張婉潔+何德+李翠新+李季+
摘要:采用ISSR分子標(biāo)記技術(shù)對云南省大姚縣、瑞麗市和四川省木里縣的41株野生香菇(Lentinula edodes)菌株進行DNA聚類分析,利用NTSYS軟件對其遺傳多樣性進行聚類分析。結(jié)果表明,利用18個引物對41個野生香菇菌株的DNA進行ISSR-PCR擴增,共擴增出162條清晰的DNA片段。聚類分析結(jié)果表明,相似水平在62%左右時,41株野生香菇菌株分為3個類群,各地香菇資源存在較豐富的遺傳多樣性且與地域無明顯相關(guān)性。
關(guān)鍵詞:香菇(Lentinula edodes);ISSR;遺傳多樣性;DNA聚類分析
中圖分類號:S646.1+2;Q503文獻標(biāo)識碼:A文章編號:0439-8114(2014)09-2093-04
Genetic Diversity of Wild Lentinula edodes from Three Places of
Southwestern China Based on ISSR-PCR
ZHANG Wan-jie, HE De, LI Cui-xin, LI Ji
(College of Life Science, Southwest Forestry University, Kunming 650224, China)
Abstract: The DNA fingerprinting of 41 wild strains of Lentinula edodes from three places Dayao country, Ruili country of Yunnan province and Muli country of Sichuan province were identified with ISSR-POR. The genetic diversity were analyzed by NTSYS-PC software. The results showed that 162 distinct DNA bands were produced from 18 pairs of primers. The results of clustering analysis showed that 41 strains were divided into 3 groups at similarity of 62%, implying that the wild strains of L.edodes had great genetic diversity and there was no obvious correlation with the geographical location.
Key words:Lentinula edodes;ISSR;genetic diversity;DNA clustering analysis
香菇(Lentinula edodes)是一種可食用的大型木腐擔(dān)子菌[1],具有較高的營養(yǎng)價值和藥用價值。含有高蛋白、多糖、低脂肪等諸多的營養(yǎng)[2,3],這使得香菇成為世界上產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度最快的菇類[3]。我國幅員遼闊、氣候復(fù)雜、地形多變、香菇野生品種繁多,但是由于分化程度低、形態(tài)差異小,要以形態(tài)特征為依據(jù)難以對品種進行有效鑒定;栽培規(guī)模的迅速擴大和自然生境的逐漸減少,迫切需要加快香菇種質(zhì)資源的研究,加緊對野生香菇進行遺傳多樣性研究。
ISSR分子標(biāo)記技術(shù)(Inter-simple sequence repeat, ISSR)于1994年由Zietkiewicz等[4]提出,利用在真核生物基因組中經(jīng)常出現(xiàn)的簡單重復(fù)序列本身來設(shè)計引物進行PCR擴增[5]。ISSR分子標(biāo)記己應(yīng)用于研究植物種內(nèi)遺傳變異、種間遺傳變異[6]、品種鑒定[7,8]、遺傳作圖[9]和居群遺傳學(xué)[10]等研究中,在遺傳多樣性和親緣關(guān)系[11]研究中的應(yīng)用更為廣泛。本研究利用ISSR分子標(biāo)記技術(shù)對西南地區(qū)的云南省瑞麗市、大姚縣和四川省木里縣的野生香菇進行了遺傳多樣性分析,以期能客觀反映香菇屬真菌的親緣關(guān)系和地理變遷情況。
1材料與方法
1.1供試菌株
供試41個香菇菌株的編號、采集地點等詳見表1。
1.2方法和步驟
1.2.1基因組DNA的提取將低溫保存的41個野生香菇菌種接種于PDA斜面培養(yǎng)基上,26 ℃培養(yǎng) 7~10 d?;罨笥媒臃N針挑取試管斜面培養(yǎng)基上邊緣處生長較旺盛的菌塊,接種到液體培養(yǎng)基中,于室溫下靜置培養(yǎng)1個月后,用濾紙收集香菇菌絲體,用吸水紙吸干,參照 CTAB法[12]并作改良以提取其DNA,于-20 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>
1.2.2 ISSR-PCR擴增擴增反應(yīng)的體系為15 μL,包含PCR緩沖液1.5 μL、25 mmol/L MgCl2 1.2 μL、2.5 mmol/L dNTPs 1.2 μL、10 μmol/L引物0.3 μL、Ex-Taq DNA聚合酶(大連寶生物工程有限公司)0.075 μL、0.001 μg/mL模板1 μL,最后用去離子水將總體積補至15 μL。
ISSR-PCR反應(yīng)程序為:94 ℃預(yù)變性4 min;94 ℃變性30 s,48~55 ℃范圍內(nèi)退火30 s,72 ℃延伸108 s,33個循環(huán);最后72 ℃延伸10 min,4 ℃保存。
1)引物篩選。以41株野生香菇菌株為DNA模板,通過TM值比較,對P1~P27號引物進行分組和初篩選,TM值相近的為一組,篩選出清晰、重復(fù)性好、多態(tài)性高的PCR擴增引物。
2)ISSR-PCR 條件優(yōu)化。由于ISSR 標(biāo)記易受 PCR 條件的影響,因此需對PCR擴增反應(yīng)進行優(yōu)化。
退火溫度的優(yōu)化:使用引物P14和P20對8104菌株模板進行PCR擴增,篩選最佳退火溫度。擴增反應(yīng)在梯度 PCR 儀(Bio-Rad Laboratories, Inc公司)上進行,設(shè)最小溫度為 47.3 ℃,最大溫度為55.3 ℃,自動形成8個溫度梯度,分別為55.3、54.9、54.0、52.4、50.5、48.9、47.9、47.3 ℃。
鎂離子濃度的優(yōu)化:使用引物P14對8104菌株模板進行PCR擴增來優(yōu)化鎂離子濃度,Mg2+濃度的優(yōu)化范圍為1.6~2.5 mmol/L(即MgCl2的用量為 0.96~1.5 μL),Mg2+濃度設(shè)10個梯度,分別為1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5 mmol/L 。
3)PCR擴增及產(chǎn)物檢測。用優(yōu)化后的反應(yīng)體系(表2)和篩選出來的18個引物(表3)進行ISSR-PCR擴增。PCR 擴增后,?。?μL的PCR 擴增產(chǎn)物加少量6×Loading buffer,于濃度為1.0%的瓊脂糖凝膠(含0.5 μg/mL的EB)上電泳,并于BIO RAD Gel DocTM XR+凝膠成像系統(tǒng)成像。
1.2.3數(shù)據(jù)分析利用凝膠系統(tǒng)成像軟件把條帶信息轉(zhuǎn)化為0-1矩陣。即對所有引物的電泳條帶進行記錄,在相同位置出現(xiàn)條帶的記為1,無條帶的記為0。然后采用NTSYS軟件進行遺傳相似性聚類分析,繪制樹狀聚類圖。
2結(jié)果與分析
2.1DNA的提取
將所采41個野生香菇菌株用CTAB法進行DNA的提取,結(jié)果見圖1。如圖1所示,得到的野生香菇菌株DNA約23 130 bp,且DNA電泳條帶清晰,DNA的純度、濃度及產(chǎn)率都比較高,無降解,適用于ISSR分子標(biāo)記分析。
2.2ISSR-PCR擴增結(jié)果
用篩選得到的18個引物對所有供試菌株進行ISSR-PCR擴增,擴增產(chǎn)物用1.0%的瓊脂糖凝膠電泳檢測,所測結(jié)果見圖2、3。如圖2、3所示,可以看到同一引物對不同的香菇菌株擴增后所得到的DNA條帶清晰度和多態(tài)性均很高,說明所建立的ISSR-PCR反應(yīng)體系適合野生香菇菌株的PCR擴增,可用于遺傳多樣性分析。經(jīng)統(tǒng)計,18個引物對41個野生香菇菌株擴增后,共檢測到162條條帶,多態(tài)性條帶為162條,多態(tài)率為100%。
2.3聚類分析結(jié)果
根據(jù)ISSR-PCR分析結(jié)果,采用NTSYS軟件進行聚類分析,得到41個野生香菇菌株的ISSR聚類分析圖(圖4),供試的41個野生香菇菌株相似系數(shù)為0.60~0.85。其中8041和8043號野生香菇菌株的相似系數(shù)達到了0.85以上,說明它們的遺傳背景極為相似,而且兩者的采集地都來自云南省大姚縣,因此可能是相同的菌株,存在同物異名的可能性。在相似系數(shù)0.62左右,41個野生香菇菌株可以分為三大類,其中8127、8110、8135號3個野生香菇菌株聚為一類(Ⅲ),都來源于四川省木里縣,8110號野生香菇來自于木里縣列瓦鄉(xiāng)三村,8127和8135號野生香菇都來自木里縣集市;聚為第二類(Ⅱ)的菌株有4個:8080、8077、8139、8079號野生香菇菌株,除了8139號野生香菇來自四川省木里縣集市,其余3個均來自云南省瑞麗市;其他34個野生香菇菌株聚為第一類(Ⅰ),其中云南省的香菇有9個,四川省的香菇有25個,說明這些菌株的遺傳背景相似,親緣關(guān)系比較近。
聚類結(jié)果還表明,地理位置來源相同的野生香菇菌株分布在不同的ISSR聚類中,比如第一類中包含了來自木里縣、大姚縣和瑞麗市的菌株,反映出這3個地方的菌株不同地理群體間差異不大,而第二類中包含了瑞麗市和木里縣的菌株,和第一類情況相同,說明ISSR聚類分析與菌株的不同地理來源之間無明顯的相關(guān)性。
3討論
遺傳多樣性一般是指種內(nèi)的遺傳差異水平,反映一個物種適應(yīng)環(huán)境的能力以及其被改造和利用的潛力[13]。本試驗中,41個野生香菇菌株的遺傳相似系數(shù)為0.60~0.85,在不同的聚類分組中,遺傳相似系數(shù)也存在一定的差異,這些差異可能是野生香菇對環(huán)境的適應(yīng)所造成的,分析表明同一地區(qū)不同的野生香菇菌株間遺傳差異很大,反映出了豐富的群體內(nèi)的遺傳多樣性。這與王子迎等[14]、趙曉清等[15]的研究結(jié)論一致。
Xu等[16]的研究結(jié)果表明,作為香菇的起源地之一,我國是重要的野生香菇種質(zhì)資源中心,不同區(qū)域的菌株間存在著較大的遺傳差異。本研究對四川省木里縣和云南省瑞麗市、大姚縣3個地區(qū)41個野生香菇菌株的ISSR遺傳多樣性分析表明,3個地區(qū)間野生香菇菌株存在混雜現(xiàn)象,不同地理位置的群體并沒有表現(xiàn)出地理隔離的差異。
參考文獻:
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[12] 王藝紅,林俊芳,張煒陽,等.食用菌DNA提取方法研究[J].食用菌,2008(3):18-20.
[13] 馬文輝,何平.RAPD標(biāo)記在植物系統(tǒng)進化研究中的應(yīng)用[J].西南師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),1999,24(4):482-491.
[14] 王子迎,王書通.安徽野生香菇遺傳多樣性及雜種優(yōu)勢的ISSR分析[J].菌物學(xué)報,2006,25(2):211-216.
[15] 趙曉清,王波,王一,等.利用ISSR分析野生蘑菇與雙孢蘑菇的遺傳多樣性[J].四川大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2009,46(4):1130-1134.
[16] XU X F,LIN A Z,CHEN S M,et a1. Reappraisal of phylogenetic status and genetic diversity analysis of Asian populations of Lentinula edodes[J]. Progress in Natural Science,2006,16(3):274-280.
2結(jié)果與分析
2.1DNA的提取
將所采41個野生香菇菌株用CTAB法進行DNA的提取,結(jié)果見圖1。如圖1所示,得到的野生香菇菌株DNA約23 130 bp,且DNA電泳條帶清晰,DNA的純度、濃度及產(chǎn)率都比較高,無降解,適用于ISSR分子標(biāo)記分析。
2.2ISSR-PCR擴增結(jié)果
用篩選得到的18個引物對所有供試菌株進行ISSR-PCR擴增,擴增產(chǎn)物用1.0%的瓊脂糖凝膠電泳檢測,所測結(jié)果見圖2、3。如圖2、3所示,可以看到同一引物對不同的香菇菌株擴增后所得到的DNA條帶清晰度和多態(tài)性均很高,說明所建立的ISSR-PCR反應(yīng)體系適合野生香菇菌株的PCR擴增,可用于遺傳多樣性分析。經(jīng)統(tǒng)計,18個引物對41個野生香菇菌株擴增后,共檢測到162條條帶,多態(tài)性條帶為162條,多態(tài)率為100%。
2.3聚類分析結(jié)果
根據(jù)ISSR-PCR分析結(jié)果,采用NTSYS軟件進行聚類分析,得到41個野生香菇菌株的ISSR聚類分析圖(圖4),供試的41個野生香菇菌株相似系數(shù)為0.60~0.85。其中8041和8043號野生香菇菌株的相似系數(shù)達到了0.85以上,說明它們的遺傳背景極為相似,而且兩者的采集地都來自云南省大姚縣,因此可能是相同的菌株,存在同物異名的可能性。在相似系數(shù)0.62左右,41個野生香菇菌株可以分為三大類,其中8127、8110、8135號3個野生香菇菌株聚為一類(Ⅲ),都來源于四川省木里縣,8110號野生香菇來自于木里縣列瓦鄉(xiāng)三村,8127和8135號野生香菇都來自木里縣集市;聚為第二類(Ⅱ)的菌株有4個:8080、8077、8139、8079號野生香菇菌株,除了8139號野生香菇來自四川省木里縣集市,其余3個均來自云南省瑞麗市;其他34個野生香菇菌株聚為第一類(Ⅰ),其中云南省的香菇有9個,四川省的香菇有25個,說明這些菌株的遺傳背景相似,親緣關(guān)系比較近。
聚類結(jié)果還表明,地理位置來源相同的野生香菇菌株分布在不同的ISSR聚類中,比如第一類中包含了來自木里縣、大姚縣和瑞麗市的菌株,反映出這3個地方的菌株不同地理群體間差異不大,而第二類中包含了瑞麗市和木里縣的菌株,和第一類情況相同,說明ISSR聚類分析與菌株的不同地理來源之間無明顯的相關(guān)性。
3討論
遺傳多樣性一般是指種內(nèi)的遺傳差異水平,反映一個物種適應(yīng)環(huán)境的能力以及其被改造和利用的潛力[13]。本試驗中,41個野生香菇菌株的遺傳相似系數(shù)為0.60~0.85,在不同的聚類分組中,遺傳相似系數(shù)也存在一定的差異,這些差異可能是野生香菇對環(huán)境的適應(yīng)所造成的,分析表明同一地區(qū)不同的野生香菇菌株間遺傳差異很大,反映出了豐富的群體內(nèi)的遺傳多樣性。這與王子迎等[14]、趙曉清等[15]的研究結(jié)論一致。
Xu等[16]的研究結(jié)果表明,作為香菇的起源地之一,我國是重要的野生香菇種質(zhì)資源中心,不同區(qū)域的菌株間存在著較大的遺傳差異。本研究對四川省木里縣和云南省瑞麗市、大姚縣3個地區(qū)41個野生香菇菌株的ISSR遺傳多樣性分析表明,3個地區(qū)間野生香菇菌株存在混雜現(xiàn)象,不同地理位置的群體并沒有表現(xiàn)出地理隔離的差異。
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[13] 馬文輝,何平.RAPD標(biāo)記在植物系統(tǒng)進化研究中的應(yīng)用[J].西南師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),1999,24(4):482-491.
[14] 王子迎,王書通.安徽野生香菇遺傳多樣性及雜種優(yōu)勢的ISSR分析[J].菌物學(xué)報,2006,25(2):211-216.
[15] 趙曉清,王波,王一,等.利用ISSR分析野生蘑菇與雙孢蘑菇的遺傳多樣性[J].四川大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2009,46(4):1130-1134.
[16] XU X F,LIN A Z,CHEN S M,et a1. Reappraisal of phylogenetic status and genetic diversity analysis of Asian populations of Lentinula edodes[J]. Progress in Natural Science,2006,16(3):274-280.
2結(jié)果與分析
2.1DNA的提取
將所采41個野生香菇菌株用CTAB法進行DNA的提取,結(jié)果見圖1。如圖1所示,得到的野生香菇菌株DNA約23 130 bp,且DNA電泳條帶清晰,DNA的純度、濃度及產(chǎn)率都比較高,無降解,適用于ISSR分子標(biāo)記分析。
2.2ISSR-PCR擴增結(jié)果
用篩選得到的18個引物對所有供試菌株進行ISSR-PCR擴增,擴增產(chǎn)物用1.0%的瓊脂糖凝膠電泳檢測,所測結(jié)果見圖2、3。如圖2、3所示,可以看到同一引物對不同的香菇菌株擴增后所得到的DNA條帶清晰度和多態(tài)性均很高,說明所建立的ISSR-PCR反應(yīng)體系適合野生香菇菌株的PCR擴增,可用于遺傳多樣性分析。經(jīng)統(tǒng)計,18個引物對41個野生香菇菌株擴增后,共檢測到162條條帶,多態(tài)性條帶為162條,多態(tài)率為100%。
2.3聚類分析結(jié)果
根據(jù)ISSR-PCR分析結(jié)果,采用NTSYS軟件進行聚類分析,得到41個野生香菇菌株的ISSR聚類分析圖(圖4),供試的41個野生香菇菌株相似系數(shù)為0.60~0.85。其中8041和8043號野生香菇菌株的相似系數(shù)達到了0.85以上,說明它們的遺傳背景極為相似,而且兩者的采集地都來自云南省大姚縣,因此可能是相同的菌株,存在同物異名的可能性。在相似系數(shù)0.62左右,41個野生香菇菌株可以分為三大類,其中8127、8110、8135號3個野生香菇菌株聚為一類(Ⅲ),都來源于四川省木里縣,8110號野生香菇來自于木里縣列瓦鄉(xiāng)三村,8127和8135號野生香菇都來自木里縣集市;聚為第二類(Ⅱ)的菌株有4個:8080、8077、8139、8079號野生香菇菌株,除了8139號野生香菇來自四川省木里縣集市,其余3個均來自云南省瑞麗市;其他34個野生香菇菌株聚為第一類(Ⅰ),其中云南省的香菇有9個,四川省的香菇有25個,說明這些菌株的遺傳背景相似,親緣關(guān)系比較近。
聚類結(jié)果還表明,地理位置來源相同的野生香菇菌株分布在不同的ISSR聚類中,比如第一類中包含了來自木里縣、大姚縣和瑞麗市的菌株,反映出這3個地方的菌株不同地理群體間差異不大,而第二類中包含了瑞麗市和木里縣的菌株,和第一類情況相同,說明ISSR聚類分析與菌株的不同地理來源之間無明顯的相關(guān)性。
3討論
遺傳多樣性一般是指種內(nèi)的遺傳差異水平,反映一個物種適應(yīng)環(huán)境的能力以及其被改造和利用的潛力[13]。本試驗中,41個野生香菇菌株的遺傳相似系數(shù)為0.60~0.85,在不同的聚類分組中,遺傳相似系數(shù)也存在一定的差異,這些差異可能是野生香菇對環(huán)境的適應(yīng)所造成的,分析表明同一地區(qū)不同的野生香菇菌株間遺傳差異很大,反映出了豐富的群體內(nèi)的遺傳多樣性。這與王子迎等[14]、趙曉清等[15]的研究結(jié)論一致。
Xu等[16]的研究結(jié)果表明,作為香菇的起源地之一,我國是重要的野生香菇種質(zhì)資源中心,不同區(qū)域的菌株間存在著較大的遺傳差異。本研究對四川省木里縣和云南省瑞麗市、大姚縣3個地區(qū)41個野生香菇菌株的ISSR遺傳多樣性分析表明,3個地區(qū)間野生香菇菌株存在混雜現(xiàn)象,不同地理位置的群體并沒有表現(xiàn)出地理隔離的差異。
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