摘 要:【目的】綜合表型性狀及分子標(biāo)記多樣性分析探明供試的62個楊樹無性系的遺傳多樣性,為楊樹進(jìn)一步遺傳改良奠定基礎(chǔ)?!痉椒ā窟x取地徑、苗高、葉面積、葉長、葉寬、葉柄長、葉綠素、側(cè)枝數(shù)、葉厚、單株總?cè)~片、葉片干質(zhì)量、葉片含水率等12個表型性狀和ISSR分子標(biāo)記對楊樹無性系個體間進(jìn)行遺傳多樣性分析,利用PopGen 32、SPSS 16.0及NTsys 2.10e等軟件分別計算多樣性指數(shù)、進(jìn)行表型性狀間的方差分析以及對各無性系進(jìn)行UPGMA法聚類分析。【結(jié)果】側(cè)枝數(shù)、單株葉片數(shù)、葉片干質(zhì)量、葉面積以及地徑的變異系數(shù)均達(dá)到了10%以上,葉柄長、葉長、苗高的變異系數(shù)也達(dá)到了8%以上的水平。利用5條ISSR引物檢測到62份楊樹無性系多態(tài)性譜帶百分率平均為89.04%,基因多樣度平均為0.407 4,Shannon多樣性指數(shù)(I)平均為0.530 4。采用UPGMA法構(gòu)建的形態(tài)和分子標(biāo)記聚類圖將供試材料聚成的類群均有家系內(nèi)聚為一類的趨勢,但也存在較大的差異;表型性狀聚類分析主要是根據(jù)葉片的相關(guān)性狀相似度越高的被聚為一個類群;分子標(biāo)記聚類主要呈現(xiàn)出親緣關(guān)系越近的無性系越容易聚為一個類群的聚類規(guī)律?!窘Y(jié)論】供試的楊樹無性系間表型性狀分化程度高,具有豐富的遺傳多樣性,研究結(jié)果為楊樹種質(zhì)資源的改良、種質(zhì)創(chuàng)新及多元化開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。
關(guān)鍵詞:楊樹無性系;表型性狀;ISSR;遺傳多樣性;聚類分析
中圖分類號:S792.11 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:1673-923X(2024)04-0138-10
基金項目:國家重點研發(fā)計劃項目 (2021YFD2201202);湖南省林業(yè)科技創(chuàng)新與攻關(guān)項目(XLKY202309)。
Phenotypic traits and ISSR genetic diversity analysis of poplar clones
YANG Yan1,2, LI Yongjin1,2, LI Lei1,2, WU Yi3, YANG Liu3, TIAN Ye4, TANG Jie1, TANG Yuxi2
(1. Hunan Forestry Academy, Changsha 410004, Hunan, China;2. Hunan Key Laboratory for Breeding of Clonally Propagated Forest Trees, Changsha 410004, Hunan, China; 3. Central South University of Forestry Technology, Changsha 410004, Hunan, China; 4. Nanjing Forestry University, Nanjing 210000, Jiangsu, China)
Abstract:【Objective】The phenotypic traits and molecular marker diversity were analyzed to explore the genetic diversity of 62 poplar clones and to lay a foundation for further genetic improvement of poplar.【Method】Genetic diversity of poplar clones was analyzed using 12 phenotypic traits (ground diameter, seedling height, leaf area, leaf length, leaf width, petiole length, chlorophyll, number of lateral branches, leaf thickness, total leaves per plant, leaf dry mass, leaf moisture content) and ISSR markers. Diversity index was calculated using PopGen 32, variance analysis among phenotypic traits was performed by SPSS 16.0 and UPGMA cluster analysis was performed for each clone by NTSYS2.10E software.【Result】The coefficient of variation of the number of lateral branches, the number of leaves per plant, leaf dry mass, leaf area and ground diameter reached more than 10%, and the coefficient of variation of petiole length, leaf length and seedling height reached more than 8%. Using 5 ISSR primers to detect 62 percentage of poplar polymorphic band was 89.04% on average, genetic diversity degree with an average of 0.407 4, Shannon diversity index (I) an average of 0.530 4. The morphological and molecular marker cluster maps constructed by UPGMA method showed a tendency of clustering into one class, but there were also great differences. The clustering analysis of phenotypic traits was mainly based on the higher similarity of leaf related traits, which were clustered into a group. Molecular marker clustering mainly showed the rule that the closer the clonal relationship was, the easier it was to cluster into a group.【Conclusion】The phenotypic traits of poplar clones were highly differentiated and had rich genetic diversity. The results provided a scientific basis for the improvement, germplasm innovation and diversified development and utilization of poplar germplasm resources.
Keywords: poplar clones; phenotypic traits; ISSR; genetic diversity; cluster analysis
楊樹是楊柳科植物,具有速生、適生性廣、抗性強等優(yōu)點,許多國家和地區(qū)都有引種栽培[1-2]。楊樹是我國主要速生用材、防護(hù)及綠化樹種之一,在我國長江流域以及北方地區(qū)的工業(yè)用材及防護(hù)林中起著舉足輕重的作用,是生態(tài)文明建設(shè)的重要組成部分。楊樹種類繁多,共有100多種,我國是楊樹主要栽培區(qū)之一[3-4]。林木種質(zhì)資源是林業(yè)生產(chǎn)和新品種選育以及生態(tài)文明建設(shè)的物質(zhì)材料基礎(chǔ),楊樹由于是我國重要的用材林栽培樹種,目前我國關(guān)于楊樹的種質(zhì)資源的研究比較廣泛,并取得一些關(guān)鍵性的研究進(jìn)展,為楊樹新品種選育及創(chuàng)新應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。自從20世紀(jì)50年代開始,我國便開始對楊樹資源進(jìn)行搜集引種,同時也開展了楊樹新品種培育的相關(guān)研究,在豐富我國楊樹資源的基礎(chǔ)上,也為楊樹資源品種選育提供了大量的物質(zhì)和技術(shù)基礎(chǔ)[5-6]。近年來,隨著我國林木育種技術(shù)的迅速發(fā)展,楊樹資源的開發(fā)與利用也取得了較大進(jìn)展,培育出了大量楊樹優(yōu)良無性系,但隨著楊樹資源及品種數(shù)量的增加,楊樹資源的高效利用也遇到了繁育及發(fā)育過程易受環(huán)境干擾、僅從表型上難以區(qū)分楊樹種源或無性系間的親緣關(guān)系等諸多問題[7-10]。因此,綜合表型及ISSR分子標(biāo)記開展楊樹遺傳多樣性評價,進(jìn)一步拓寬楊樹資源的高效利用途徑,對楊樹品種創(chuàng)新、推廣利用以及豐富楊樹資源的遺傳基礎(chǔ)具有重要的理論與現(xiàn)實意義。
遺傳多樣性關(guān)系著物種的生存與進(jìn)化,受基因和環(huán)境的共同作用,使得植物性狀不斷發(fā)生變化,是生物多樣性的重要組成部分和形成基礎(chǔ)[11]。表型性狀是植物多樣性分析與評價的最直接的方法,但易受環(huán)境因素的影響,某些情況下并不能完全真實地反應(yīng)植物變異分化的遺傳基礎(chǔ),這個時候就需要利用分子標(biāo)記來彌補其不足。在表型性狀的基礎(chǔ)上,通過DNA提取及ISSR分子標(biāo)記的手段可以更直接和精準(zhǔn)地探明植物的遺傳變異的遺傳基礎(chǔ),為林木種質(zhì)資源評價及多目標(biāo)選育提供技術(shù)依據(jù)[12]。李新國等[13],李寬鈺等[14]分別從表型性狀和RAPD分子標(biāo)記水平上開展了毛白楊的遺傳多樣性分析和起源研究,探明了不同種源間遺傳差異,得出了毛白楊與銀白楊和響葉楊親緣關(guān)系較近的研究結(jié)論。白卉與張金然等分別對6個種源的山楊種質(zhì)資源的表型性狀多樣性和52個山楊雜種無性系的SSR分子標(biāo)記進(jìn)行了研究,分別得出“供試山楊表型變異豐富,種源間樹高、胸徑及皮孔長等性狀差異顯著”和“5個位點上SSR標(biāo)記多態(tài)位點百分率為100%,平均等位基因數(shù)為 4.4個”等研究結(jié)論[15-16]。楊自湘和李金花等分別對16個和7個葉片特征值來研究不同產(chǎn)地和種源的青楊的表型差異,研究結(jié)果分別是:不同產(chǎn)地的青楊葉片葉長、葉最寬處系數(shù)等9個性狀指標(biāo)差異極顯著;除葉基形狀外,其他葉片性狀在種源間和種源內(nèi)均達(dá)到極顯著差異[17-18]。相關(guān)研究還報道了大青楊、滇楊以及歐美楊等楊樹品種的表型性狀多樣性及差異分析,探明了多個楊樹品種的表型遺傳多樣性以及表型性狀的遺傳分化特點[5,19-22]。蘇曉華等[23]、張亞紅等[24]分別對青楊派幾個楊樹品種及滇楊的分子水平的遺傳多樣性進(jìn)行了研究,探明了青楊派各楊樹品種的親緣關(guān)系和系統(tǒng)發(fā)育史,分析了滇楊的遺傳多樣性及遺傳結(jié)構(gòu)。徐金光等[25]利用AFLP分子標(biāo)記技術(shù)對63份美洲黑楊及其雜種開展了遺傳多樣性研究,結(jié)果表明,供試材料在分子水平上具有豐富的遺傳多樣性。除此之外,相關(guān)專家學(xué)者也開展了歐美黑楊及新疆胡楊等樹種的SSR分子標(biāo)記遺傳多樣性分析及黑楊派楊樹SNP位點挖掘研究[26-28]。
綜上可以看出,目前國內(nèi)外對楊樹遺傳多樣性分析與評價已開展了一系列研究,但大多僅從表型或者分子標(biāo)記單方面進(jìn)行分析,而同時采用表型性狀及分子標(biāo)記多樣性分析的研究較少。本研究綜合表型性狀和ISSR分子標(biāo)記等研究分析手段對62個楊樹無性系開展了遺傳多樣性綜合分析,不僅可以為楊樹進(jìn)化演變提供重要參考,還可篩選出楊樹優(yōu)良性狀,為楊樹種質(zhì)創(chuàng)新以及特異資源的保護(hù)利用提供依據(jù)。
1 材料與方法
1.1 試驗材料
研究材料選自岳陽君山楊樹種質(zhì)資源收集圃。選取種質(zhì)資源收集圃中具有代表性的62個楊樹無性系(包括TN01、TN02、TN03、TN04、TN05、LA04、LA05、LA06、LA07、LA08、LA09、XL等12個家系)的表型性狀進(jìn)行定株定點測定及采樣。于4月份采集嫩葉置于液氮中速凍,保存于-80 ℃的冰箱中,用于ISSR分子標(biāo)記分析。
1.2 試驗方法
1.2.1 表型性狀調(diào)查
選取地徑、苗高、葉面積、葉長、葉寬、葉柄長、葉綠素、側(cè)枝數(shù)、葉厚、單株總?cè)~片、葉片干質(zhì)量、葉片含水率共12個樹體性狀及生理指標(biāo)進(jìn)行觀測調(diào)查。
1.2.2 ISSR分析
采用CTAB 法提取楊樹無性系樣品的葉片總DNA,用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測DNA質(zhì)量,再用紫外分光光度法測定DNA濃度,達(dá)到ISSR分子標(biāo)記要求的DNA保存于-20 ℃冰箱備用[29-31]。
對100個ISSR引物進(jìn)行篩選,從中選取擴增條帶清晰、重復(fù)性較好的5條引物(表3)用于PCR擴增,擴增反應(yīng)在AB2720PCR擴增儀上進(jìn)行,通過正交和單因素實驗確定最優(yōu)的擴增條件,20 μL的反應(yīng)體系包括有:總體積20 μL,DNA模板80 ng(1.6 μL),Mg2+3 mmol/L(2.4 μL),dNTPs0.2 mmol/L(1.6 μL),引物0.5 umol/L(1 μL),Taq DNA聚合酶1.25 U(0.5 μL),10×PCR Buffer(Mg2+ free)2 μL,ddH2O 10.9 μL。反應(yīng)程序為:94 ℃預(yù)變性4 min;94 ℃變性30 s ,54 ℃退火45 s,72 ℃延伸90 s,30個循環(huán);72 ℃延伸7 min,4 ℃下保存。擴增產(chǎn)物以1.5%的瓊脂糖凝膠(含0.5 mg/L EB)電泳(0.5×BE緩沖液.電壓5 V/cm)1.0~1.5 h,以DNA Marker-B作標(biāo)準(zhǔn)分子質(zhì)量參照物,采用BOX凝膠成像系統(tǒng)照相并作記錄。選擇電泳檢測分析照片中記錄清晰、穩(wěn)定且長度在200~2 500 bp范圍內(nèi)的擴增帶,利用Quantity One 4.04軟件將有條帶的記錄為1,無條帶的記錄為0,構(gòu)成ISSR基因型“0/1”型矩陣。
1.3 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與分析
利用SPSS 16.0軟件進(jìn)行平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、標(biāo)準(zhǔn)誤的計算和方差分析,進(jìn)而計算出各性狀的變異系數(shù)和相對極差。依據(jù)12個表型性狀的歐氏平方距離系數(shù),用 UPGMA 法構(gòu)建基于表型性狀的樹系圖。
根據(jù)“0/1”數(shù)據(jù)矩陣計算ISSR-PCR擴增條帶總數(shù)、多態(tài)性條帶的數(shù)目和百分率。根據(jù)基因頻率矩陣,應(yīng)用Pop Gen 32軟件分別計算多態(tài)性位點百分率、有效等位基因數(shù)、Nei’s基因多樣性指數(shù)和Shannon 信息多樣性指數(shù)等指標(biāo),多角度分析供試楊樹種質(zhì)的遺傳多樣性[32]。
利用NTsys2.10e軟件計算楊樹各無性系的Nei’s遺傳一致度和遺傳距離,并對各無性系進(jìn)行UPGMA法聚類分析,根據(jù)計算結(jié)果和聚類分析圖評價各無性系間的遺傳分化程度。
2 結(jié)果與分析
2.1 表型性狀多樣性分析
通過對已收集的楊樹種質(zhì)資源表型性狀的調(diào)查,對62個楊樹無性系的12個表型性狀進(jìn)行分析,結(jié)果見表1。根據(jù)各性狀間的變異系數(shù)可知,各無性系側(cè)枝的變異最大,變異系數(shù)高達(dá)53.13%,其次分別是單株葉片數(shù)(15.17%)、葉片干質(zhì)量(14.3%)、葉面積(13.66%)、地徑(10.49%)、葉柄長(9.08%)、葉長(8.99%)、苗高(8.21%),其他性狀指標(biāo)的變異系數(shù)均小于8%,其中葉片含水率的變異系數(shù)最小,僅為1.3%。不同無性系苗期性狀指標(biāo)的方差分析結(jié)果表明(表2),在相同培育條件下,除葉片含水率差異顯著之外,楊樹各無性系其他性狀指標(biāo)存在極顯著差異(P<0.01),進(jìn)一步說明供試的楊樹無性系具有豐富的表型多樣性,為楊樹遺傳多樣性評價及品種改良提供依據(jù)。
2.2 不同無性系基于表型性狀的聚類分析
根據(jù)表型性狀的差異,對62個楊樹無性系進(jìn)行聚類分析(圖1),可以明顯地看出,62個楊樹無性系聚類分布在閾值25以內(nèi),在歐氏平方距離系數(shù)15處,可以劃分5個類群。第1類群主要包括TN01家系的7個無性系、TN02家系的3個無性系、TN03家系的2個無性系、TN04-N31、TN05-N53、TN05-N49、LA06-N30、LA08-N50等18個無性系;第2類群包括TN01家系的3個無性系;第3類群包括TN01家系的2個無性系、TN02家系的5個無性系、 TN03家系的2個無性系、TN04家系的6個無性系、TN05-N21、LA04-N6、LA05家系的3個無性系、LA06家系的2個無性系、LA07家系3個無性系、LA08家系的5個無性系、LA09家系的5個無性系、XL家系的3個無性系;XL-90單獨歸為第4個類群;TN01-26和TN01-38兩個無性系聚為第5個類群。根據(jù)聚類而成的類群來看,各無性系根據(jù)表型性狀在進(jìn)行聚類時并未按照同一家系聚為一類的原則,而是處于相對分散的狀態(tài),表明供試的楊樹無性系間具有較高的分化強度,可為后期良種選育提供更為豐富的遺傳材料。
2.3 ISSR分子遺傳多樣性分析
本研究從100條引物中篩選出5條多態(tài)性較高的ISSR引物對62份(12個家系)楊樹資源進(jìn)行DNA擴增分析,共擴增出73條帶,其中有65條是多態(tài)性條帶(表3),占總擴增條帶的89.04%,表明了我們所收集的楊樹無性系具有豐富的遺傳多樣性和復(fù)雜性。每條引物擴增出的譜帶數(shù)目不等,為13~15條,平均每條引物能夠擴增出13條帶。除引物UBC846的多態(tài)性譜帶百分率為80%外,其余引物擴增出的多態(tài)性譜帶百分率均達(dá)到86%以上,并且擴增出的譜帶穩(wěn)定、清晰,說明篩選出來的5條引物均能較好地用于黑楊無性系遺傳多樣性分析。
利用POPGENE32對12個楊樹家系進(jìn)行遺傳多樣性比較分析,從表4可以看出,等位基因數(shù)(Na)為2.373 3,有效等位基因數(shù)(Ne)的平均值為1.927 1,Nei’s基因多樣性指數(shù)(H)在0.341 7~0.455 8之間,平均為0.407 4;Shannon多樣性指數(shù)(I)在0.399 1~0.627 3之間,平均為0.530 4。表明供試的62份楊樹無性系的遺傳多樣性較高,存在較豐富的遺傳變異,這與對楊樹無性系的表型性狀多樣性分析結(jié)果是一致的。
2.4 不同無性系基于ISSR分子標(biāo)記的聚類分析
根據(jù)ISSR引物擴增位點構(gòu)建的多態(tài)性數(shù)據(jù)矩陣,計算出供試材料間的遺傳距離,應(yīng)用NTsys2.10e軟件進(jìn)行UPGMA聚類分析,結(jié)果見圖2。由圖可以看出,當(dāng)閾值為0.406時,62份供試材料可以分為4大類(A、B、C和D四大類),A類群又分為兩個亞類,LA06和LA09兩個家系各自為兩個亞類;B類群主要為LA07家系,其中包括一個TN01-58;C類群由TN03、TN01、TN04、TN05、TN02、LA05、LA04、LA08和XL8個家系中45個無性系構(gòu)成;D類群是TN01、TN04、TN05和LA08家系的混合群體。通常親緣關(guān)系越近越易聚為一類,如A類群的兩個亞群都是同一個家系自成一類,B類群也基本是LA07家系所構(gòu)成的類群,但C類群卻沒有完全按著以上所講的原則聚類,而是由多個家系混合構(gòu)成一個大類群,這與表型聚類結(jié)果比較一致,表明部分無性系后期遺傳分化能力較強,為楊樹無性系選育工作提供更豐富的遺傳材料。
3 討 論
表型性狀受植物基因型及外部環(huán)境雙重作用,在長期自然選擇的作用下,植物為適應(yīng)當(dāng)前環(huán)境,其表型、生理特性以及生長性狀通常會呈現(xiàn)出與周圍環(huán)境相適性的特異變化,因此種內(nèi)不同個體間形態(tài)特征普遍會存在一定差異[33-34]。表型性狀能直觀的反應(yīng)植物資源的豐富程度,是植物種質(zhì)資源多樣性分析最常用且又簡單的方法[35-37]。本研究通過對62個楊樹無性系的表型性狀多樣性分析,發(fā)現(xiàn):側(cè)枝數(shù)、單株葉片數(shù)、葉片干質(zhì)量、葉面積以及地徑的變異系數(shù)均達(dá)到了10%以上,葉柄長、葉長、苗高的變異系數(shù)也達(dá)到了8%以上的水平;除葉片含水率差異顯著外,無性系其他表型性狀差異均達(dá)到了極顯著水平,不同表型性狀變異程度差異較大。該研究結(jié)論與周永學(xué)等[21]和丁明明[22]的研究具有一致性,均表明了楊樹無性系表型性狀分化程度較高,表型性狀遺傳多樣性豐富,選擇潛力大,為楊樹遺傳改良及新品種創(chuàng)制提供了廣闊表型選擇基礎(chǔ)。
表型性狀多樣性分析由于受外界因素的干擾,易導(dǎo)致遺傳表達(dá)不穩(wěn)定或遺傳表達(dá)面較窄,研究結(jié)果一般具有一定的局限性[38]。而分子標(biāo)記能夠直接從植物基因的水平上探討不同個體間的差異,不受基因表達(dá)以及外部環(huán)境因子的影響,評價分析結(jié)果相對來說比較精準(zhǔn)。作為分子生物學(xué)研究的模式樹種,利用分子標(biāo)記技術(shù)從DNA水平上探討楊樹不同種及品系個體間的遺傳多樣性已經(jīng)取得了大量的研究成果,且大量研究表明:楊樹不同種間或不同品系間蘊含著豐富的遺傳變異[39-40]。李薇等[41]利用ISSR對6個美洲黑楊新無性系進(jìn)行分析,檢測出各無性系多態(tài)性位點介于10.98%~69.51%,且平均每個引物擴增的條帶數(shù)為8.2條。LU等[42]采用ISSR分子標(biāo)記對161份青楊樣本進(jìn)行了多樣性分析,得出多態(tài)帶為98.7%,基因多樣度為0.331。馮夏蓮[43]采用AFLP標(biāo)記技術(shù),對4個滇楊群體遺傳多樣性進(jìn)行了分析,得到多態(tài)帶為68.79%,基因多樣度為0.141,Shannon信息指數(shù)為0.244。本研究利用5條ISSR引物檢測到62份楊樹無性系多態(tài)性譜帶百分率平均為89.04%,基因多樣度平均為0.407 4,Shannon多樣性指數(shù)(I)平均為0.530 4。與前人研究相比,多態(tài)帶百分率、基因多樣度及Shannon信息指數(shù)均較高,表明供試的62個楊樹無性系具有豐富的遺傳多樣性,遺傳基礎(chǔ)廣闊。
聚類分析可以根據(jù)植物的相關(guān)特性以及DNA多態(tài)性將供試材料劃分為不同類群,根據(jù)不同類群的遺傳差異可開展植物種質(zhì)資源評價,探討供試材料的遺傳距離,為植物育種及改良提供參考。本研究對比了表型性狀與ISSR分子標(biāo)記聚類分析可知,兩種聚類方法將供試材料聚成的類群均有家系內(nèi)聚為一類的趨勢,但也存在較大的差異。基于表型性狀聚類分析可以看出,62個楊樹無性系根據(jù)歐式平方聚類被劃分為5個類群,雖有類群是由同一個家系的無性系聚類而成,但第一類群和第三類群的兩個大類群則主要是根據(jù)葉片的相關(guān)性狀相似度越高的被聚為一個類群。而通過ISSR分子標(biāo)記對62個楊樹無性系進(jìn)行的聚類分析中,根據(jù)遺傳聚類將供試的無性系劃分為4個類群,每個類群中各亞群都存在相同家系的材料易聚為一個類群的現(xiàn)象,可見親緣關(guān)系越近的無性系越容易聚為一個類群,該結(jié)果與廖秋石[44]、Liu等[45]的研究結(jié)果具有一致性。表型性狀聚類分析在本研究中顯得比較籠統(tǒng),有些類群中出現(xiàn)了幾個不同家系的無性系聚為一類,這可能與供試材料來源及繁殖方式有關(guān),供試材料中雖然有些遺傳距離相近,但由于引種地不同,對環(huán)境的適應(yīng)性存在差異,進(jìn)而呈現(xiàn)出不同的表型分化;而通過扦插的無性系繁殖又同時保留了母本遺傳信息,因而便出現(xiàn)了本研究表型性狀聚類與ISSR分子標(biāo)記聚類差異較大的研究結(jié)論。綜合以上分析,得出供試的62個楊樹無性系表型分化受環(huán)境影響較大,各無性系間呈現(xiàn)出較高的表型差異,但由于基因交流較少,分子遺傳穩(wěn)定性較高,可根據(jù)不同的栽培目標(biāo)進(jìn)行相應(yīng)的性狀改良,使目標(biāo)優(yōu)良性狀通過現(xiàn)代的育種手段得到充分的發(fā)掘應(yīng)用,為楊樹資源的評價利用及品種創(chuàng)新改良提供參考,對加快我國楊樹育種進(jìn)程及實現(xiàn)楊樹資源的多目標(biāo)利用均具有重要意義。
本研究綜合表型性狀聚類及分子聚類,發(fā)現(xiàn)兩種聚類方法將供試材料聚成的類群均有家系內(nèi)聚為一類的趨勢,但也存在較大的差異;與分子標(biāo)記相比,表型性狀聚類比較籠統(tǒng),親緣關(guān)系易聚成一類的規(guī)律表現(xiàn)不明顯,出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因除了表型分化多樣性外,還可能由于參試的表型性狀類別有限,進(jìn)而導(dǎo)致供試材料間的區(qū)分受到一定的局限性,因此,在今后的研究中,為能夠更加精準(zhǔn)的探明楊樹資源表型分化情況以及無性系間的表型性狀多樣性,還需進(jìn)一步完善參與評比的表型指標(biāo)以及生物學(xué)特性指標(biāo),以提升遺傳多樣性的表達(dá)與分析,形成更精準(zhǔn)的基因型及表型聯(lián)合選擇的育種創(chuàng)新體系。
4 結(jié) 論
本研究通過表型性狀和ISSR分子標(biāo)記綜合分析供試的62個楊樹無性系種質(zhì)遺傳多樣性,側(cè)枝數(shù)、單株葉片數(shù)、葉片干質(zhì)量、葉面積以及地徑的變異系數(shù)均達(dá)到了10%以上,葉柄長、葉長、苗高的變異系數(shù)也達(dá)到了8%以上的水平;62份楊樹無性系多態(tài)性譜帶百分率平均為89.04%,基因多樣度平均為0.407 4,Shannon多樣性指數(shù)(I)平均為0.530 4,表明供試的楊樹無性系無論從表型還是分子水平均表現(xiàn)出豐富的變異分化,遺傳基礎(chǔ)廣闊。
參考文獻(xiàn):
[1] 方升佐,徐錫增,呂士行.楊樹定向培育[M].合肥:安徽科學(xué)技術(shù)出版社,2004:4-5. FANG S Z, XU X Z, LYU S X. Directional cultivation of poplar[M]. Hefei: Anhui Science and Technology Press,2004:4-5.
[2] 盧孟柱,胡建軍.我國轉(zhuǎn)基因楊樹的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀[J].林業(yè)科技開發(fā),2006,20(6):1-4. LU M Z, HU J J. Research and application status of transgenic poplar in China[J]. Forestry Science and Technology Development, 2006,20(6):1-4.
[3] 劉巍,蔄勝軍,侯庚.我國楊樹種質(zhì)資源研究進(jìn)展[J].遼寧林業(yè)科技,2020(5):47-52. LIU W, ZHOU S J, HOU G. Research progress of poplar germplasm resources in China[J]. Liaoning Forestry Science and Technology,2020(5):47-52.
[4] 徐偉英.楊樹[M].哈爾濱:黑龍江人民出版社,1988. XU W Y. Poplay[M]. Harbin: Heilongjiang People’s Publishing House,1988.
[5] 楊艷,湯玉喜,唐潔,等.南方型黑楊種質(zhì)資源表型及生長性狀遺傳多樣性分析[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報,2019,39(7): 31-36. YANG Y, TANG Y X, TANG J, et al. Genetic diversity analysis of phenotypic and growth traits of Populus melanoglycosa germplasm resources[J]. Journal of Central South University of Forestry and Technology,2019,39(7):31-36.
[6] 藕丹.美洲黑楊×青楊派雜種無性系SSR和SCoT指紋圖譜的構(gòu)建與遺傳關(guān)系分析[D].楊凌:西北農(nóng)林科技大學(xué), 2017. OU D. Construction of SSR and SCoT fingerprint and analysis of genetic relationship of Hybrid clones of Populus melaniculatus ×Populus communis[D]. Yangling: Northwest A F University, 2017.
[7] 劉春英,樊軍鋒,高建社,等.楊樹新雜種(無性系)ISSR指紋圖譜的構(gòu)建[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2013, 41(6):56-60. LIU C Y, FAN J F, GAO J S, et al. Construction of ISSR fingerprint of poplar new hybrids (clones)[J]. Journal of Northwest A F University (Natural Science Edition),2013,41(6): 56-60.
[8] 張妍,馮連榮,矯麗曼,等.楊樹指紋圖譜建立研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2015,43(19):32-33. ZHANG Y, FENG L R, JIAO L M, et al. Research progress on the establishment of poplar fingerprint[J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences,2015,43(19):32-33.
[9] 欒鹖慧,蘇曉華,張冰玉.楊屬(Populus L.)種質(zhì)資源遺傳學(xué)評價研究進(jìn)展[J].植物學(xué)報,2011,46(5):586-595. LUAN H H, SU X H, ZHANG B Y. Research progress in genetic evaluation of Germplasm resources of Populus L.[J]. Chinese Bulletin of Botany,2011,46(5):586-595.
[10] RAY A, JENA S, HALDAR T, et al. Population genetic structure and diversity analysis in Hedychium coronarium population using morphological, phytochemical and molecular markers[J]. Industrial Crops Products,2019,132(2):118-133.
[11] 代英超.基于表型變異和ISSR標(biāo)記的大別山山核桃遺傳多樣性研究[D].杭州:浙江農(nóng)林大學(xué),2015. DAI Y C. Genetic diversity of Hickory walnut (Dabie mountain) based on ISSR markers and phenotypic variation[D]. Hangzhou: Zhejiang A F University,2015.
[12] 朱燕蕾,郭鳳根.基于表型性狀和ISSR標(biāo)記的厚葉栒子遺傳多樣性分析[J].云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)),2020,35(4): 693-699. ZHU Y L, GUO F G. Genetic diversity analysis of Cotoneaster multiflori based on ISSR markers[J]. Journal of Yunnan Agricultural University (Natural Sciences),2020,35(4):693-699.
[13] 李新國,朱之悌,蘇法旺,等.毛白楊優(yōu)樹基因資源形態(tài)性狀的遺傳多樣性研究[J].吉林林學(xué)院學(xué)報,1996,12(1):14-18. LI X G, ZHU Z T, SU F W, et al. Study on genetic diversity of morphological characters of gene resources in Populus tomentosa[J]. Journal of Jilin Forestry University,1996,12(1): 14-18.
[14] 李寬鈺,黃敏仁,王明庥,等.用RAPD探討毛白楊起源[J].植物分類學(xué)報,1997,35(1):24-31. LI K Y, HUANG M R, WANG M X, et al. Study on the origin of Populus tomentosa by RAPD[J]. Acta Phytotaxonomica Sinica,1997,35(1):24-31.
[15] 白卉.山楊遺傳多樣性研究與核心種質(zhì)構(gòu)建及利用[D].哈爾濱:東北林業(yè)大學(xué),2010. BAI H. Studies on genetic diversity, sample strategy for core collection and the utilization of the Populus davidiana Dode[D]. Harbin: Northeast Forestry University,2010.
[16] 張金然,尚潔,王秋玉,等.山楊雜種無性系的 SSR 分子標(biāo)記遺傳多樣性[J].植物研究,2006,26(54):447-452. ZHANG J R, SHANG J, WANG Q Y, et al. Genetic diversity among the clones of aspen hybrid detected by simple sequence repeat DNA marker[J]. Plant Research,2006,26(54):447-452.
[17] 楊自湘,王守宗,徐紅,等.用葉片特征區(qū)別不同產(chǎn)地不同單株青楊的研究[J].林業(yè)科技通訊,1995(2):17-18. YANG Z X, WANG S Z, XU H, et al. Study on the difference of individual Populus cathayana plants from different producing areas by leaf characteristics[J]. Forest Industry Science and Technology Communication,1995(2):17-18.
[18] 李金花,張綺紋,蘇曉華,等.美洲黑楊與不同種源青楊雜種苗葉片和生長性狀多水平變異研究[J].林業(yè)科學(xué)研究, 2002,15(1):76-82. LI J H, ZHANG Q W, SU X H, et al. Multi-level genetic variation in leaf and growth of hybrid system between Populus deltoides and P. cathayana[J]. Research in Forestry Sciences, 2002,15(1):76-82.
[19] 黃國偉,樊孝萍,譙四紅,等.南方型美洲黑楊基因庫物候期及生長比較[J].湖北林業(yè)科技,2017,46(1):26-29. HUANG G W, FAN X P, QIAO S H, et al. Comparison of phenology and growth of gene pool of southern type Populus deltoides[J]. Hubei Forestry Science and Technology, 2017,46(1):26-29.
[20] 楊杉,樊孝萍,蘇曉華,等.南方型美洲黑楊種質(zhì)資源物候期特征[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報,2017,45(7):7-11. YANG S, FAN X P, SU X H, et al. Phenological characteristics of Populus deltoides germplasm resources[J]. Journal of Northeast Forestry University,2017,45(7):7-11.
[21] 周永學(xué),樊軍鋒,高建社.幾種楊樹無性系扦插苗苗高年生長規(guī)律的研究[J]. 西南林學(xué)院學(xué)報,2004,24(2):23-26. ZHOU Y X, FAN J F, GAO J S. Annual height growth laws of saplings from cuttings of some poplar clones[J]. Journal of Southwest Forestry College,2004,24(2):23-26.
[22] 丁明明.歐洲黑楊育種基因資源評價研究[D].北京:中國林業(yè)科學(xué)研究院,2006. DING M M. Evaluation of Populus nigra L. gene resources for breeding[D]. Beijing: Chinese Academy of Forestry,2006.
[23] 蘇曉華,張綺紋,張望東,等.大青楊及其近緣種的遺傳變異和系統(tǒng)關(guān)系研究[J].林業(yè)科學(xué),1996,32(2):118-125. SU X H, ZHANG Q W, ZHANG W D, et al. The genetic variability and phylogenetic relationship in Populus ussuriensis KOM. and its relatives[J]. Scientia Silvae Sinicae,1996,32(2): 118-125.
[24] 張亞紅,賈會霞,王志彬,等.滇楊種群遺傳多樣性與遺傳結(jié)構(gòu)[J].生物多樣性,2019,27(4):355-365. ZHANG Y H, JIA H X, WANG Z B, et al. Genetic diversity and population structure of Populus yunnanensis[J]. Biodiversity, 2019,27(4):355-365.
[25] 徐金光,王瑋,劉霞,等.美洲黑楊及其雜交種的遺傳多樣性AFLP分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2012,40(31):15123-15126. XU J G, WANG W, LIU X, et al. Genetic diversity analysis of Populus deltoides and its hybrids by AFLP[J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences,2012,40(31):15123-15126.
[26] 張香華,蘇曉華,黃秦軍,等.歐洲黑楊育種基因資源SSR多態(tài)性比較研究[J].林業(yè)科學(xué)研究,2006,19(4):477-483. ZHANG X H, SU X H, HUANG Q J, et al. Comparison of SSR polymorphisms in breeding gene resources of Populus nigra L.[J]. Research of Forestry Sciences,2006,19(4):477-483.
[27] 張玲,焦培培,李志軍.中國新疆灰葉胡楊群體遺傳多樣性的SSR分析[J].生態(tài)學(xué)雜志,2012,31(11):2755-2761. ZHANG L, JIAO P P, LI Z J. Genetic diversity of Populus pruinosa populations in Xinjiang of China based on SSR analysis[J]. Chinese Journal of Ecology,2012,31(11):2755-2761.
[28] 劉粉粉,姜小龍,翁文源等.基于ddGBS的黑楊派楊樹SNP位點挖掘[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報,2022,42(7):178-185. LIU F F, JIANG X L, WENG W Y, et al. Development of SNP markers in section Aigeiros poplar based on ddGBS technology[J]. Journal of Central South University of Forestry Technology, 2022,42(7):178-185.
[29] 梁雪蓮,鄭奕雄,陳曉玲,等.花生DNA提取方法比較[J].生物技術(shù),2007,17(1): 41-44. LIANG X L, ZHENG Y X, CHEN X L, et al. Comparison of DNA extraction methods of peanut[J]. Biotechnology,2007,17(1): 41-44.
[30] 馬明,楊克強,郭起榮.改良CTAB法提取林木樹種基因組DNA的研究[J].生物技術(shù),2007,17(3):36-38. MA M, YANG K Q, GUO Q R. Extraction of genomic DNA from tree species by modified CTAB method[J]. Biotechnology, 2007,17(3):36-38.
[31] 文曉鵬,鄧秀新.五種薔薇屬植物基因組DNA的提取及鑒定[J].種子,2002,21(6):18-21. WEN X P, DENG X X. Extraction and identification of genomic DNA from five species of Rosa[J]. Species,2002,21(6):18-21.
[32] YEH F C, YANG R C, BOYLE T. POPGENE version 1.32:Microsoftwindow-base freeware for population genetic analysis[R]. Alberta: University of Alberta and the Centre for International Forestry Research,1999.
[33] 李陳建,付彥博,萬江春,等.30份蘇丹草種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀的遺傳多樣性分析[J].草業(yè)科學(xué),2015,32(1):85. LI C J, FU Y B, WAN J C, et al. Genetic diversity analysis of agronomic traits in 30 germplasm resources of Sudan grass[J]. Pratacultural Science,2015,32(1):85.
[34] 曾杰,鄭海水,甘四明,等.廣西西南樺天然居群的表型變異[J].林業(yè)科學(xué),2005,41(2):59-65. ZENG J, ZHENG H H, GAN S M, et al. Phenotypic variation of natural populations of Betula chinensis in Guangxi[J]. Scientia Silvae Sinicae,2005,41(2):59-65.
[35] 趙朝森,王瑞珍,李英慧,等.江西大豆種質(zhì)資源表型及品質(zhì)性狀綜合分析與評價[J].大豆科學(xué),2019,38(5):686-693.ZHAO C S, WANG R Z, LI Y H, et al. Comprehensive analysis and evaluation of phenotype and quality characters of soybean germplasm resources in Jiangxi[J]. Soybean Science,2019,38(5): 686-693.
[36] 李紅莉,王澎,李雪,等.黑龍江野生軟棗獼猴桃種質(zhì)資源表型性狀的遺傳多樣性[J].經(jīng)濟林研究,2022,40(1):150-158. LI H L, WANG P, LI X, et al. Genetic diversity of phenotypic traits of wild Actinidia arguta germplasm resources in Heilongjiang[J]. Non-wood Forest Research,2022,40(1):150-158.
[37] 傅志強,袁汕,申春暉,等.基于花器官特征的油茶遺傳多樣性分析[J].經(jīng)濟林研究,2022,40(4):12-18,28. FU Z, YUAN S, SHEN C, et al. Genetic diversity analysis based on characteristics of floral organs of Camellia oleifera[J]. Nonwood Forest Research,2022,40(4):12-18,28.
[38] 許文婷,呂長平,孫田嬌,等.9份湖南本土牡丹資源的形態(tài)學(xué)和ISSR分子標(biāo)記分析[J].分子植物育種,2020,18(15): 5038-5045. XU W T, LYU C P, SUN T J, et al. Morphological and ISSR molecular marker analysis of 9 native peony resources in Hunan[J]. Molecular Plant Breeding,2020,18(15):5038-5045.
[39] OLSON M S,ROBERTSON A L,TAKEBAYASHI N, et al. Nucleotide diversity and linkage disequilibrium in balsam poplar(Populus balsamifera)[J]. New Phytologist,2010,186(2):526-536.
[40] 縱丹,員濤,周安佩,等.滇楊優(yōu)樹遺傳多樣性的AFLP分析[J].西北林學(xué)院學(xué)報,2014,29(4):103-108+213. ZONG D, YUAN T, ZHOU A, et al. AFLP analysis of genetic diversity of Populus yunnanensis[J]. Journal of Northwest Forestry University,2014,29(4):103-108,213.
[41] 李薇,王永進(jìn),樊軍鋒.美洲黑楊新無性系的ISSR鑒別及SCAR標(biāo)記轉(zhuǎn)化[J].西北林學(xué)院學(xué)報,2014,29(4):98-102. LI W, WANG Y J, FAN J F. ISSR identification and SCAR marker transformation of new clones of Populus deltoides[J]. Journal of Northwest Forestry College,2014,29(4):98-102.
[42] LU Z X,WANG Y H,PENG Y H, et al. Genetic diversity of Populus cathayana Rehd. populations in southwestern China revealed by ISSR markers[J]. Plant Science,2005,170(2):407-412.
[43] 馮夏蓮.滇楊遺傳多樣性與楊屬派間遺傳分化研究[D].北京:北京林業(yè)大學(xué),2006. FENG X L. Genetic diversity of Populus diyunnanensis and genetic differentiation among Populus genera[D]. Beijing: Beijing Forestry University,2006.
[44] 廖秋石.茄屬種質(zhì)資源表型性狀評價及遺傳多樣性SSR分析[D].南昌:江西農(nóng)業(yè)大學(xué),2020. LIAO Q S. Phenotypic traits evaluation and genetic diversity analysis of Solanum germplasm resources by SSR[D]. Nanchang: Jiangxi Agricultural University,2020.
[45] LIU J, YANG Y, ZHOU X, et al. Genetic diversity and population structure of worldwide eggplant (Solanum melongena L.) germplasm using SSR markers[J]. Genetic Resources and Crop Evolution, 2018,65(6):1663-1670.
[本文編校:羅 列]