紫蘇醇溶性種子蛋白遺傳多樣性分析

吳珊+舒曉霞+馬宗祥

摘 要：采用A-PAGE技術對來源于全國12個地區的13份紫蘇材料的醇溶性種子蛋白進行了檢測。結果發現：紫蘇材料的醇溶性蛋白具有豐富的等位變異，共分離出10條遷移率不同的譜帶；每份材料可分別電泳出2～9條譜帶，平均4.6條；2條電泳條帶為所有材料共有。因此，紫蘇醇溶性種子蛋白可作為評價紫蘇遺傳多樣性的生化標記。不同紫蘇材料的遺傳相似系數（GS）變異范圍為0.56～1.000，平均值為0.751。聚類結果表明，在GS值為0.751的水平上供試材料聚為2大類，其親緣關系遠近與地理來源關系不大。

關鍵詞：紫蘇；醇溶蛋白；遺傳多樣性；聚類分析；A-PAGE

中圖分類號：S567.219 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170533024

紫蘇（Perilla frutescens （L.）Britton），別名紅蘇、回回蘇、赤蘇，是唇形科紫蘇屬一年生草本植物[1]。紫蘇是日常生活當中常用的一種中草藥，也是一種食材，也是一種油料植物。我國種植紫蘇已經有2000多年的歷史，紫蘇的種植在我們國家的分布十分廣泛，我國對紫蘇的研究主要集中在藥用方面，通過分析紫蘇的化學成分來提煉相應的藥物，紫蘇中含有多種對人體有益的化學物質，比如萜類、黃酮及其甙類、類脂類，花青素及多糖等。紫蘇嫩枝及葉或種子可以入藥。

醇溶蛋白是一類種子貯藏蛋白，這種種子貯藏蛋白的存在幾乎不受自然環境的影響，其差異性是由遺傳基因決定的[4，5]。植物種子醇溶性蛋白的酸性聚丙烯酰胺凝膠電泳（A-PAGE）分析已廣泛應用于植物的遺傳育種、種質資源的鑒定、種子純度的檢驗、植物的起源與演化等方面[6]。近年來，研究者利用形態學、同源克隆、SRAP和ISSR標記等技術對紫蘇的主要營養成分、生理作用和遺傳多樣性方面進行了研究，然而尚未見到利用A-PAGE技術對紫蘇種子醇溶性蛋白遺傳多樣性進行研究的報道。因此，本研究利用A-PAGE方法對紫蘇種子的醇溶性蛋白進行研究分析，以進一步了解紫蘇貯藏蛋白的遺傳多樣性，為紫蘇品質和遺傳穩定性的深入研究奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 供試材料

13份紫蘇種子，分別來源于全國12個地區，其中7份為野生紫蘇， 6份為人工栽培種。其中1號金堂栽培種、10號重慶豐都栽培種、11號重慶彭水栽培種，由四川西金地有限責任公司提供（表1）。10號重慶豐都栽培種、11號重慶彭水栽培種均來源于日本品種經馴化多年后栽培使用。

1.2 A-PAGE檢測

具體步驟和方法參考劉仁建等人的報道，每份供試材料重復2～3次試驗，并隨機選擇材料4份，每份取10粒種子進行重復檢驗[7-9]。電泳后，按照條帶的有無統計記錄每個材料，存在條帶時賦值為1，反之賦值為0。按Nei的方法計算材料間的遺傳相似系數GS， GS=2Nij/（Ni + Nj），其中Ni為i號材料出現的條帶數，Nj為j號材料出現的條帶數。利用GS值按不加權成對群算數平均法（UPGMA）進行遺傳相似性聚類分析。統計分析在NTSYSpc2.1系統下進行。

2 結果與分析

2.1 醇溶性蛋白標記的多態性

本次實驗均在同等電泳條件下進行，重復檢驗結果顯示，除個別材料出現未用于統計分析的極弱譜帶外，所有材料電泳圖譜均表現一致。

紫蘇種子A-PAGE電泳檢測結果（圖1）表明，13份來源不同的供試材料中出現9種不同的電泳圖譜，每份材料均出現了2～9條比較清晰的帶紋，平均值為4.6條，所有材料均有2條共有帶，共分離出了10條遷移率不同的醇溶性蛋白帶紋，其中有6條帶紋分布在電泳圖譜的下端，即快速電泳區（A區）；而其余4條帶紋集中在圖譜上端，即慢速電泳區（B區）。發現，9條電泳圖譜中有6條屬于13份材料中的6份材料單獨擁有的一種特異圖譜，而其余出現的3種圖譜則由剩余的7份材料中的某2份或者3份共有。結果表明，供試材料在醇溶蛋白位點上遺傳多態性較高，遺傳差異較大。

2.2 醇溶性蛋白遺傳相似系數

利用研究中的A-PAGE數據，計算遺傳相似系數GS。其變異范圍為0.56～1.000，平均值0.751，進一步表明了供試材料具有非常豐富的醇溶性蛋白遺傳多態性。

2.3 聚類分析

采用UPGMA法[10]對13份紫蘇材料間的種子醇溶性蛋白遺傳相似系數進行聚類分析（見圖2）。聚類分析結果表明，13份供試材料在GS值為0.751水平上聚為2大類，第Ⅰ類為1、4、5、6、12、13號材料，第Ⅱ類為2、3、7、8、9、10、11號材料。2大類中兼有野生種與栽培種，其中第Ⅱ類中包括10、11號來自日本的重慶地區的馴化種。

3 討論

大量的研究證實，醇溶性蛋白多樣性在很多植物上都能夠很好地評價物種的遺傳多樣性。劉仁建、官玲亮等人先后采用A-PAGE技術分析了來自不同國家的紅花材料的醇溶蛋白遺傳多樣性，證實了可以將醇溶蛋白帶型作為評價紅花資源遺傳多樣性的工具。鄧傳良等人研究發現，紅花種子醇溶蛋白多態性較高，可以作為紅花品種鑒定的一個指標。王仕玉等人采用ISSR分子標記技術對云南16份紫蘇資源的遺傳多樣性進行了分析，發現云南紫蘇資源的遺傳多樣性程度較高。蔡順順等人研究發現SRAP技術可用于紫蘇不同材料之間遺傳關系的研究。

本研究中，采用A-PAGE技術分析了全國12個地區的13份紫蘇材料的種子醇溶性蛋白遺傳多樣性，結果表明，紫蘇種子的醇溶性蛋白多態性較高，在醇溶蛋白位點上具有豐富的遺傳多樣性，醇溶性種子蛋白可作為評價紫蘇遺傳多樣性的生化標記。研究將來自全國12個地區的13份紫蘇材料在遺傳相似系數0.751水平上聚為兩類，聚類結果與其地理來源并不完全一致。紫蘇醇溶蛋白遺傳多樣性是否與其地理來源具有相關性，需要進一步擴大供試材料的種類及地理來源范圍，進一步開展更深入的研究。

今后的研究中，應進一步加強紫蘇品種資源的收集紫蘇品種資源，并對其研究整理，了解其差異，才能充分挖掘其潛力，才能同時結合國外紫蘇品種資源，培育出更加優質、高產的紫蘇品種，促進我國藥用植物種質資源研究的發展。

參考文獻

[1]李錫文.中國植物志[M].北京：科學出版社，1977.

[2]張洪，黃建韶，趙東海.紫蘇營養成份的研究[J].食品與機械，2006，22（02）：41-43.

[3]彭小平，熊勁松.我國紫蘇產業化研究現狀與展望[J].安徽農業科學，2010，38（16）： 8709-8711.

[4]Metakovsky E V.Gliadin allele identification in common wheat Ⅱ. Catalogue of gliadin alleles in common wheat [J].J Genat Breed，1991（45）：325-344.

[5]Metakovsk E V， Novoselskaya A Y，Sozinov A A.Genetic analysis of gliadin components in winter wheat using two-dimensional polyacrylamide gel electrophoresis[J].Theory Applied Genet，1984（69）：31-37.

[6]馬德偉，高鎖柱，孫嵐，等.辣椒遺傳性的種子醇溶蛋白電泳研究[J].園藝學報，1995，22（03）：297-298.

[7]馬德偉，高鎖柱，張彥萍.甜瓜種子蛋白質電泳檢測遺傳純度的應用研究[J].中國西瓜甜瓜，1996（02）：10-13.

[8]張志娥.石思信.肖建平，等.人參、西洋參種子醇溶蛋白電泳分析[J].特產研究，1995（04）：13-16.

[9]張彥萍，劉海河，賈兵國，等.利用種子醇溶蛋白指紋圖譜鑒定蔥蒜類蔬菜品種純度的研究[J].種子，2004，23（05）：12-13，31.

[10]劉仁建，吳衛，鄭有良，等.紅花種子醇溶蛋白遺傳多樣性分析[J].中國油料作物學報，2006，28（02）：109-114.