基于荧光SSR标记的紫薇遗传多样性分析

doi:10.12302/j.issn.1000-2006.202203038

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南京林业大学学报（自然科学版） ›› 2023, Vol. 47 ›› Issue (2): 61-69.doi: 10.12302/j.issn.1000-2006.202203038

基于荧光SSR标记的紫薇遗传多样性分析

王芝懿¹^,²(), 李振芳², 彭婵², 陈英¹^,^*(), 张新叶²^,^*()

1.南京林业大学林学院,江苏南京 210037
2.湖北省林业科学研究院,湖北武汉 430075

收稿日期:2022-03-20 修回日期:2022-05-06 出版日期:2023-03-30 发布日期:2023-03-28
通讯作者: * 陈英(ychen@njfu.edu.cn),副教授,负责论文修改;张新叶(1641135733@qq.ocm),研究员,负责选题与实验指导。
基金资助:
湖北省自然科学基金项目(2018CFB703)

Genetic diversity analysis of Lagerstroemia indica based on fluorescent SSR markers

WANG Zhiyi¹^,²(), LI Zhenfang², PENG Chan², CHEN Ying¹^,^*(), ZHANG Xinye²^,^*()

1. College of Forestry, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China
2. Huibei Academy of Forestry, Wuhan 430075, China

Received:2022-03-20 Revised:2022-05-06 Online:2023-03-30 Published:2023-03-28

摘要/Abstract

摘要：

【目的】以收集的239份紫薇属(Lagerstroemia)种质和1份黄薇属(Heimia)种质为材料,开展种质种间特征分析和紫薇种内资源的遗传多样性分析,为进一步优化紫薇种质资源收集保存及合理利用提供科学依据。【方法】基于16对荧光引物鉴定样品基因型,利用GeneMarker软件进行基因型数据的读取;对239份紫薇属种质和1份黄薇属种质进行特征位点分析;并利用Popgene、Cervus、NTSYS和GenAlEx软件对227份紫薇种质进行遗传多样性参数估算、聚类分析和主成分分析。【结果】紫薇(L. indica)种内的特征位点信息最为丰富,其中15个引物所体现出的特征位点信息中,紫薇都有其独特的位点区别于其他6个种,而在福建紫薇(L. limii)、川黔紫薇(L. excelsa)和尾叶紫薇(L. caudata)中也有部分特异的特征位点是紫薇中没有的;16对紫薇SSR荧光引物共检测出143个等位基因,平均每个位点有8.938个等位基因,平均有效等位基因数(N_e)为3.600,Shannon’s信息指数(I)均值为1.459,观测杂合度(H_o)均值为0.577,期望杂合度(H_e)均值为0.687,Nei’s基因遗传多样性指数(H)均值为0.685,平均多态信息指数(PIC)为0.648,表明参试紫薇种质资源遗传多样性比较丰富;聚类结果显示参试紫薇种质分为10个组群,其中美国引进紫薇种质、湖北野生紫薇种质相对独立聚集成不同组群;主坐标分析显示这10个组群大致可分为3个区域,其中湖北的野生紫薇种质、美国引进种质分别相对聚集在一起。【结论】利用SSR标记可以有效地反映出紫薇种质资源间的遗传多样性,可为进一步优化紫薇种质资源收集保存、构建核心种质及创制新品种、合理开发利用提供科学依据。

关键词: 紫薇, 遗传多样性, SSR, 聚类分析

Abstract:

【Objective】 In this study, 239 germplasms of Lagerstroemia and one germplasm of Heimia were used to analyze the interspecific characteristics and genetic diversity of germplasm resources within L. indica, providing a scientific basis for collection, conservation and rational utilization of germplasm resources.【Method】 Genotypes of samples were identified based on 16 pairs of fluorescent primers; genotypes were read by the GeneMarker software. The characteristic loci of 239 germplasms of L. indica and one germplasm of H. myrtifolia were analyzed. The POPGENE, Cervus, NTSYS and GenAlEx software were used to estimate genetic diversity parameters, the cluster analysis and principal corrdinate analysis of 227 L. indica germplasms. 【Result】 Characteristic loci information of L. indica was the most abundant. Among the characteristic loci information reflected by 15 primers, L. indica all had unique loci that were different from the other six species, and some specific characteristic loci were not found in L. limii, L. excelsa and L. caudata. A total of 143 alleles were detected by 16 pairs of SSR(simple sequence repeat) fluorescent primers; there was an average of 8.938 alleles per locus and the average number of alleles per locus (N_e) was 3.600; Shannon’s Information Index (I) was 1.459, the average observed heterozygosity (H_o) was 0.577, the average expected heterozygosity (H_e) was 0.687, the average value of Nei’s genetic diversity index (H) was 0.685, and the average polymorphism information (PIC) in primers was 0.648. From the genetic diversity of 227 L. indica. based on the genetic distance between samples, a genetic cluster map was drawn and the samples were divided into 10 groups. The L. indica germplasm introduced from United States and wild L. indica germplasm from Hubei were relatively independent and clustered into different groups. The cluster analysis showed that L. indica germplasms were divided into 10 groups, among which the imported L. indica germplasm from the United States and the wild L. indica germplasm from Hubei were clustered into different groups. The principal corrdinate analysis showed that the 10 groups could be roughly divided into three regions, among which the wild L. indica germplasm from Hubei Province and the germplasm introduced from the United States were relatively clustered together.【Conclusion】 SSR markers can effectively reflect genetic diversity among L. indica germplasm resources, and can further optimize the collection and preservation of L. indica germplasm resources, build the core germplasm, create new varieties and provide a scientific basis for the rational development and utilization.

Key words: Lagerstroemia indica, genetic diversity, simple sequence repeat (SSR), clustering analysis

中图分类号:

S722

王芝懿,李振芳,彭婵,等. 基于荧光SSR标记的紫薇遗传多样性分析[J]. 南京林业大学学报（自然科学版）, 2023, 47(2): 61-69.

WANG Zhiyi, LI Zhenfang, PENG Chan, CHEN Ying, ZHANG Xinye. Genetic diversity analysis of Lagerstroemia indica based on fluorescent SSR markers[J].Journal of Nanjing Forestry University (Natural Science Edition), 2023, 47(2): 61-69.DOI: 10.12302/j.issn.1000-2006.202203038.

图/表 9

表1

图1

表2

16个位点上的不同等位基因特征谱带信息"

样本 sample	特征谱带/bp characteristic band
样本 sample	P10	P11	P13	P19	P1	P27	P32	P39	P3	P42	P43	P45	P49	P50	P51	P6
黄薇 Heimia myrtifolia			169			114、136、 139		344	125、140				168	212		159、181
大花紫薇 L. speciosa	168、179		165、173	249	205、219	120、142	278、287	344、349	125	308、314	281	196	148、166、 168	212	262	187
屋久岛紫薇 L. fauriei	154、168、	326	169、177	263	219、226	114、139	278	344、349	140、172	314	281、297	194、196	166、168	212	250、264	153、159
福建紫薇 L. limii	166、176^**		173	239^**	211、213	111、120	287	348^**	127、159	290	295	181^**	184、188	220	248	153
川黔紫薇 L. excelsa	158、168		169、177	233^**	201^**	136	281	328^**	133、140	290、296	295	194、198	176、178	210、212		155、157^**
尾叶紫薇 L. caudata	158、162、 164、168、 170、172^**	300^**、312	165、169、 177	229^、 230^、 237^**	203^、 206^、 217^、 218^、 223^**、 226	108^、 114、117^、 130^**	269^**、 275、278、 284	333^、 335、336、 337^、 340^、 345^	115、119^、 121^、 123^、 129^、 131^**、 140、147、 153	292、302、 308	295、297、 299	194、196、 198	174、178、 180^**	212	250、251、 253、259^**	149^、 155、 157^、 161^**
紫薇 L. indica	154、158、 160^、162、 164、166、 168、170、 177^、179	304^、312、 314^、316^、 322^、326、 328^*	161^、165、 169、 173、 177、 185^	243^、245^、246^、248^、249、254^、256^、257^、261^、263、265^、271^、273^*	202^、205、207^、211、 213、 215^*、 219、 226	111、 114、 120、 123^、 133^、 136、 139、 142、 149^、 158^	275、 278、 281、 284、 287	322^、330^、331^、332^、335、 336、339^、344、346^、349、350^、352^	115、125、 127、133、 137^、140、142^、145^、147、 153、157^、159、161^、167^、172、174^*	290、294^、296、 302、304^、308、310^、314、317^、394^*	281、 283^、 295、 297、 299、 303、 304^	184^*、194、196、 198	140^、 148、 166、 168、 170^、 174、 176、 178、 182^*、 184、 188	208^、210、 212、214^、220、 232^*	248^、250、 251、 253、256^、262、263^、264、265^、266^*	151、153、 155、159、 175^、181、 185^、187

表2

表3

图2

表4

表5

表6

图3

参考文献 29

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引物名称 primer	上游引物序列 forward primer	下游引物序列 reverse primer	产物大小/bp length	重复基元 repeat motif	退火温度/℃ annealing temperature
P1	AGAGAAAGAGAGGAGCGGGAGT	ACCTTCTTCCCCAATTCAATCC	213	(GT)6GC(GT)6	55.0
P3	GGTGGAGATGCTAACAAGCAAG	GGATTTTTGCTGTAGGGTGATT	161	(TG)16	55.0
P6	ACATGGCTCCCATCACACAG	CAGGGGATTCTTGTTTTGCTTT	160	(AC)6	55.0
P10	ACGGTAGATAAGGTGAGC	GGTTTCGTATCGTCGTAG	166	(CT)9T(CTGT)GT(CTGT)4	52.0
P11	TACTGGGTATCCGTTTCT	ACAGGTGCATTTACTTCC	317	(CT)6CC(CT)12	50.0
P13	GGGAATTTGGGATATGGA	TAAAGAAACGACCGAGCC	179	(AAAG)5	52.0
P19	TAGTCCATTCATGTCAAG	GGATTCACCAAACTACTT	246	(AG)14	52.0
P27	GTCTCACTCTCTCAACTCAAGGGC	TGAGAAAGAATTTTTCCTGAACCG	137	(TCT)6	55.0
P32	CCCAAGTTCAACAAATCTCC	ATCGTTTCCTGGCGTCT	279	(GAA)6GAG(GAA)3	56.0
P39	GATGGGTTTGGCTCTGC	GTCCTCCTCACTTGTTTCC	348	(AG)17	54.0
P42	GGACTGTGAAGGGCTGTG	ACGGAAGTAGGGACCAAA	297	(GGA)5	53.5
P43	AAGTCAAGTAGTTAGCAAGT	AACATAAACAGCCAGAGT	282	(TC)6	46.2
P45	CTTCGGTTCTTTCTTAGTG	GTGATTTGCTTGCCTTGA	200	(AG)6	48.5
P49	ATGCCCGACTTCCACCAA	CAACGGATGTCCTTCACC	169	(CT)7	50.8
P50	AAGGAGTTGGTGAGGGAA	AGAAGGAAGCAAGGCAGA	208	(TC)9	50.1
P51	CGGGACTCGCTCAGAGGACA	CTTCGCCGCTGCGTTTCA	248	(TCT)5	57.3

位点 locus	N_a	N_e	I	H_o	H_e	H	多态信息指数PIC
P10	10	4.698	1.760	0.753	0.789	0.787	0.758
P11	7	3.387	1.371	0.375	0.706	0.705	0.656
P13	6	3.241	1.357	0.634	0.693	0.692	0.643
P19	13	4.449	1.746	0.630	0.777	0.775	0.744
P1	8	4.002	1.536	0.643	0.752	0.750	0.709
P27	10	4.002	1.641	0.674	0.752	0.750	0.719
P32	5	1.578	0.724	0.374	0.367	0.366	0.339
P39	12	4.629	1.744	0.727	0.786	0.784	0.753
P3	16	3.719	1.884	0.789	0.733	0.731	0.715
P42	10	4.978	1.760	0.687	0.801	0.799	0.772
P43	7	2.361	1.121	0.520	0.578	0.576	0.537
P45	4	2.470	1.002	0.326	0.596	0.595	0.524
P49	11	2.041	1.155	0.327	0.511	0.510	0.481
P50	6	2.817	1.214	0.496	0.647	0.645	0.586
P51	10	2.933	1.376	0.537	0.661	0.659	0.621
P6	8	6.297	1.959	0.744	0.843	0.841	0.823
均值 mean	8.938	3.600	1.459	0.577	0.687	0.685	0.648

来源 source	自由度 df	平方和 SS	均方 MS	估计方差 estimated variance	总变异百分比/% percentage of total variation
组群间 between groups	9	468.986	52.110	1.237	21
个体间 between individuals	217	976.219	4.499	0.000	0
个体内 within the individual	227	1 047.500	4.615	4.615	79
总体 total	453	2 492.705		5.851	100

组群 group	A	B	C	D	E	F	G	H	I	J
A	—	0.706	0.802	0.619	0.779	0.509	0.611	0.599	0.753	0.300
B	0.348	—	0.497	0.472	0.491	0.383	0.325	0.393	0.640	0.261
C	0.221	0.699	—	0.722	0.794	0.633	0.685	0.713	0.623	0.402
D	0.480	0.752	0.326	—	0.668	0.451	0.459	0.456	0.457	0.488
E	0.249	0.712	0.231	0.403	—	0.460	0.510	0.653	0.577	0.346
F	0.675	0.961	0.457	0.795	0.776	—	0.453	0.406	0.476	0.338
G	0.493	1.124	0.378	0.778	0.673	0.793	—	0.435	0.484	0.385
H	0.512	0.935	0.338	0.785	0.426	0.901	0.833	—	0.457	0.281
I	0.284	0.447	0.474	0.783	0.550	0.743	0.726	0.782	—	0.294
J	1.205	1.343	0.911	0.717	1.062	1.085	0.954	1.270	1.223	—

基于荧光SSR标记的紫薇遗传多样性分析

Genetic diversity analysis of Lagerstroemia indica based on fluorescent SSR markers

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组群 group	种质数量 germplasm quantity	全同胞种质 (美国) full sib germplasm (USA)	半同胞种质 (美国) half sib germplasm (USA)	品种 (美国) variety (USA)	野生紫薇 (中国湖北) wild crape myrtle (Hubei, China)	杂交种质 (中国国内) hybrid germplasm (China)	品种 (中国国内) variety (China)
A	90	17	38	16	4	2	13
B	38	1	28	7	1	1
C	38		1	3	32		2
D	32				32
E	7				1		6
F	2				2
G	5		1		2		2
H	2				1		1
I	10	1		4		3	2
J	3				3

[1]	张金光, 宋安琪, 夏天禹, 赵兵. 社区生活圈视角下城市公园绿地暴露水平测度[J]. 南京林业大学学报（自然科学版）, 2023, 47(3): 191-198.
[2]	王欢利, 严灵君, 黄犀, 王仲伟, 汤诗杰. 南京椴群体遗传多样性和遗传结构分析[J]. 南京林业大学学报（自然科学版）, 2023, 47(1): 145-153.
[3]	冯一宁, 李因刚, 祁铭, 周鹏燕, 周琦, 董乐, 徐立安. 基于SSR标记的福建省闽楠代表性群体遗传多样性分析[J]. 南京林业大学学报（自然科学版）, 2022, 46(4): 102-108.
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[6]	陈含, 王东升, 白冰, 李佳凤, 陈可心, 程蓓蓓. 21份木槿栽培品种表型多样性评价[J]. 南京林业大学学报（自然科学版）, 2022, 46(3): 117-126.
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组群 group	种质数量 germplasm quantity	全同胞种质 (美国) full sib germplasm (USA)	半同胞种质 (美国) half sib germplasm (USA)	品种 (美国) variety (USA)	野生紫薇 (中国湖北) wild crape myrtle (Hubei, China)	杂交种质 (中国国内) hybrid germplasm (China)	品种 (中国国内) variety (China)
A	90	17	38	16	4	2	13
B	38	1	28	7	1	1
C	38		1	3	32		2
D	32				32
E	7				1		6
F	2				2
G	5		1		2		2
H	2				1		1
I	10	1		4		3	2
J	3				3

组群 group	种质数量 germplasm quantity	全同胞种质 (美国) full sib germplasm (USA)	半同胞种质 (美国) half sib germplasm (USA)	品种 (美国) variety (USA)	野生紫薇 (中国湖北) wild crape myrtle (Hubei, China)	杂交种质 (中国国内) hybrid germplasm (China)	品种 (中国国内) variety (China)
A	90	17	38	16	4	2	13
B	38	1	28	7	1	1
C	38		1	3	32		2
D	32				32
E	7				1		6
F	2				2
G	5		1		2		2
H	2				1		1
I	10	1		4		3	2
J	3				3