基于SSR技术对黄河三角洲二色补血草遗传多样性研究

doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2020.06.015

摘要/Abstract

摘要：

应用GENALEX6.502、ARLEQUINversion3.5、STRUCTUREv2.3.4、STRUCTURE Harvester、CLUMP和Distruct等软件进行遗传参数估算、主成分分析、遗传变异分析及遗传结构分析。在这项研究中，我们系统地从分布在中国黄河三角洲的12个二色补血草居群中采集到202份个体。我们通过使用共显性的微卫星标记探索微地理遗传结构，旨在解决黄河三角洲二色补血草居群结构和动态问题。结果表明：二色补血草呈中等程度的遗传分化，遗传变异主要存在于居群内，微弱的遗传分化存在于居群间，为（F_ST=0.067）。香农信息指数平均是1.037，基因流平均是4.106，观测杂合度和期望杂合度平均值分别是0.43和0.529。通过分析二色补血草群体的遗传多样性和遗传结构，旨在为资源的管理、保护和利用提供依据。总之，保护遗传多样性时，应保存尽可能多的居群和特异单株。

关键词: 二色补血草, 遗传多样性, SSR, 土壤盐度, 毛细管电泳

Abstract:

Genetic diversity parameters， principal coordinates analysis（PCoA）， and analysis of molecular variance（AMOVA） were conducted by using GENALEX6.502 and ARLEQUINv3.5 software. STRUCTUREv 2.3.4， STRUCTURE Harvester， CLUMP， and Distruct software were used to analyze genetic structure. We systematically sampled 202 individuals from 12 Limonium bicolor populations distributed throughout the Yellow River Delta（YRD） region in China. By exploring the micro-geographic genetic structure using the codominant microsatellite（SSR） markers， we aimed to answer questions as to what extent the population structure and dynamics of L.bicolor YRD. The demonstrated a medium level of genetic differentiation in L.bicolor. The genetic variation was mainly maintained within populations， with a weak but significant genetic differentiation being detected among populations（F_ST=0.067）. Shannon’s information index was 1.037， and gene flow was 4.106， the observed heterozygosity（H_o） and expected heterozygosity（H_e） was 0.43 and 0.529. Genetic diversity and population genetic structure were analyzed in L.bicolor to provide useful information for management， protection and utilization. In brief， suggesting that more individuals from different populations should be collected to protect the genetic diversity of L.bicolor.

Key words: Limonium bicolor, genetic diversity, SSR, soil salinity, capillary electrophoresis

中图分类号:

Q949

吕冬雪, 张学杰, 张洛艳, 樊守金. 基于SSR技术对黄河三角洲二色补血草遗传多样性研究[J]. 植物研究, 2020, 40(6): 923-931.

Dong-Xue LÜ, Xue-Jie ZHANG, Luo-Yan ZHANG, Shou-Jin FAN. Analysis of Limonium bicolor by SSRMolecular Markers in the Yellow River Delta Region[J]. Bulletin of Botanical Research, 2020, 40(6): 923-931.

图/表 14

表1

图1

表2

表3

表4

表5

表6

图2

图3

图4

图5

图6

图7

图8

参考文献 24

1	The Angiosperm Phylogeny Group. An update of the angiosperm phylogeny group classification for the orders and families of flowering plants：APG IV［J］.Botanical Journal of the Linnean Society，2016，181（1）：1-20.
2	李红芳，韩建华，孙占育.二色补血草研究现状和在渭南地区的综合开发利用［J］.中国野生植物资源，2018，37（1）：70-74.
	Li H F，Han J H，Sun Z Y.Present research status of limonium bicolor and its exploitation and utilization in Weinan Area［J］.Chinese Wild Plant Resources，2018，37（1）：70-74.
3	罗兵，孙海燕，徐港明，等.SSR分子标记研究进展［J］.安徽农业科学，2013，41（12）：5210-5212，5246.
	Luo B，Sun H Y，Xu G M，et al.Research progress of SSR molecular marker［J］.Journal of Anhui Agricultural Sciences，2013，41（12）：5210-5212，5246.
4	Zawedde B M，Ghislain M，Magembe E，et al.Characterization of the genetic diversity of Uganda’s sweet potato （Ipomoea batatas） germplasm using microsatellites markers［J］.Genetic Resources and Crop Evolution，2015，62（4）：501-513.
5	胡仲义，付涛，何月秋，等.铁皮石斛EST-SSR引物的评价、甄选与应用研究［J］.植物研究，2017，37（1）：78-87.
	Hu Z Y，Fu T，He Y Q，et al.Evaluation，selection and application of Dendrobium officinale EST-SSR primers［J］.Bulletin of Botanical Research，2017，37（1）：78-87.
6	张得芳，李淑娴，夏涛.蔷薇科6个属植物EST-SSR特征分析［J］.植物研究，2014，34（6）：810-815.
	Zhang D F，Li S X，Xia T.Characterization of EST-SSR among six genera of Rosaceae［J］.Bulletin of Botanical Research，2014，34（6）：810-815.
7	李洪果，贾宏炎，李武志，等.基于SSR标记的杜仲群体遗传多样性及遗传结构［J］.中南林业科技大学学报，2018，38（5）：79-85，120.
	Li H G，Jia H Y，Li W Z，et al.Genetic diversity and genetic structure of Eucommia ulmoides populations based on SSR markers［J］.Journal of Central South University of Forestry & Technology，2018，38（5）：79-85，120.
8	Excoffier L，Lischer H E L.Arlequin suite ver 3.5：a new series of programs to perform population genetics analyses under Linux and windows［J］.Molecular Ecology Resources，2010，10（3）：564-567.
9	Kaeuffer R，Réale D，Coltman D W，et al.Detecting population structure using STRUCTURE software：effect of background linkage disequilibrium［J］.Heredity，2007，99（4）：374-380.
10	Evanno G，Regnaut S，Goudet J.Detecting the number of clusters of individuals using the software STRUCTURE：a simulation study［J］.Molecular Ecology，2005，14（8）：2611-2620.
11	Jakobsson M，Rosenberg N A.CLUMPP：a cluster matching and permutation program for dealing with label switching and multimodality in analysis of population structure［J］.Bioinformatics，2007，23（14）：1801-1806.
12	Rosenberg N A.DISTRUCT：a program for the graphical display of population structure［J］.Molecular Ecology Resources，2004，4（1）：137-138.
13	Wunsch A，Hormaza J I.Molecular characterisation of sweet cherry （Prunus avium L.） genotypes using peach ［Prunus persica（L.） Batsch］ SSR sequences［J］.Heredity，2002，89（1）：56-63.
14	姜晓辉，方开星，陈栋，等.基于EST-SSR毛细管电泳荧光标记技术分析广东2个历史名茶群体遗传多样性［J］.热带作物学报，2018，39（1）：46-54.
	Jiang X H，Fang K X，Chen D，et al.Genetic diversity and relationship of two historical famous Camellia sinensis groups in Guangdong by capillary electrophoresis detcection with fluorescent EST-SSR marker［J］.Chinese Journal of Tropical Crops，2018，39（1）：46-54.
15	王久利，陈世龙，邢睿，等.椭圆叶花锚简化基因组的SSR信息分析及SSR引物开发［J］.植物研究，2018，38（2）：292-297.
	Wang J L，Chen S L，Xing R，et al.Simplified Genome SSR Information and Development of SSR Primers of Halenia ellipitica（Gentianaceae）［J］.Bulletin of Botanical Research，2018，38（2）：292-297.
16	张鹏飞，张福花，张茹，等.山西省榛属植物居群的SSR遗传多样性研究［J］.植物科学学报，2014，32（2）：131-138.
	Zhang P F，Zhang F H，Zhang R，et al.Genetic diversity of hazel populations in Shanxi province based on SSR markers［J］.Plant Science Journal，2014，32（2）：131-138.
17	温银元，冯文新，尹美强，等.不同激素对补血草器官分化的影响［J］.山西农业科学，2013，41（2），115-118.
	Wen Y Y，Feng W X，Yin M Q，et al.Effcet of hormons on organogenesis of Limonium sinuatum［J］.Journal of Shanxi Agricultural Sciences，2013，41（2）：115-118.
18	包文泉，乌云塔娜，杜红岩，等.基于SSR标记的西藏光核桃群体遗传多样性和遗传结构分析［J］.林业科学，2018，54（2）：30-41.
	Bao W Q，Wuyun T N，Du H Y，et al.Genetic diversity and population structure of Amygdalus mira in the Tibet Plateau in China based on SSR markers［J］.Scientia Silvae Sinicae，2018，54（2）：30-41.
19	徐敏，吴生，刘小霞，等.秦岭地区华中五味子SSR遗传多样性分析［J］.中药材，2013，36（8）：1215-1218.
	Xu M，Wu S，Liu X X，et al.Genetic diversity analysis of Schisandra sphenanthera in Qinling Mountains based on SSR markers［J］.Journal of Chinese Medicinal Materials，2013，36（8）：1215-1218.
20	Cires E，Samain M S，Goetghebeur P，et al.Genetic structure in peripheral Western European populations of the endangered species Cochlearia pyrenaica （Brassicaceae）［J］.Plant Systematics and Evolution，2011，297（1-2）：75-85.
21	张珊珊，甘云浩，杨文忠，等.富民枳种质资源的SSR遗传多样性研究［J］.西部林业科学，2018，47（4）：14-20，25.
	Zhang S S，Gan Y H，Yang W Z，et al.Genetic diversity of Poncirus polyandra resources［J］.Journal of West China Forestry Science，2018，47（4）：14-20，25.
22	张晨，云岚，李珍，等.新麦草种质的SSR遗传多样性及群体结构分析［J］.植物遗传资源学报，2019，20（1）：48-59.
	Zhang C，Yun L，Li Z，et al.Genetic diversity and structure analysis in Psathyrostachys Nevski population using SSR markers［J］.Journal of Plant Genetic Resources，2019，20（1）：48-59.
23	姚俊修，毛秀红，李善文，等.基于荧光SSR标记的白杨派种质资源遗传多样性研究［J］.北京林业大学学报，2018，40（6）：92-100.
	Yao J X，Mao X H，Li S W，et al.Genetic diversity of germplasm resources of Leuce based on SSR fluorescent marker［J］.Journal of Beijing Forestry University，2018，40（6）：92-100.
24	商韬，王贤荣，南程慧，等.基于SSR标记的迎春樱自然居群遗传多样性分析［J］.甘肃农业大学学报，2013（6）：104-109，115.
	Shang T，Wang X R，Nan C H，et al.Genetic diversity in natural populations of Cerasus discoidea based on SSR markers［J］.Journal of Gansu Agricultural University，2013（6）：104-109，115.

名称Site	样本数目Sample size	经度Longitude(E)	纬度Latitude(N)	盐度/ ECeSoil salinity/ECe(dS/m)
023县道(XD)	21	118.097 3	37.515 9	27.7
东小庄(DX)	16	118.164 6	37.552 1	18.9
八顷村(BQ)	13	118.153 6	37.573 1	17.85
余丈村(YZ)	16	118.284 8	37.532 8	16.4
新立村(XL)	19	118.434 1	37.310 1	11.5
汀河屋子(TH)	19	118.412 8	38.073 8	11.1
小岛河中桥(DH)	18	118.532 2	37.373 4	10.2
三河检查站(JC)	22	118.405 7	38.012 3	9.5
十一村(SY)	10	118.473 4	37.321 1	6.2
小坨村(XT)	18	118.237 2	37.986 9	5.8
汪子岛(WD)	15	117.572 6	38.132 9	5.4
王家屋子(WZ)	13	118.445 9	38.062 1	2.2

位点Locus	引物序列Primer sequences (5′-3′)	等位基因范围Allele size range(bp)	等位基因总数Total number of alleles	位点Locus	引物序列Primer sequences(5′-3′)	等位基因范围Allele size range(bp)	等位基因范围Allele size range(bp)
SSRLB1	F:TTAGCCTCCCTCTTAT	383~411	27	SSRLB30	F:GTGATAATGCCTGGAGA	154~180	15
SSRLB1	R:CTGACCTTACCGAAAT	383~411	27	SSRLB30	R:GAGGATGTTGGTTTCG	154~180	15
SSRLB2	F:GATGGAGACCGAATAA	253~270	8	SSRLB31	F:AGGAGGACTTTGTTTG	147~175	6
SSRLB2	R:ACCGAAATGGACAACT	253~270	8	SSRLB31	R:ATCTCAGGAGGGCTAT	147~175	6
SSRLB6	F:AGAATCTGAGTGGCTGTT	285~290	6	SSRLB32	F:CCGAAACAAATAGGCA	176~188	8
SSRLB6	R:GGCTTAGGGTTTGTGA	285~290	6	SSRLB32	R:GACACTGGCAGAGGAA	176~188	8
SSRLB12	F:CAACTGTGAAAGACGGAAAG	212~285	16	SSRLB33	F:ACACGGAGAAGGAAGG	353~390	15
SSRLB12	R:CACGGCAATGGAGGAT	212~285	16	SSRLB33	R:TGATAGGGTGAAGCAA	353~390	15
SSRLB14	F:ATAATAACCCAGCGGCAATG	149~156	4	SSRLB43	F:TCTGCTGCTTCTTCCT	190~207	8
SSRLB14	R:AGGCAGGTGAAGCAAATCG	149~156	4	SSRLB43	R:GCTCACATTCCCTCAT	190~207	8
SSRLB18	F:GTCTGCTGCTTCTTCC	193~210	6	SSRLB53	F:CACGAGGAAGATTGGC	130~136	5
SSRLB18	R:GTGCTCACATTCCCTC	193~210	6	SSRLB53	R:CAGGGAAGCATTACAGTCAG	130~136	5
SSRLB22	F:ATCCCAGGAAGCAACA	354~370	14	SSRLB54	F:ATCCCAGGAAGCAACA	250~260	8
SSRLB22	R:GATTTCAAAGCCCACC	354~370	14	SSRLB54	R:GAGCACCATCATTAGCC	250~260	8
SSRLB25	F:AGCCTTCAACGATACAA	185~194	10	SSRLB59	F:AGAATCTGAGTGGCTGTT	286~290	5
SSRLB25	R:GGAGAACTTACGGATTA	185~194	10	SSRLB59	R:GGCTTAGGGTTTGTGA	286~290	5
SSRLB26	F:AGAGGGTGCCTGGAAA	134~140	4	SSRLB64	F:CAACTGTGAAAGACGGAAAG	212~284	11
SSRLB26	R:AGGGTTGATGGCTTGG	134~140	4	SSRLB64	R:CACGGCAATGGAGGAT	212~284	11

居群Population	样本数目Number	平均等位基因数目Number of alleles(N_a)	有效等位基因数目Number of effective alleles（N_e）	香农信息指数Shannon’s Information index（I）	平均观察杂合度Observed heterozygosity（H_o）	平均期望杂合度Expected heterozygosity（H_e）	固定指数Fixation coefficients（F）
BQ	12.944	4.111	2.564	0.989	0.305	0.518	0.425
DH	17.611	4.667	2.750	1.023	0.48	0.522	0.141
DX	15.944	4.222	2.781	1.015	0.436	0.532	0.203
JC	21.778	5.000	2.942	1.073	0.443	0.543	0.181
SY	10.556	5.056	2.748	1.114	0.396	0.544	0.275
TH	18.889	4.833	2.518	1.023	0.430	0.518	0.212
WD	14.833	4.556	2.490	0.970	0.370	0.486	0.196
WZ	12.889	4.167	2.716	1.037	0.447	0.556	0.217
XD	20.556	5.167	2.780	1.053	0.428	0.517	0.168
XL	18.778	5.111	3.197	1.140	0.540	0.573	0.054
XT	17.056	4.222	2.561	0.967	0.469	0.505	0.083
YZ	15.889	4.611	2.701	1.036	0.418	0.54	0.234
Mean	16.477	4.644	2.729	1.037	0.430	0.529	0.198

引物名称Primers	样本数目Number	平均等位基因数目Number of alleles	有效等位基因数目Number of effective alleles（N_e）	香农信息指数Shannon’s information index（I）	平均观察杂合度Observed heterozygosity（H_o）	平均期望杂合度Expected heterozygosity（H_e）	固定指数Fixation coefficients（F）
SSRLB1	16.000	11.667	7.952	2.221	0.780	0.869	0.106
SSRLB2	16.250	5.917	3.966	1.524	0.740	0.737	-0.006
SSRLB6	16.750	3.250	1.429	0.549	0.275	0.282	0.011
SSRLB12	16.583	5.917	3.251	1.315	0.436	0.656	0.310
SSRLB14	16.667	2.917	2.097	0.818	0.490	0.497	0.024
SSRLB18	16.417	2.083	1.176	0.255	0.140	0.137	-0.027
SSRLB22	15.583	5.333	2.877	1.234	0.614	0.626	0.021
SSRLB25	16.167	5.333	2.552	1.173	0.401	0.589	0.302
SSRLB26	16.833	2.250	1.680	0.598	0.386	0.393	0.007
SSRLB30	16.167	7.083	4.104	1.604	0.661	0.745	0.124
SSRLB31	16.833	2.583	1.565	0.560	0.055	0.333	0.836
SSRLB32	16.500	3.583	1.766	0.751	0.150	0.417	0.653
SSRLB33	16.583	7.750	4.293	1.681	0.595	0.762	0.222
SSRLB43	15.917	3.333	2.172	0.870	0.151	0.522	0.724
SSRLB53	16.833	3.167	2.171	0.876	0.829	0.537	-0.545
SSRLB54	16.833	3.500	1.714	0.719	0.418	0.393	-0.053
SSRLB59	16.833	3.667	1.970	0.861	0.239	0.476	0.494
SSRLB64	16.833	4.250	2.385	1.050	0.382	0.560	0.324
Mean	16.477	4.644	2.729	1.037	0.430	0.529	0.198

引物名称Primers	近交系数Genetic diversitywithin populations(F_IS)	居群间分化系数Coefficient geneticdifferentiation(F_ST)	基因流Gene flow(N_m)
SSRLB1	0.103	0.062	3.763
SSRLB2	-0.004	0.063	3.728
SSRLB6	0.024	0.049	4.900
SSRLB12	0.336	0.094	2.404
SSRLB14	0.015	0.103	2.188
SSRLB18	-0.027	0.060	3.909
SSRLB22	0.018	0.073	3.171
SSRLB25	0.320	0.039	6.202
SSRLB26	0.018	0.062	3.790
SSRLB30	0.112	0.072	3.238
SSRLB31	0.835	0.102	2.203
SSRLB32	0.642	0.074	3.120
SSRLB33	0.219	0.072	3.213
SSRLB43	0.710	0.065	3.618
SSRLB53	-0.546	0.018	13.741
SSRLB54	-0.064	0.072	3.217
SSRLB59	0.497	0.052	4.527
SSRLB64	0.318	0.078	2.973
Mean	0.196	0.067	4.106