基于SSR標記的菠蘿種質DNA指紋圖譜構建

王健勝　賀軍虎　陳華蕊　陳業淵

摘 要 以來自9個國家或地區的26份菠蘿種質為材料，利用SSR標記進行了DNA指紋圖譜的構建。篩選出多態性高、穩定性好的8對SSR引物共檢測到35個多態性位點，每對引物的多態性位點數平均為4.38，引物的多態性條帶百分比平均高達92.92%，PIC值介于0.26～0.39之間，平均為0.33。利用這8對SSR引物構建了26份菠蘿種質的指紋圖譜，并對菠蘿種質做遺傳相似性分析和聚類分析。結果表明，菠蘿種質遺傳相似系數分布在0.421～0.974之間，平均為0.689，26份菠蘿種質在遺傳相似系數0.633處被劃分為3類。該研究結果將為菠蘿種質鑒定、分類及分子育種提供重要科學依據。

關鍵詞 菠蘿；SSR；指紋圖譜

中圖分類號 S668.3 文獻標識碼 A

Abstract DNA fingerprints were constructed for 26 pineapple lines originated from nine countries or regions based on SSR marker. Totally， 35 polymorphic alleles were detected using eight SSR primers with the higher polymorphism and the better stability， with an average 4.38 polymorphic alleles for each primer. For SSR primers， the percentages of polymorphic bands to total producing bands reached 92.92%， and the polymorphism information content values varied from 0.26 to 0.39 with an average of 0.33. DNA fingerprints were constructed for 26 pineapple germplasms with the eight SSR primers. The genetic similarity analysis and cluster analysis were also conducted for these pineapple lines， and the genetic similarities coefficient among pineapple lines ranged from 0.421 to 0.974 with an average of 0.689. The 26 pineapple germplasms were divided into three groups at the genetic similarities coefficient of 0.633. These results would provide an important scientific basis for pineapple germplasm identification， classification and molecular breeding of pineapple.

Key words Pineapple； SSR marker； DNA fingerprint

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2015.07.015

菠蘿[Ananas comosus（L.）Merr]屬鳳梨科鳳梨屬，是一種重要的多年生熱帶水果。菠蘿起源于南美洲，中國菠蘿種植是在國外菠蘿引種的基礎上逐步發展起來的。一直以來，中國引進了大量的菠蘿種質，而圍繞這些種質有效利用及保護方面開展的研究甚少，加之國內外菠蘿種質交流的日益頻繁，使中國菠蘿種植及培育體系較為混亂，因此，開展菠蘿種質相關研究已迫在眉睫。

在菠蘿種質研究中，不同菠蘿種質的有效區分是進行菠蘿遺傳育種、栽培、種質資源保護等其它研究的重要基礎，而基于傳統表型性狀進行菠蘿種質研究已表現出越來越多的缺點。利用分子標記技術進行DNA指紋圖譜構建是目前植物種質研究中最為有效的手段，其已在水稻[1]、棉花[2]、棗[3]、玫瑰[4]、木薯[5]、火龍果[6]等植物中得到了較為廣泛的應用。目前，多種類型分子標記，如AFLP[7]、RAPD[8]、ISSR[9]、SSR[10]、SRAP[11]等已被有效用于植物DNA指紋圖譜構建中，其中SSR標記技術由于其具有共顯性好、多態性豐富、穩定性好且適合自動化分析等優點而被廣泛采用，因此，國際植物新品種保護聯盟（UPOV）在2005年擬定的分子測試指南中將SSR確定為構建DNA指紋圖譜的首選標記。雖然部分分子標記已逐步應用于菠蘿研究中，但至今有關菠蘿DNA指紋圖譜構建的報道甚少[12]。基于此，本研究利用SSR技術構建了中國26份菠蘿種質的DNA指紋圖譜，以期為菠蘿種質的分子鑒定、保護和科學利用提供有效技術支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗所利用的26份菠蘿種質材料來源于世界上9個不同國家或區域（表1），主要包括中國臺灣、中國海南、中國廣州、巴西、日本、印度尼西亞、泰國、哥斯達黎加、毛里求斯。試驗材料由中國熱帶農業科學院熱帶作物品種資源研究所提供。

1.2 方法

1.2.1 DNA提取 每份材料隨機選取10～15個單株幼嫩葉片等量混合，采用改良的SDS法[13]混合提取基因組總DNA，經紫外分光光度計測定濃度后，稀釋至適合工作濃度，備用。

1.2.2 SSR標記檢測 PCR擴增反應在Eppendorf PCR擴增儀上完成，SSR引物見表2。PCR反應總體積為20 μL，包括1.0 μL基因組DNA（40 ng），2.0 μL引物（20 mmol/L），2.5 μL 10×PCR緩沖液（含Mg2+），2.5 μL底物dNTPs（2.5 mmol/L），1.0 μL Taq酶（2 U/μL）和11 μL ddH2O。

SSR-PCR擴增程序：94 ℃ 2.5 min；94 ℃ 45 s，55 ℃ 45 s，72 ℃ 1 min，35個循環；最后72 ℃ 8 min。擴增產物用6%的聚丙烯酰胺凝膠進行電泳檢測，待凝膠自然風干后進行帶型統計。

1.3 數據統計及分析

以0、1統計SSR擴增帶型，在相同遷移率位置上，有帶記為“1”，無帶記為“0”，并建立分子數據矩陣。計算多態性位點百分率P/%=（k/n）×100，其中k是多態位點數，n為所測位點總數。SSR位點的多態性信息量（PIC）按如下公式計算：PIC=1-ΣPi2，式中Pi表示第i個等位位點出現的頻率。利用NTSYS-pc2.10軟件通過非加權平均法（UPMGA）計算菠蘿種質間的遺傳相似系數。

2 結果與分析

2.1 多態性引物的篩選及分析

利用表型性狀差異較大的2個菠蘿材料，即MD2和臺農14，對73個菠蘿SSR引物進行了篩選，從中篩選出擴增位點豐富、帶型清晰穩定的多態性引物20個，選率為27.39%。為了提高指紋圖譜構建的效率，研究又從20個多態性引物中選取8個綜合表現較好的引物用于菠蘿指紋圖譜構建，這8個SSR引物詳見表3。從表3可以看出，SSR引物擴增的等位位點數分布在3～6個之間，平均為4.75個，多態性位點數目為3～6個，平均為4.38個；同時可以看出，SSR引物多態性位點百分比都較高，除AY098521、CO730888外，其它引物的多態性百分比都達到了100%，平均達到了92.92%。8個SSR引物的多態性信息量較高，其變化范圍為0.26～0.39，平均為0.33。其中引物DT338091對26份菠蘿種質的擴增情況見圖1。

以上分析結果表明，所選用的8個SSR引物綜合表現都較好，比較適合進行菠蘿種質DNA指紋圖譜的構建。

2.2 菠蘿種質遺傳相似性分析

利用8個SSR引物對菠蘿種質進行了分子檢測，以此為基礎對菠蘿種質作遺傳相似性分析（表4）。26份菠蘿種質間遺傳相似系數的差異較大，其變化范圍是0.421～0.974，平均為0.689。在所有菠蘿種質中，來自哥斯達黎加的MD2分別與來自泰國的Phuket、來自日本的Soft-Touch、來自毛里求斯的Victoria間，以及來自臺灣的金菠蘿與Phuket、Victoria間的遺傳相似系數最小，只有0.421，說明其親緣關系相對較遠。另一方面，Bogoul與Honey-Bright，早熟香水與Perola，密寶與臺農16，新品系-1與早熟香水、Perola，印尼無刺與新品系、早熟香水、Perola，以及Cacaine與密寶、臺農16間的遺傳相似系數最大，達到了0.974，表明其親緣關系相對較近。從26份菠蘿種質間遺傳相似系數的平均表現來看，中國菠蘿種質的遺傳異質性相對較好。

2.3 菠蘿種質DNA指紋圖譜的構建

利用多態性位點豐富且帶型清楚的SSR引物進行了菠蘿種質DNA指紋圖譜的構建，為了提高DNA指紋圖譜的準確度和精確度，本研究共選用了8個SSR引物，不同菠蘿種質DNA指紋圖譜詳細信息見表5。從表5可以看出，8個SSR引物擴增共產生了35個有效基因位點，這35個位點在不同菠蘿種質間具有很大的差異，利用其可以有效的將26份菠蘿種質進行區分。研究同時發現，利用多態性位點比較豐富的單個SSR引物，如DT338091、DT336561，也可以將部分菠蘿種質進行區分，但由于其區分精度相對較差，因此會導致菠蘿種質間區分準確性的下降，而不同引物多個有效基因位點的結合將會獲得較為準確的結果。

2.4 不同菠蘿種質聚類分析

基于SSR標記檢測獲得的Nei's遺傳相似系數，構建了26份菠蘿種質的遺傳聚類分析圖，結果見圖2所示。從圖2可見，根據遺傳關系的遠近，將26份菠蘿種質大致可被劃分為3個類群，即類群Ⅰ、類群Ⅱ和類群Ⅲ，其中，第Ⅰ類群包含4個菠蘿種質，分別來自4個不同的地區，即泰國、毛里求斯、中國廣州和中國臺灣；構成第Ⅱ類群的菠蘿種質數量最多，共有20個，這些菠蘿種質包括來自日本的4個、印度尼西亞的3個、巴西的1個、中國臺灣的8個、中國海南的2個和中國云南的2個；第Ⅲ類群共包括2個菠蘿種質，分別來自中國臺灣和哥斯達黎加。

3 討論與結論

與其它主要農作物相比，菠蘿基因組研究較為滯后，而國外內開展菠蘿SSR標記開發的研究甚少[15-16]。雖然SSR標記數量較少，但本研究獲得了較為滿意的引物篩選結果，在選擇的可用于DNA指紋圖譜構建的8個核心引物中，多數引物的多態性條帶百分比均達到了100%，引物多態性條帶百分比平均也達到了92.92%。SSR引物擴增的等位位點也較為豐富，其數目分布在3～6之間，這種較理想篩選結果可能與研究所用菠蘿材料存在一定的相關性，本研究的26份菠蘿種質來自世界上9個不同的國家或地區，而種質來源地廣泛性在一定程度上決定了種質群體的異質性。本研究的SSR標記擴增位點數目與童和林等[12]研究結果存在一定差異，其利用的SSR標記擴增位點達到了8～15個，造成這種差異的原因是多方面的，與SSR引物篩選、研究材料差異及帶型統計等都可能有關，SSR引物的選擇不僅要考慮其擴增位點的多少，更要注意該引物在所有研究材料中的擴增效果，如果只具有較多擴增位點但在部分材料中擴增效果不好的SSR引物也不能選作目標SSR引物，同時研究材料不同也是導致SSR標記擴增位點差異的因素之一，另外，SSR擴增帶型統計標準的不同也會影響擴增位點數量，本研究只對SSR引物擴增的主帶進行了統計。

在菠蘿DNA指紋圖譜構建方面，不同SSR引物也表現出了不同的特性，一般來說，擴增等位位點越多的引物其區分不同菠蘿種質的能力相對更強，但通過單個SSR引物構建的指紋圖譜無論是在種質區分度還是準確性方面都會較低，而多個核心引物的聯合無疑是構建DNA指紋圖譜的有效途徑，當然它也是目前植物DNA指紋圖譜構建普遍采用的基本策略。本研究利用8個核心SSR引物，構建了菠蘿種質較為理想的DNA指紋圖譜，8個SSR引物所產生的35個有效基因位點可對26份菠蘿種質進行準確有效的區分。另外，本研究認為，在菠蘿DNA構建中，選用SSR標記的數量也甚為關鍵，因為其不僅影響著DNA指紋圖譜的準確性和有效性，它也決定著所能區分菠蘿種質的數量，而SSR標記數量的確定主要取決于單個SSR標記擴增多態性位點的多少，對某一特定數量菠蘿種質而言，單個SSR標記擴增位點越多，DNA指紋圖譜構建中選用的SSR標記數量則越少。與童和林等[12]研究相比，本研究菠蘿DNA指紋圖譜構建中選用的引物數量較多，其主要原因就是由于本研究所利用的SSR標記有效多態性位點數量較低。

在利用SSR標記構建菠蘿種質DNA指紋圖譜的同時，本研究也對26份菠蘿種質間的親緣關系作了初步探討。從聚類結果可以看出，密寶、臺農16和Cacaine間的親緣關系很近，這與其系譜關系基本符合，由于密寶和臺農16都來自對同一父母本雜交后代個體的選擇，即Cacaine和roguh，該結果也與竇美安等[17]利用SRAP對菠蘿種質的分析結果基本一致。來自中國廣東的徐利與Phuket、Victoria和臺農4號被聚在一起，表明這4個種質間具有較近的親緣關系，徐利很可能來自對其余3個種質中某2個種質雜交后代的選擇或者對某個種質天然變異單株的選擇。新種質新品系-1與早熟香水的遺傳相似系數較高，為0.974，在聚類分析中也被聚為一類，這表明兩種質間具有很近的親緣關系，新品系-1很可能來自對早熟香水后代或變異單株的篩選培育。本研究中部分菠蘿種質聚類分析結果與利用AFLP[18]、SCoT[19]等其它類型分子標記的分析結果基本一致。從遺傳相似系數來看，26份菠蘿種質的遺傳相似系數較低，平均為0.689，表明供試菠蘿種質的遺傳異質性較好，下一步應加強部分優良種質在菠蘿育種中的有效利用研究。

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