37 個山西栽培棗樹品種（系）遺傳多樣性分析

武國平，馬光躍，陳紅玉，楊俊強，申仲妹

（山西農業大學園藝學院，山西太原030031）

棗樹是原產于我國的特有果樹，不僅是干、鮮兼用果樹樹種，更是重要的生態經濟和藥用植物樹種。山西省是棗樹資源大省，栽培歷史悠久，全省93 個區、縣均有棗樹分布，品種資源豐富，地方品種達100 多個[1]，但主栽品種僅有10 多個，特別是產區品種存在單一、有同質化的趨勢，給棗樹種質資源的保存、改良及育種帶來極大不利，危害著山西棗樹產業的發展[2-3]。因此，利用分子生物學手段，從分子水平研究山西主要栽培棗樹品種（系）的遺傳多樣性及相對親緣關系非常必要，為栽培棗種質創新及品種選育提供理論依據。

目前，國內學者先后采用 RAPD[4-6]、SSR[7]、ISSR[8-9]和AFLP[10-11]技術在棗樹品種（系）的遺傳關系方面進行研究，初步報道了棗樹群體的遺傳多樣性，但是關于山西主要栽培棗樹品種親緣關系的分析鮮有報道。SSR 標記具有多態性強、重復性好、操作簡單和共顯性遺傳等優點，覆蓋整個基因組[12]，被廣泛應用于作物種質資源遺傳多樣性及親緣關系研究。

本研究利用20 對多態性高的SSR 引物分析了37 個山西主要栽培棗品種（系）的親緣關系，旨在明確其間的遺傳差異及親緣關系，以期為山西主要栽培棗樹品種（系）鑒定和育種改良提供理論參考。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試的37 個棗樹品種（系）（表1），分別于2018 年9 月9 日至9 月13 日在山西省臨猗縣、稷山縣、萬榮縣、永和縣、柳林縣及山西省農業科學院果樹研究所國家棗種質資源圃采集。采集供試品種新梢頂部嫩葉，隨即放入盛有干燥硅膠的自封塑料袋中，置于車載冰箱中，當晚保存于-30 ℃冰箱待用。

表1 供試品種來源及編號

1.2 試驗方法

1.2.1 棗基因組DNA 的提取與檢測 利用液氮將葉片樣進行充分研磨后，使用TIANGEN 公司的植物基因組DNA 提取試劑盒對棗葉片樣進行DNA的提取。棗樣品DNA 提取結束后，檢測其濃度及質量：一是利用核酸蛋白檢測儀對棗DNA 濃度進行檢測，測定其 A260、A280、A230、A260/A280和 A260/A230的數值；二是通過1%的瓊脂糖凝膠電泳，測定棗樹樣品DNA 的質量。

1.2.2 棗SSR 引物篩選 通過閱讀相關文獻，并自行設計EST-SSR 引物，從中篩選出多態性較高、重復性好的棗SSR 引物，獲取其引物序列，并由上海生物工程技術有限公司合成。先選取棗8 個樣品DNA 為材料（編號 1、2、3、5、8、10、12），對所有合成的50 對棗SSR 引物進行PCR 擴增篩選，PCR 擴增體系是在10 μL 反應混合物中進行，其中包括1 μL 10×buffer 緩沖液，0.2 mmol/L dNTPs，0.4 mmol/L 引物，10 U/μL Taq-DNA 聚合酶，1 μL 模板 DNA，加入雙蒸餾水6.7 μL，最終獲得10 μL 體積的混合物。PCR 擴增程序為：95 ℃預變性 5 min，94 ℃變性40 s，53～58 ℃退火 50 s，72 ℃延伸 40 s，擴增循環35 次后72 ℃延長8 min。然后，在4 ℃下對樣本進行維護。得到PCR 擴增產物后，在1.5%的瓊脂糖凝膠電泳下進行電泳檢測。

1.2.3 毛細管電泳試驗 對所選的樣品進行SSRPCR 擴增，擴增產物用Fragment AnalyzerTM全自動毛細管電泳儀進行檢測。

1.3 數據統計分析

原始數據經Flexibin 程序修正后轉化成0，1 格式，建立原始矩陣[13]。SSR 引物位點多態性信息量PIC（Polymorphism information content）按公式（1）計算。

式中，PIC 表示位點 i 的 PIC 值，Pij表示位點 i的第j 個等位位點出現的頻率。

材料之間遺傳相似系數（Genetic similarity，GS）按NEI 等[14]的方法計算。采用POPGENE 1.32 軟件對各遺傳多樣性參數進行評估，并用UPGMA 方法進行聚類分析。

2 結果與分析

2.1 DNA 的提取及電泳檢測結果

對1、2 號等11 個樣品所提取的棗基因組DNA通過瓊脂糖凝膠電泳進行檢測（圖1），DNA 條帶清晰、明亮，說明DNA 完整性較好，對不符合要求的樣品進行第2 次重提。提取后利用核酸蛋白檢測儀對提取的DNA 純度進行檢測，結果顯示，100%的棗DNA 的 A260/A280值在 1.7～2.0，DNA 純度較好。

2.2 SSR 引物篩選結果

選取棗 8 個樣品 DNA 為材料（編號 1、2、3、5、8、10、12），對所合成的 50 對棗 SSR 引物進行篩選，引物篩選部分結果如圖2 所示。經過PCR 擴增，最優選出20 對擴增條帶清晰、穩定性好、多態性豐富的引物（表2）用于后續試驗。

表2 20 對棗SSR 引物信息

2.3 SSR 標記的多態性分析

利用20 對SSR 引物對37 個棗樹品種（系）進行遺傳多樣性分析。結果顯示（表3），檢測到375 個等位基因變異，平均每個位點檢測到等位變異數為18.75 個，變化范圍為11～31 個，位點多態性信息含量PIC 變化范圍為0.719～0.967，平均為0.913。以上數據表明，取自山西的37 個栽培棗樹品種（系）遺傳多樣性豐富。

2.4 供試棗樹的UPGMA 聚類分析

37 個栽培棗樹品種（系）的遺傳相似系數（GS）變幅為 0.795～0.917，平均 GS 值為 0.852。10 號（普通贊皇）和38 號（北京白棗）的GS 值最小，均為0.795，19 號（晉園晚紅）和 21 號（晉抗裂 4 號）的GS 值最大，均為 0.917。

以37 個栽培棗樹品種（系）的遺傳相似度為基礎，利用NTsys2.0 軟件，采用UPG2.4 聚類結果MA方法對其進行聚類，結果顯示（圖3），供試品種（系）在0.82～0.95 范圍內聚類，在0.83 處分為兩大類，其中，第Ⅰ類在相似系數0.86 處又可分成9 個亞類，第Ⅰ亞類含有15 個品種，分別為1 號（抗裂條棗）、7 號（蒲城晉棗）、8 號（保德油棗）、2 號（晉抗裂 5 號）、6 號（中陽木棗）、15 號（臨黃 1 號）、19 號（晉園晚紅）、26 號（永和普通條棗）、21 號（晉抗裂4 號）、27 號（晉園紅棗瘋病）、29 號（永和大條棗）、28 號（晉園紅）、10 號（贊皇大棗）、12 號（相棗）、30 號（晉抗裂3 號），第Ⅱ亞類含有45 號（婆婆棗）1 個品種，第Ⅲ亞類含有3 個品種，分別為16 號（佳縣脆木棗）、18 號（屯屯棗）、22 號（柳林木棗），第Ⅳ亞類含有3 個品種，分別為3 號（抗裂贊皇）、9 號（雞心酸棗）、5 號（板棗（大果）），第 V 亞類含有4 號（抗裂板棗）和 11 號（狗頭棗）2 個品種，第 VI亞類含有 13 號（稷山板棗）、14 號（俊棗）2 個品種，第 VII 亞類含有 31 號（蟠桃棗）1 個品種，第 VIII 亞類含有 32 號（冬棗）、46 號（晉冬棗）2 個品種，第VIIII 亞類含有35 號（團棗）1 個品種；第Ⅱ類含有7 個品種，分別為 33 號（宮棗）、38 號（北京白棗）、34 號（芒果冬棗）、37 號（冷白玉）、39 號（駿棗）、40 號（壺瓶棗）、36 號（官灘棗）。

表3 20 對SSR 引物等位變異數和PIC 值

3 結論與討論

SSR 標記在研究不同材料親緣關系、遺傳多樣性及其種質資源保護上具有很大的潛力，在棗樹及其他作物育種中已得到廣泛應用，并得到可靠的研究成果[15-18]。麻利穎等[19]利用12 對SSR 引物對36個棗品種進行分析，PIC 值變幅為0.62～0.85，平均為0.75。喇菲菲等[20]利用11 對SSR 引物對84 個棗品種進行遺傳多樣性分析，共檢測到37 個多態性位點，PIC 值變幅為0.19～0.67，平均為0.48。劉秀云等[21]利用從64 對SSR 引物中篩選出23 對高效率SSR 引物，在供試材料中共檢測出117 個多態性位點，PIC 值變幅為0.359～0.727，平均為0.548。通過比較位點多態性信息含量PIC 值指標，可以提出更加適宜栽培棗品種（系）SSR 分析的引物，對其遺傳多樣性分析提供理論依據，對于經濟有效和快速進行棗樹的分子生物學分析具有一定的指導意義[22]。本研究結果顯示，20 對SSR 引物所揭示的37 個山西主要栽培棗樹品種（系）等位變異數變化范圍為11～31 個，平均為18.75 個，位點多態性信息含量PIC 變化范圍為0.719～0.967，平均為0.913。表明，本研究從50 對SSR 標記中篩選到的20 對SSR 標記適宜于對栽培棗樹品種（系）的遺傳多樣性分析，能對學者們開展相關研究給予一定的參考。

本試驗利用SSR 分子標記對山西主要棗樹栽培品種的親緣關系進行了研究，37 個棗樹品種（系）的遺傳相似系數（GS）變幅為0.795～0.917，平均GS 值為0.852，在相似系數0.83 處可將供試品種（系）聚為2 大類，第Ⅰ類在相似系數0.86 處又可分為9 個亞類。說明山西主要棗樹栽培品種存在地區同質化現象，這也反映了在棗樹育種中的突出問題，一方面需要根據育種目標充分選擇利用種質資源，選用遺傳距離比較遠的親本進行雜交；另一方面應注重將繁多的棗樹品種進行引種收集，分類鑒定，注重棗樹資源保護。