5個木薯品種染色體核型與聚類分析

李曉莉 賀新椏 肖鑫輝 高和瓊 莊南生 王英

摘 ?要??本研究對5個木薯品種進(jìn)行核型分析以揭示其核型特征，通過聚類分析來自4個產(chǎn)地的5個品種間的相似性，以探討其親緣關(guān)系。實驗采用壓片法，以木薯嫩葉為材料，運(yùn)用DPS軟件對核型資料按照最長距離法進(jìn)行聚類分析。結(jié)果表明，木薯5個品種的染色體數(shù)目均為2n=36，其中，SC12的核型公式為2n=36=34m+2sm，SM2300-1的核型公式為2n=36=36m（4SAT）、桂熱5號的核型公式為2n=36=36m，云南8號與ZM8752的核型公式均為2n=36=34m（4SAT）+2sm。核型不對稱系數(shù)范圍在56.58～58.85之間，核型類型依次為1A、1B、1B、2A、1A，對稱程度較高。聚類結(jié)果顯示，在遺傳距離為0.4時，5個品種分為3類。第Ⅰ類為云南8號，第Ⅱ類包括ZM8752與SM2300-1，第Ⅲ類包括SC12和桂熱5號，5個品種存在一定的核型差異，說明具有豐富的遺傳多樣性。

關(guān)鍵詞 ?木薯;核型分析;聚類分析中圖分類號??S533??????文獻(xiàn)標(biāo)識碼??A

Karyotype and Cluster Analysis of Five Cassava （Manihot esculenta Crantz）Varieties

LI Xiaoli^1，2， HE Xinya¹， XIAO Xinhui²， GAO Heqiong¹， ZHUANG Nansheng¹， WANG Ying^1*

1.?Institute of Tropical Agriculture and Forestry， Hainan University， Haikou， Hainan 570228， China; 2.?Tropical Crops Genetic Resources Institute， Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences， Danzhou， Hainan?571737， China

Abstract ?Karyotype analysis was performed on five cassava cultivars to reveal the karyotype characteristics. The similarity and genetic relationship among the five cultivars were analyzed by cluster analysis， using young leaves as the materials and the squashing method to analyze the features of chromosomes. The results showed that the chromosome number of the five varieties was 2n=36， and the karyotype formula of SC12， SM2300-1， Guire?No. 5 was 2n=36=34m+2sm，?2n=36=36m（4SAT）， 2n=36=36m， respectively， and that of both?Yunnan No. 8 and ZM8752 was 2n=36=34m（4SAT）+2sm. The asymmetrical karyotype coefficient was ranged from 56.58 to 58.85， and the karyotype types was 1A， 1B， 1B， 2A and 1A， respectively. The degree of symmetry was high. The clustering results showed that when the genetic distance was 0.4， the five varieties were divided into 3 categories. The first category was Yunnan No. 8， the second category included ZM8752 and SM2300-1， and the third category included SC12 and Guire No. 5. The five cultivars had?certain karyotype differences， indicating that they had abundant genetic diversity.

Keywords ?cassava; karyotype analysis;?cluster analysis

DOI10.3969/j.issn.1000-2561.2019.01.012

木薯（Manihot?esculentaCrantz）是世界三大薯類之一，是重要的糧食作物^[1]。目前中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶作物種質(zhì)資源研究所國家木薯種質(zhì)資源圃保存了228份木薯種質(zhì)資源，其中國內(nèi)資源105份^[2]。核型是生物遺傳物質(zhì)在細(xì)胞水平上的表征，與外部形態(tài)相比，其受外界環(huán)境因素影響較小，更能保持相對穩(wěn)定^[3]。1935年，木薯染色體的數(shù)目由Garner^[4]率先報道。隨后，一些研究者以木薯花粉母細(xì)胞^[5]、木薯根尖^[6-7]、木薯葉片^[8-9]為材料進(jìn)行制片技術(shù)研究與核型分析。其中De等^[10]利用木薯根尖研究了47份木薯減數(shù)分裂時染色體形態(tài)的相似性;Nassar等^[11]結(jié)合細(xì)胞遺傳學(xué)和形態(tài)學(xué)手段對木薯嵌合體進(jìn)行了研究;馮耀文^[12]對華南6號、王婧菲等^[13]對華南8-11號染色體的數(shù)量、大小、相對長度等進(jìn)行分析;葉劍秋^[14]、曾霞等^[6]利用分子標(biāo)記的統(tǒng)計數(shù)據(jù)對木薯種質(zhì)進(jìn)行聚類分析，討論種質(zhì)間的相似性與親緣關(guān)系，但根據(jù)木薯核型資料進(jìn)行聚類分析的研究未見報道。

本研究根據(jù)木薯各品種的核型特征、核型參數(shù)進(jìn)行聚類分析，以探索品種間的親緣關(guān)系，從而揭示不同地區(qū)品種的差異性，豐富木薯的遺傳多樣性，為木薯育種提供理論依據(jù)。同時，為木薯種質(zhì)資源鑒定和細(xì)胞遺傳圖譜的構(gòu)建提供細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)。

1??材料與方法

1.1材料

SC12、云南8號、SM2300-1、桂熱5號、ZM8752等5個木薯品種由中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶作物品種資源研究所國家木薯種質(zhì)資源圃提供，染色體核型分析所用材料為5個品種的新鮮嫩葉，具體信息見表1。

1.2染色體標(biāo)本制備與核型分析

染色體標(biāo)本的制備采用劉永安等^[15]以及李懋學(xué)^[16]報道的壓片技術(shù)。取木薯的嫩葉，置于4?℃飽和對二氯苯溶液下預(yù)處理2?h后用卡諾氏固定液（V_無水乙醇∶V_冰醋酸=3∶1）于4?℃條件下固定24?h，最后保存在75%酒精中。實驗時，將葉片放入60?℃、1 mol/L 鹽酸中解離15～18 min，經(jīng)改良卡寶品紅染色液染色4～24?h后，用解剖針取葉邊緣少量組織進(jìn)行壓片。

用Olympus BX51顯微鏡對染色體分散且形態(tài)清晰的中期細(xì)胞拍照，核型分析軟件為Photoshop?CS5，Image J進(jìn)行數(shù)據(jù)測量。核型分析標(biāo)準(zhǔn)按照李懋學(xué)等^[17]的方法，染色體類型參考Levan等^[18]的命名法則，核型分類采用Stebbins^[19]的分類標(biāo)準(zhǔn)，核型不對稱性系數(shù)用Arano^[20]的方法計算。

1.3數(shù)據(jù)處理

根據(jù)5份木薯種質(zhì)的染色體隨體數(shù)目、臂比平均值、臂比方差、核型不對稱系數(shù)、相對長度方差、最長染色體與最短染色體長度比值、sm染色體比例、m染色體比例等8項參數(shù)，采用DPS軟件對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析。

2??結(jié)果與分析

2.15個木薯品種的核型分析

根據(jù)李懋學(xué)等^[17]的規(guī)則，每個品種中選擇30個分散良好的染色體細(xì)胞進(jìn)行觀察計數(shù)，具有36條染色體的細(xì)胞占85%。按照標(biāo)準(zhǔn)化核型分析，5個品種染色體數(shù)目均為2n=2x=36，與前人的報道一致^[4-5]。

桂熱5號的染色體組由長染色體（L）、中長染色體（M2）、中短染色體（M1）和短染色體（S）組成，均為中部著絲粒染色體（m）（表2，圖1），核型不對稱系數(shù)為56.58%，相對長度變化范圍為3.66%～7.93%，平均臂比為1.30，臂比>2的染色體百分比為0，核型公式為2n=36=36m，核型為1B型（表3）。

云南8號的染色體由中長染色體（M2）、中短染色體（M1）組成，僅14號染色體為近中部

著絲粒染色體（sm），其余均為中部著絲粒染色體（m）（表2，圖1），核型不對稱系數(shù)為58.55%，相對長度范圍為4.39%～6.86%，平均臂比為1.44，第11號染色體臂比>2，百分比為5.56%，第15、18號染色體短臂端有隨體，核型公式為2n=36=?34m（4SAT）+2sm，核型為2A（表3）。

ZM8752的染色體組由長染色體（L）、中長染色體（M2）、中短染色體（M1）和短染色體（S）組成，僅7號染色體為近中部著絲粒染色體（sm），其余染色體均為中部著絲粒染色體（m）（表2，圖1），核型不對稱系數(shù)為57.86%，相對長度變化范圍為3.77%～7.42%，平均臂比為1.38，臂比>2的染色體百分比為0，第2、11號染色體短臂端有隨體，核型公式為2n=36=?34m（4SAT）+2sm，核型為1A（表3）。

SM2300-1的染色體組由長染色體（L）、中長染色體（M2）、中短染色體（M1）和短染色體（S）組成，均為中部著絲粒染色體（m）（表2，圖1），核型不對稱系數(shù)為57.36%，相對長度范圍為3.57%～7.78%，平均臂比為1.34，臂比>2的染色體百分比為0，第5、7號染色體短臂端有隨體，核型公式為2n=36=36m（4SAT），核型為1B（表3）。

SC12染色體組由長染色體（L）、中長染色體（M2）、中短染色體（M1）和短染色體（S）組成，僅3號染色體為近中部著絲粒染色體（sm），其余染色體均為中部著絲粒染色體（m）（表2，圖1），核型不對稱系數(shù)為58.85%，相對長度變化范圍為4%～7.13%，平均臂比為1.44，臂比>2的染色體百分比為0，核型公式為2n=36=34m+?2sm，核型為1A（表3）。

5個木薯品種中，除云南8號外，SC12、ZM8752、SM2300-1、桂熱5號的染色體組成相同;云南8號、ZM8752、SM2300-1均有2條染色體的短臂帶有隨體，而SC12、桂熱5號染色體無隨體;SM2300-1相對長度范圍最廣;云南8號臂比范圍廣;核不對稱系數(shù)從小到大排列依次是桂熱5號、SM2300-1、ZM8752、云南8號、SC12，即SC12核型不對稱系數(shù)最高，總體上5個木薯品種染色體較對稱。

2.2 5個木薯品種的聚類分析

染色體是遺傳物質(zhì)的載體，不同物種、不同品種之間的染色體核型存在一定的差異^[21]。因此，基于染色體核型對品種進(jìn)行區(qū)分和聚類是可靠的。5個木薯品種遺傳距離的變化范圍為0.25～?4.07，變化范圍小，說明品種之間具有一定的相似性。其中，ZM8752與SM2300-1的遺傳距離最小，為0.25，說明相似性程度較高，親緣關(guān)系最近;其余品種遺傳距離均大于0.3，占供試品種的60%，說明遺傳多樣性也較為豐富。從圖2可以看出，在遺傳距離為0.4時，5個品種分為3類。第一類為云南8號，其臂比>2的比例為5.56%，隨體數(shù)為4;第二類包括ZM8752與SM2300-1，隨體數(shù)均為4，核型不對稱系數(shù)相差0.005;第三類包括SC12和桂熱5號，隨體數(shù)為0，核型不對稱系數(shù)相差0.0227。在遺傳距離大于1.0時，又可以分為2類，分別為云南8號/ZM8752/SM2300-1、SC12/桂熱5號。

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