正文 基於SRAP和SNP分子標記的國內穿心蓮遺傳多樣性分析(2 / 3)

3.4SNP分子標記分析對34份來自不同產地的穿心蓮樣品進行特異性擴增,利用CodonCode Aligner軟件對測序結果進行分析,並未發現文獻[15]所報道的SNP位點,表明本研究使用的各穿心蓮樣品在CPS基因所檢測區段內未發生遺傳分化。

4討論

一般來說,物種的起源地常常蘊藏著豐富的種質資源多樣性。印度不但是穿心蓮的起源地之一,還是該種的栽培植物起源中心地區之一。在形態學水平[10]、染色體水平[18]、DNA水平[9]和等位酶水平[5]上,印度國內的穿心蓮種質資源均能夠檢測到較高的遺傳多樣性。另外,根據遺傳背景相似度較高來推測,泰國和馬來西亞的穿心蓮可能均來源於印度[19-20]。先後有學者利用分子標記研究泰國分布的穿心蓮的遺傳多樣性,其取樣地覆蓋了泰國全國各地,包括不同氣候、土壤類型地區的樣品,但僅檢測到很少的多態性位點,整個群體表現出很低的遺傳雜合度,且幾種分子標記的檢測結果高度一致。這些研究結果也為泰國產穿心蓮可能來源於印度提供了證據,並表明,盡管在泰國具有較大地理跨度範圍的各地經過長期的栽培,但也尚未產生明顯的分化[15,21-23]。

有文獻報道,我國部分地區有野生穿心蓮分布[24-25];海南省是穿心蓮的原產地之一,資源分布於全島,在海南西部和西南部野生資源豐富[26]。但根據《中國植物誌》記載,穿心蓮屬全世界約20多種,主要分布於亞洲熱帶地區的印度、緬甸、中南半島、馬來半島至加裏曼丹島,模式種延至澳大利亞,印度為分布中心。中國有2種,栽培1種,野生1種(包括1個變種)。栽培種即穿心蓮A.paniculata,野生種為疏花穿心蓮A.laxiflora(又名白花穿心蓮、須藥草),變種為腺毛疏花穿心蓮A.laxiflora var.glomerulifera[27]。文獻報道對廣東饒平、花都和湛江3個主產區的穿心蓮的遺傳多樣性分析,在5SrRNA 基因間隔區DNA序列組成上未檢測到差異[28];52條RAPD分子標記引物中(樣品產地),僅有4條能夠檢測到不同產地間的多態性[29],表明所研究的穿心蓮資源遺傳背景相似度較高。本研究利用SRAP,SNP分子標記對7省區13樣地103號穿心蓮樣品的遺傳多樣性分析,結果表明,SRAP分子標記擴增的多態性條帶比率低,各省區穿心蓮種質的遺傳距離小,且未檢測到CPS基因片段中的SNP位點,表明我國各地產穿心蓮的遺傳背景相似度高,資源遺傳背景較窄,經過80年以上的引種栽培,也並未產生明顯的遺傳分化,與上述文獻報道結果一致。但由於本研究中未采集到海南、雲南等省的野生穿心蓮樣本,對於海南等地是否為穿心蓮原產地,尚需采集當地野生種源,並與印度、泰國等的樣本進行分析才能確證。

我國已在地理跨度較大、生態類型多樣的範圍內引種有穿心蓮,但不同地區穿心蓮種群群體的遺傳多樣性卻低,主要有穿心蓮生物學特性和引種栽培生產2個方麵的原因,在生物學特性方麵,穿心蓮係一年生近交繁殖植物[30],花兩性,柱頭和花藥緊貼在一起,花藥開裂與柱頭授粉高度同步,在花朵完全開放之前就能夠完成自花授粉過程,保證了穿心蓮采用完全專性自交親和的交配方式進行繁殖[31],這種嚴格的閉花授精繁殖方式不僅阻礙了群體內因個體間的基因交流的遺傳多樣性發生,也使得因地域相隔較遠的隨機交配群體間發生基因漂移[6,32]、隨機遺傳漂變和可能發生的遺傳瓶頸事件引起的群體間的分化[20,33]和種群間遺傳結構差異增加的概率降低;在穿心蓮的引種栽培生產方麵,據調查,雖然全國各地在種植穿心蓮時常交叉引種,但最初的種源多來源於廣東、海南等地,種源仍較為單一,這種大範圍內的種子流通、人工栽培雖然促進了種質交流,但自然選擇會增加有利於提高物種適應性的等位基因頻率,降低不利於物種適應的等位基因頻率,反而可導致部分遺傳多樣性的喪失。

在植物界中,自花授粉的交配方式較為常見,但嚴格的閉花受精會使種群滅絕的風險大大增加[34]。穿心蓮花器構造特點和自交高度親和的特性不利於穿心蓮的繁衍和進化,也使得穿心蓮難以通過雜交創造新的種質[8,34-35],開展良種選育。SRAP標記在基因組中常常分布均勻,但對基因相對較少的著絲粒附近和端粒的擴增較少,結合可擴增這些區域的SSR標記,便可獲得覆蓋全基因組的連鎖圖[36]。本研究篩選到的68對具有多態性的SRAP分子標記引物,對於鑒定穿心蓮種質資源遺傳背景、種質保護、構建穿心蓮基因圖譜、開展穿心蓮標記輔助選擇育種等具有重要的應用價值。

5結論

本研究利用SRAP標記技術,對國內穿心蓮的遺傳多樣性進行分析,獲得了具有一定多態性、清晰的條帶,表明該分子標記可以有效應用於穿心蓮遺傳背景研究。國內各地區穿心蓮的遺傳距離為0.01~0.09,均小於0.1,反映出我國不同產地的穿心蓮種質間的遺傳多樣性較貧乏,SNP分析進一步佐證了這一結果,這與穿心蓮嚴格的自花授粉繁殖特性、各地引種種植穿心蓮的種源來源單一密切相關。本研究結果提示,遺傳背景並非影響不同產地穿心蓮質量差異的主要原因;同時,國內穿心蓮種群的進化潛力有限,穿心蓮的良種選育以采用突變育種、多倍體育種、標記輔助選擇育種等方法為宜。

[致謝]本研究樣品采集工作由中國中醫科學院中藥資源中心道地藥材國家重點實驗室完成。

[參考文獻]

[1]R Subramanian, Mohd Zaini Asmawi, A Sadikun. A bitter plant with a sweet future? A comprehensive review of an oriental medicinal plant: Andrographis paniculata[J]. Phytochem Rev,2012,11(1):39.

[2]Chadha Y R. The wealth of India: raw materials[M]. New Delhi, India: Council of Scientific and Industrial Research,1985:364.

[3]Hooker J D. The flora of British India[M]. Dehra Dun: Bishen Sing Mahendrapal Sing,1885:501.

[4]Bhat V S, Nanavati D D. Andrographis paniculata(Burm) Wall ex Nees (Kalmegh)[J]. Indian Drugs,1978,15:187.

[5]Sabu K K, P Padmesh, S Seeni. Intraspecific variation in active principle content and isozymes of Andrographis paniculata Nees (Kalmegh): a traditional hepatoprotective medicinal herb of India[J]. J Med Aromat Plant Sci,2001,23(4):637.

[6]Widen B, Swenson L. Conservation of genetic variation in plants-the importance of population size and gene flow[M]//Lennart Hansson. Ecological principles of nature conservation:principles, practices and management. London & New York:Elsevier Applied Science,1992:71.

[7]朱華.中國產穿心蓮屬(爵床科)植物修訂[J]. 植物研究,1991,11(1):45.

[8]Alireza Valdiani, Mihdzar Abdul Kadir, Mohd Said Saad, et al. Intra-specific hybridization: generator of genetic diversification and heterosis in Andrographis paniculata Nees. A bridge from extinction to survival[J].Gene,2012,505(1):23.