基于分子標記的牡丹、芍藥種質(zhì)親緣關系研究進展

2012-12-31 00:00:00王惠鵬李芳侯小改史國安范丙友

湖北農(nóng)業(yè)科學 2012年13期

摘要：綜述了基于分子標記的牡丹（ＰａｅｏｎｉａＳｅｃｔ．Ｍｏｕｔａｎ）、芍藥（ＰａｅｏｎｉａＳｅｃｔ．Ｐａｅｏｎｉａ）種質(zhì)親緣關系研究進展，提出了研究中存在的問題及相應的建議，以便為闡明牡丹、芍藥種質(zhì)的分類、起源及進化，牡丹、芍藥新品種培育及產(chǎn)業(yè)化開發(fā)應用奠定基礎。

關鍵詞：牡丹（ＰａｅｏｎｉａＳｅｃｔ．Ｍｏｕｔａｎ）；芍藥（ＰａｅｏｎｉａＳｅｃｔ．Ｐａｅｏｎｉａ）；種質(zhì)；分子標記；親緣關系

中圖分類號：Ｓ６８２．１＋２文獻標識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０12）13－2657-03

牡丹是芍藥科（Ｐａｅｏｎｉａｃｅａｅ）芍藥屬（ＰａｅｏｎｉａＬ．）牡丹組（Ｓｅｃｔ．Ｍｏｕｔａｎ）的落葉灌木植物，芍藥為芍藥科芍藥屬芍藥組（Ｓｅｃｔ．Ｐａｅｏｎｉａ）的多年生草本植物，兩者均為重要的觀賞性植物和資源植物。牡丹在我國被尊稱為“花中之王”，其觀賞栽培歷史悠久，唐、明、清皆以牡丹為國花，其身價之高無與倫比［１-４］。芍藥花朵碩大，色彩艷麗，有芳香氣味，是中國的傳統(tǒng)名花，其富麗堂皇可與牡丹相媲美，被譽為“花相”［１，２，４］。分子標記技術是繼形態(tài)標記、細胞標記和生化標記之后發(fā)展起來的一種較為理想的遺傳標記形式，基于ＤＮＡ直接揭示物種的遺傳差異性，具有不受環(huán)境影響、標記數(shù)量多、多態(tài)性高、有許多標記表現(xiàn)為共顯性或中性等優(yōu)點［５］。本文綜述了基于分子標記的牡丹、芍藥種質(zhì)親緣關系研究進展，并提出了研究中存在的問題及建議，以便為牡丹、芍藥新品種培育及產(chǎn)業(yè)化開發(fā)應用提供理論基礎。

１牡丹分子標記研究

１．１牡丹栽培品種間親緣關系的研究

侯小改等［６］基于擴增片段長度多態(tài)性（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄｆｒａｇｍｅｎｔｌｅｎｇｔｈｐｏｌｙｍｏｒｐｈｉｓｍ，ＡＦＬＰ）標記對３０份牡丹栽培品種進行了遺傳多樣性研究，分析顯示其多態(tài)性高達８６％，品種之間的相似系數(shù)分布在０．５２～０．８３之間，聚類分析表明多數(shù)來源地相同的牡丹栽培品種表現(xiàn)出較為密切的親緣關系，來源自不同生態(tài)區(qū)的牡丹栽培品種間的遺傳差異相對較大。蘇雪等［７］應用隨機擴增多態(tài)性ＤＮＡ（ＲａｎｄｏｍａｍｐｌｉｆｉｅｄｐｏｌｙｍｏｒｐｈｉｃＤＮＡ，ＲＡＰＤ）技術對甘肅栽培紫斑牡丹品種的分類進行了研究，在１６個品種中共擴增出１２０個位點，其中１１４個位點呈多態(tài)性，４個位點具有品種專一性。Ｈｏｓｏｋｉ等［８］對中國和日本的1９個栽培牡丹品種的親緣關系進行了ＲＡＰＤ分析，供試品種聚類后被分為４組，但與經(jīng)典的葉型和花型的分類并不完全一致。對不同花色系的牡丹栽培品種進行的ＲＡＰＤ分析結(jié)果表明，在同一花色系內(nèi)的不同品種間和不同的花色系間都有較大的遺傳多態(tài)性，紅色系內(nèi)５個品種的親緣關系較近，而藍色系內(nèi)５個品種的親緣關系較遠［９］，來源相同且花色一致的牡丹品種之間的親緣關系相對較近，但產(chǎn)地來源對牡丹品種親緣關系的影響要大于對花色的影響［１０］。基于序列相關擴增多態(tài)性（Ｓｅｑｕｅｎｃｅ－ｒｅｌａｔｅｄａｍｐｌｉｆｉｅｄｐｏｌｙｍｏｒｐｈｉｓｍ，ＳＲＡＰ）標記對不同花色的牡丹栽培種的遺傳關系和遺傳多樣性的分析表明，１６個栽培種中遺傳關系相近的品種花色不同，ＵＰＧＭＡ聚類顯示花色相近的牡丹栽培品種親緣關系較近，說明不同花色的栽培牡丹有一定的遺傳相似性［１１］。Han等［１２］對來源于中國和日本的兩組芽變牡丹品種進行了ＳＲＡＰ分析和鑒定，發(fā)現(xiàn)二喬和洛陽紅共產(chǎn)生１４９個位點，多態(tài)性達８０．５％；Ｓｈｉｍａ－ｎｉｓｈｉｋｉ和Ｔａｉｙｏ共產(chǎn)生５７個位點，多態(tài)性為６３．２％；兩組芽變品種間共產(chǎn)生４３個相同的位點，聚類分析結(jié)果顯示中、日牡丹品種被分為兩組。

１．２牡丹野生種與栽培品種間親緣關系的研究

孟麗等［１３］對牡丹組的１１個野生類群和１２個栽培品種間的親緣關系進行了ＲＡＰＤ研究，結(jié)果顯示革質(zhì)花盤亞組的野生類群與栽培品種聚為一類，革質(zhì)花盤亞組各野生種與栽培品種之間的親緣關系都比較近，５個野生種與受試牡丹品種間的平均遺傳距離值為０．４８～０．５７，與牡丹栽培品種間的親緣關系由近到遠的順序為楊山牡丹（Ｐ．ｏｓｔｉｉ）、四川牡丹（Ｐ．ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔａ）、卵葉牡丹（Ｐ．ｑｉｕｉ）、紫斑牡丹（Ｐ．ｒｏｃｋｉｉ）、矮牡丹（Ｐ．ｊｉｓｈａｎｅｎｓｉｓ）。索志立等［１４-１６］對楊山牡丹、紫斑牡丹和牡丹栽培品種間的雜交后代進行了簡單重復序列區(qū)間（Ｉｎｔｅｒ－ｓｉｍｐｌｅｓｅｑｕｅｎｃｅｒｅｐｅａｔ，ＩＳＳＲ）標記分析，于雜交后代中檢測到了分別來自雙親的特征帶，在ＤＮＡ水平上證實了花瓣基部帶紫斑的栽培牡丹品種雜交起源的可能性。侯小改等［１７］發(fā)現(xiàn)革質(zhì)花盤亞組與栽培牡丹親緣關系從近到遠依次為楊山牡丹、矮牡丹、紫斑牡丹和卵葉牡丹，矮牡丹和卵葉牡丹有較近的親緣關系。

１．３牡丹野生種之間親緣關系的研究

裴顏龍等［１８］利用ＲＡＰＤ分子標記技術發(fā)現(xiàn)矮牡丹與紫斑牡丹２個種之間的平均差異是１０．３，矮牡丹的稷山居群個體與紫斑牡丹的洛陽居群個體之間的差異只有３．０，大部分引物擴增的結(jié)果完全一樣，說明兩者關系很近。袁濤［１９］對牡丹的遺傳多樣性進行了ＡＦＬＰ分子標記研究，結(jié)果表明野生牡丹的遺傳多樣性極高，矮牡丹、紫斑牡丹、楊山牡丹和四川牡丹聚類于革質(zhì)花盤亞組；黃牡丹（Ｐ．ｌｕｔｅａ）、狹葉牡丹（Ｐ．ｐｏｔａｎｉｎｉ）和大花黃牡丹（Ｐ．ｌｕｄｌｏｗｉｉ）聚類于肉質(zhì)花盤亞組；矮牡丹和紫斑牡丹親緣關系最近，狹葉牡丹和黃牡丹也較近，而大花黃牡丹和四川牡丹親緣關系則較遠。鄒喻蘋等［２０］利用ＲＡＰＤ分子標記對矮牡丹、紫斑牡丹、楊山牡丹、卵葉牡丹、四川牡丹、滇牡丹（Ｐ．ｄｅｌａｖａｙｉ）和大花黃牡丹７個種１５個居群的５９個供試樣品進行了分析，ＵＰＧＭＡ聚類結(jié)果表明每個野生種的所有個體都能各自聚為１支，種內(nèi)相似系數(shù)為０．６０～０．９０，參試的７個種能很好地分開，與文獻［3］所做的分類基本相符。趙宣等［２１］對采自１５個野生居群，代表牡丹組８個野生種的１５份材料的ＧＰＡＴ基因片段進行了ＰＣＲ－ＲＦＬＰ分析，構建的基因樹表明牡丹組種間關系與根據(jù)形態(tài)學證據(jù)提出的牡丹組的種間關系基本吻合。林啟冰等［２２］應用牡丹組全部野生種的Ａｄｈ基因序列分析了牡丹組種間親緣關系，結(jié)果表明牡丹組的８個種分為２個具有９０％以上自展值支持的單系分支，在革質(zhì)花盤亞組內(nèi)的６個種中，銀屏牡丹（Ｐ．ｓｕｆｆｒｕｔｉｃｏｓａｓｓｐ．ｙｉｎｐｉｎｇｍｕｄａｎ）巢湖居群與風丹聚在一起，矮牡丹、卵葉牡丹以及銀屏牡丹嵩縣居群聚在一起，紫斑牡丹與四川牡丹聚在一起；另外，從ＡｄｈｌＢ基因樹看圓裂四川牡丹（Ｐ．ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔａｓｓｐ．ｒｏｔｕｎｄｉｌｏｂａ）早于滇牡丹與大花黃牡丹聚在一起并得到很強的支持。

２芍藥分子標記研究

周紅濤等［２３］應用ＲＡＰＤ技術對芍藥野生種和栽培品種之間的遺傳關系進行了研究，結(jié)果表明ＲＡＰＤ擴增條帶的多態(tài)位點達８５．２６％，野生種芍藥的多態(tài)性高于藥用栽培群體及觀賞栽培群體的多態(tài)性，野生種芍藥與藥用群體之間遺傳距離最遠，藥用與觀賞群體之間的遺傳距離最近。郭先鋒等［２４］對５種芍藥野生種和２６個栽培品種之間的親緣關系進行了ＲＡＰＤ分析，結(jié)果表明２６個栽培品種間的遺傳背景相對一致，并與野生種芍藥（Ｐａｅｏｎｉａｌａｃｔｉｆｌｏｒａ）的遺傳基礎最為近密，與其他４種野生芍藥的遺傳差異則較大；栽培品種與野生芍藥的親緣關系由近到遠的順序為美麗芍藥（Ｐ．ｍａｉｒｅｉ）、草芍藥（Ｐ．ｏｂｏｖａｔａ）、川赤芍（Ｐ．ｖｅｉｔｃｈｉｉ）和塊根芍藥（Ｐ．ａｎｏｍａｌａ）；研究結(jié)果從分子水平揭示出中國芍藥品種群遺傳背景狹窄，利用野生近緣種改良現(xiàn)有芍藥品種具有廣闊空間。王淼等［２５］改進了芍藥ＩＳＳＲ反應體系，篩選出４對具有穩(wěn)定擴增結(jié)果的引物，對２２個芍藥栽培品種進行了親緣關系分析，聚類分析顯示供試芍藥品種可分為３個組，基于分子標記的聚類分析結(jié)果與基于形態(tài)學的聚類結(jié)果具有較強的相關性。于恒秀等［２６］對芍藥栽培品種進行了ＩＳＳＲ標記分析，結(jié)果顯示藍田碧玉與其余７個品種之間的親緣關系較遠，引物ＩＳＳＲ７和ＩＳＳＲ８擴增出的條帶數(shù)最多。胡文清等［２７］采用ＡＦＬＰ分子標記對中國芍藥代表居群——山西省交城縣崳嶺山居群半同胞家系進行了父本組成、繁殖適合度、花粉散布、代際間遺傳多樣性水平和空間遺傳結(jié)構的分析，結(jié)果表明芍藥作為一種異交植物花粉散布尺度小，受地理距離的影響顯著，花粉散布符合鄰近距離散布模式；遺傳多樣性水平不高，親本和子代之間的遺傳多樣性水平差別不明顯。

３芍藥屬栽培品種及雜交種的分子標記分析

中國科學院植物園牡丹課題組基于形態(tài)學觀察發(fā)現(xiàn)牡丹品種“和諧”趨向于芍藥形態(tài)且兼具牡丹的形態(tài)特征，推測其為牡丹芍藥組間雜交種，基于ＳＲＡＰ標記證明“和諧”具有牡丹、芍藥二者各自的特征條帶，從ＤＮＡ水平上證明了“和諧”為牡丹芍藥組間雜交種［２８］。Ｈａｏ等［２９］對２個牡丹芍藥組間雜交種、１３個牡丹品種及１４個芍藥品種進行了ＳＲＡＰ標記分析，產(chǎn)生了１９７個標記位點，其中１８７個位點顯示多態(tài)性，１６對擴增引物產(chǎn)生的３５個ＳＲＡＰ標記能夠把１４個芍藥栽培品種區(qū)分出來。

4 存在的問題及建議

目前基于分子標記對牡丹種質(zhì)親緣關系的研究較多，但對芍藥種質(zhì)親緣關系的研究報道相對較少；在研究中使用的分子標記也多為ＲＡＰＤ、ＡＦＬＰ、ＩＳＳＲ、ＳＲＡＰ等標記，許多新型分子標記技術尚未應用于牡丹、芍藥種質(zhì)的標記研究；由于牡丹、芍藥基因組測序尚未開展，目前尚無法開展牡丹、芍藥種質(zhì)的單核苷酸多態(tài)性（Ｓｉｎｇｌｅ nｕｃｌｅｏｔｉｄｅ pｏｌｙｍｏｒｐｈｉｓｍ，ＳＮＰ）標記研究；另外，基于分子標記的牡丹、芍藥種質(zhì)親緣關系的研究結(jié)果并不一致，或推導的分類結(jié)果與基于形態(tài)學數(shù)據(jù)得出的結(jié)果存在矛盾。因此，在今后的研究中，建議不斷加強對芍藥種質(zhì)親緣關系的研究力度，開發(fā)并應用更多新型的分子標記技術來開展牡丹、芍藥種質(zhì)的親緣關系研究，加大科研經(jīng)費投入力度，開展牡丹和芍藥基因組測序工程，從而為開展ＳＮＰ研究提供平臺；有機地將分子標記結(jié)果與細胞學性狀、表型性狀相結(jié)合，從而得出科學、合理、令人信服的牡丹、芍藥種質(zhì)的系統(tǒng)進化關系。相信隨著牡丹、芍藥基因組測序的完成及生物信息學、比較基因組學等新技術的不斷發(fā)展及其與分子標記技術的相互融合、相互滲透，基于分子標記的牡丹、芍藥種質(zhì)的親緣關系研究必將得到更為快速的發(fā)展。

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