán)；72 ℃ 4 min，終止反應(yīng)。標(biāo)記3、4、7的反應(yīng)程序?yàn)?4 ℃ 2 min；94 ℃ 30 s，60 ℃ 30 s，72 ℃ 30 s，10個(gè)循環(huán)；94 ℃ 30 s，50 ℃ 30 s，72 ℃ 30 s，35個(gè)循環(huán)；72 ℃ 4 min，終止反應(yīng)。標(biāo)記13的反應(yīng)程序?yàn)?4 ℃預(yù)變性2 min；94 ℃ 30 s，55 ℃ 30 s，72 ℃ 30 s，10個(gè)循環(huán)；94 ℃ 30 s，45 ℃ 30 s，72 ℃ 30 s，35個(gè)循環(huán)；72 ℃ 4 min，終止反應(yīng)。

試劑均購自寶生物工程(大連)有限公司。

1.4 PCR產(chǎn)物檢測

PCR產(chǎn)物經(jīng)2.0%瓊脂糖凝膠電泳，GoldView顯色，并在Bio-Rad Universal Hood Ⅱ紫外凝膠成像系統(tǒng)下拍照。

1.5 數(shù)據(jù)處理

統(tǒng)計(jì)14對(duì)引物對(duì)31個(gè)自交系的擴(kuò)增結(jié)果時(shí)，在相同的遷移位置上有帶的計(jì)為“1”，無帶的計(jì)為“0”，缺失的記為“9”。用數(shù)值分類與多變量分析系統(tǒng)(numerical taxonomy and multivariate analysis system，NTSYSpc)軟件進(jìn)行處理，非加權(quán)配對(duì)算術(shù)平均(unweighted pair group method using arithmetic average，UPGMA)法進(jìn)行聚類分析，獲得聚類圖和遺傳距離。

2 結(jié)果與分析

2.1 洋蔥EST-SSR標(biāo)記在不同大蔥自交系中的通用性分析

由表3可知，采用14對(duì)來自于洋蔥的EST-SSR引物對(duì)31個(gè)大蔥自交系進(jìn)行擴(kuò)增，除了4號(hào)引物外，其余13對(duì)引物均在31個(gè)自交系中有擴(kuò)增產(chǎn)物，占檢測引物的92.86%。說明洋蔥的13對(duì)EST-SSR引物在大蔥不同自交系的基因組上有良好的通用性。4號(hào)引物ACM024未能在大蔥31個(gè)不同自交系上擴(kuò)增到PCR產(chǎn)物，可能是因?yàn)樵撘餅檠笫[特有。ACM024位于洋蔥2號(hào)染色體，可用于在分子水平上鑒定大蔥和洋蔥。

2.2 洋蔥EST-SSR標(biāo)記在大蔥不同自交系中的多態(tài)性表現(xiàn)

由表3可知，在13對(duì)有擴(kuò)增產(chǎn)物的引物中，有多態(tài)性的引物有10對(duì)，分別為ACE101、ACE127、ACE113、ACE111、ACE087、ACE088、ACM154、ACE020、ACE044、ACE039，占總引物的71.43%，占有擴(kuò)增產(chǎn)物引物的76.92%。多態(tài)性表現(xiàn)最好的引物是ACE088，該引物在其中1個(gè)自交系中未擴(kuò)增出條帶，在13個(gè)自交系中擴(kuò)增出2條條帶，在7個(gè)自交系中擴(kuò)增出3條條帶，在9個(gè)自交系中擴(kuò)增出4條條帶，而其他引物只在少數(shù)自交系中表現(xiàn)出多態(tài)性。在13對(duì)引物中沒有表現(xiàn)出多態(tài)性的是ACM005、ACM071、ACM096。

表3 洋蔥14對(duì)EST-SSR引物在31個(gè)大蔥自交系的擴(kuò)增結(jié)果

13對(duì)引物在31個(gè)自交系中共檢測到等位位點(diǎn)28個(gè)，平均每對(duì)引物可以檢測到2.15個(gè)。其中ACM154、ACE020、ACE101、ACE044、ACE039、ACE113可以檢測到2個(gè)；ACE111、ACE087、ACE127可以檢測到3個(gè)；ACE088可以檢測到4個(gè)。

2.3 大蔥31個(gè)自交系的聚類分析

由圖1可以看出，在相似性系數(shù)0.66水平上，該類群自交系可分為2類，一個(gè)是自選材料1，一個(gè)是其他類型。在相似性系數(shù)0.81水平上，可分為6類，一是自選材料1，二是24，三是5、6、8，四是19、27、23、26、25、29、31、30，五是11、28、15，六是2、3、13、18、20、21、4、16、7、12、17、9、10、14、22。在相似性系數(shù)0.72水平上，自選材料1、日本品種山木一本與其他類型關(guān)系較遠(yuǎn)。從該數(shù)據(jù)得知，日本引進(jìn)大蔥品種并沒有嚴(yán)格與我國的栽培蔥分開，說明我國大蔥與日本大蔥的親緣關(guān)系很近，或同源性較高，沒有因地域差異顯示出大的遺傳距離。

由表4可知，遺傳距離在0～2.11之間，其中遺傳距離最小為0(3與13；23與26；29與31)。遺傳距離最大值為2.11(1與24)。

表4 大蔥31個(gè)自交系的遺傳距離

3 討論

研究表明，DNA分子標(biāo)記可用于蔥屬植物的品種鑒定、多樣性研究、SSR標(biāo)記的開發(fā)、顏色的改良、可溶性固形物含量、雄性不育系和DNA測序等工作[12]。Kutty等利用90個(gè)RAPD引物對(duì)24個(gè)洋蔥栽培種進(jìn)行了分類分析[13]；Xu等利用5個(gè)RAPD標(biāo)記對(duì)31個(gè)大蒜栽培種進(jìn)行了分類鑒定[14]；我國學(xué)者徐啟江等利用ISSR標(biāo)記對(duì)洋蔥種質(zhì)資源進(jìn)行了遺傳多樣性分析[15]；高莉敏等開發(fā)了與雄性不育相關(guān)的大蔥SCAR分子標(biāo)記[16-17]；Khar等利用EST-SSR對(duì)短日照熱帶印度洋蔥及其相關(guān)變種的種群進(jìn)行了遺傳多樣性分析[18]。但利用EST-SSR標(biāo)記對(duì)大蔥的栽培種進(jìn)行多樣性分析還少有報(bào)道。

有大量研究表明在同屬、同科植物間甚至單子葉植物、雙子葉植物間的EST-SSR標(biāo)記均有較高的通用性[19-21]。本研究將洋蔥EST-SSR標(biāo)記應(yīng)用于尚未大量開發(fā)EST-SSR標(biāo)記的各個(gè)大蔥栽培類型中，具有很高的通用性。該試驗(yàn)證實(shí)洋蔥EST-SSR標(biāo)記在大蔥不同栽培類型上的通用性比率為92.86%，為大蔥分子標(biāo)記輔助選擇提供了一些可行的 EST-SSR 引物，降低了單獨(dú)開發(fā)大蔥EST-SSR引物的成本。本研究為大蔥遺傳作圖、遺傳多樣性分析、功能基因定位和克隆等提供了有效途徑，同時(shí)，也為大蔥種質(zhì)資源收集、保存、評(píng)價(jià)及優(yōu)良種源篩選奠定了基礎(chǔ)。

引物的多態(tài)性條帶不僅能說明引物的多態(tài)性，同時(shí)也能反映一個(gè)群體的遺傳變異程度[22-26]。本研究所用的13對(duì) EST-SSR引物共檢測到28個(gè)等位基因位點(diǎn)，平均每條引物2.15個(gè)。此結(jié)果說明該大蔥群體的遺傳多樣性程度相對(duì)較低。這可能是由于大蔥食用、藥用等價(jià)值較大，多年來人類有目的性地種植，造成有些基因型丟失，遺傳背景不斷趨于單一化，導(dǎo)致形成了較低的遺傳多樣性。此外，為深入分析大蔥不同栽培種的遺傳多樣性，開發(fā)新的EST-SSR標(biāo)記勢(shì)在必行。