2023年基于分子标记的牡丹芍药种质亲缘关系研究进展.docx

基于分子标记的牡丹、芍药种质亲缘关系研究进展 ：综述了基于分子标记的牡丹〔Ｐａｅｏｎｉａ Ｓｅｃｔ． Ｍｏｕｔａｎ〕、芍药〔Ｐａｅｏｎｉａ Ｓｅｃｔ． Ｐａｅｏｎｉａ〕种质亲缘关系研究进展，提出了研究中存在的问题及相应的建议，以便为说明牡丹、芍药种质的分类、起源及进化，牡丹、芍药新品种培育及产业化开发应用奠定根底。 关键词：牡丹〔Ｐａｅｏｎｉａ Ｓｅｃｔ． Ｍｏｕｔａｎ〕；芍药〔Ｐａｅｏｎｉａ Ｓｅｃｔ． Ｐａｅｏｎｉａ〕；种质；分子标记；亲缘关系 中图分类号：Ｓ６８２．１＋２ 文献标识码：Ａ 文章编号：0439－８114〔２０12〕13－2657-03 牡丹是芍药科〔Ｐａｅｏｎｉａｃｅａｅ〕芍药属〔Ｐａｅｏｎｉａ Ｌ．〕牡丹组〔Ｓｅｃｔ． Ｍｏｕｔａｎ〕的落叶灌木植物，芍药为芍药科芍药属芍药组〔Ｓｅｃｔ． Ｐａｅｏｎｉａ〕的多年生草本植物，两者均为重要的欣赏性植物和资源植物。牡丹在我国被尊称为“花中之王〞，其欣赏栽培历史悠久，唐、明、清皆以牡丹为国花，其身价之高无与伦比［１-４］。芍药花朵硕大，色彩艳丽，有芳香气味，是中国的传统名花，其华美堂皇可与牡丹相媲美，被誉为“花相〞［１，２，４］。分子标记技术是继形态标记、细胞标记和生化标记之后开展起来的一种较为理想的遗传标记形式，基于ＤＮＡ直接揭示物种的遗传差异性，具有不受环境影响、标记数量多、多态性高、有许多标记表现为共显性或中性等优点［５］。本文综述了基于分子标记的牡丹、芍药种质亲缘关系研究进展，并提出了研究中存在的问题及建议，以便为牡丹、芍药新品种培育及产业化开发应用提供理论根底。 １ 牡丹分子标记研究 １．１ 牡丹栽培品种间亲缘关系的研究 侯小改等［６］基于扩增片段长度多态性〔Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ ｆｒａｇｍｅｎｔ ｌｅｎｇｔｈ ｐｏｌｙｍｏｒｐｈｉｓｍ，ＡＦＬＰ〕标记对３０份牡丹栽培品种进行了遗传多样性研究，分析显示其多态性高达８６％，品种之间的相似系数分布在０．５２～０．８３之间，聚类分析说明多数来源地相同的牡丹栽培品种表现出较为密切的亲缘关系，来源自不同生态区的牡丹栽培品种间的遗传差异相对较大。苏雪等［７］应用随机扩增多态性ＤＮＡ〔Ｒａｎｄｏｍ ａｍｐｌｉｆｉｅｄ ｐｏｌｙｍｏｒｐｈｉｃ ＤＮＡ，ＲＡＰＤ〕技术对甘肃栽培紫斑牡丹品种的分类进行了研究，在１６个品种中共扩增出１２０个位点，其中１１４个位点呈多态性，４个位点具有品种专一性。Ｈｏｓｏｋｉ等［８］对中国和日本的1９个栽培牡丹品种的亲缘关系进行了ＲＡＰＤ分析，供试品种聚类后被分为４组，但与经典的叶型和花型的分类并不完全一致。对不同花色系的牡丹栽培品种进行的ＲＡＰＤ分析结果说明，在同一花色系内的不同品种间和不同的花色系间都有较大的遗传多态性，红色系内５个品种的亲缘关系较近，而蓝色系内５个品种的亲缘关系较远［９］，来源相同且花色一致的牡丹品种之间的亲缘关系相对较近，但产地来源对牡丹品种亲缘关系的影响要大于对花色的影响［１０］。基于序列相关扩增多态性〔Ｓｅｑｕｅｎｃｅ－ｒｅｌａｔｅｄ ａｍｐｌｉｆｉｅｄ ｐｏｌｙｍｏｒｐｈｉｓｍ，ＳＲＡＰ〕标记对不同花色的牡丹栽培种的遗传关系和遗传多样性的分析说明，１６个栽培种中遗传关系相近的品种花色不同，ＵＰＧＭＡ聚类显示花色相近的牡丹栽培品种亲缘关系较近，说明不同花色的栽培牡丹有一定的遗传相似性［１１］。Han等［１２］对来源于中国和日本的两组芽变牡丹品种进行了ＳＲＡＰ分析和鉴定，发现二乔和洛阳红共产生１４９个位点，多态性达８０．５％；Ｓｈｉｍａ－ｎｉｓｈｉｋｉ和Ｔａｉｙｏ共产生５７个位点，多态性为６３．２％；两组芽变品种间共产生４３个相同的位点，聚类分析结果显示中、日牡丹品种被分为两组。 １．２ 牡丹野生种与栽培品种间亲缘关系的研究 孟丽等［１３］对牡丹组的１１个野生类群和１２个栽培品种间的亲缘关系进行了ＲＡＰＤ研究，结果显示革质花盘亚组的野生类群与栽培品种聚为一类，革质花盘亚组各野生种与栽培品种之间的亲缘关系都比拟近，５个野生种与受试牡丹品种间的平均遗传距离值为０．４８～０．５７，与牡丹栽培品种间的亲缘关系由近到远的顺序为杨山牡丹〔Ｐ． ｏｓｔｉｉ〕、四川牡丹〔Ｐ． ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔａ〕、卵叶牡丹〔Ｐ． ｑｉｕｉ〕、紫斑牡丹〔Ｐ． ｒｏｃｋｉｉ〕、矮牡丹〔Ｐ． ｊｉｓｈａｎｅｎｓｉｓ〕。索志立等［１４-１６］对杨山牡丹、紫斑牡丹和牡丹栽培品种间的杂交后代进行了简单重复序列区间〔Ｉｎｔｅｒ－ｓｉｍｐｌｅ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｒｅｐｅａｔ，ＩＳＳＲ〕标记分析，于杂交后代中检测到了分别来自双亲的特征带，在ＤＮＡ水平上证实了花瓣基部带紫斑的栽培牡丹品种杂交起源的可能性。侯小改等［１７］发现革质花盘亚组与栽培牡丹亲缘关系从近到远依次为杨山牡丹、矮牡丹、紫斑牡丹和卵叶牡丹，矮牡丹和卵叶牡丹有较近的亲缘关系。 １．３ 牡丹野生种之间亲缘关系的研究 裴颜龙等［１８］利用ＲＡＰＤ分子标记技术发现矮牡丹与紫斑牡丹２个种之间的平均差异是１０．３，矮牡丹的稷山居群个体与紫斑牡丹的洛阳居群个体之间的差异只有３．０，大局部引物扩增的结果完全一样，说明两者关系很近。袁涛［１９］对牡丹的遗传多样性进行了ＡＦＬＰ分子标记研究，结果说明野生牡丹的遗传多样性极高，矮牡丹、紫斑牡丹、杨山牡丹和四川牡丹聚类于革质花盘亚组；黄牡丹〔Ｐ． ｌｕｔｅａ〕、狭叶牡丹〔Ｐ． ｐｏｔａｎｉｎｉ〕和大花黄牡丹〔Ｐ． ｌｕｄｌｏｗｉｉ〕聚类于肉质花盘亚组；矮牡丹和紫斑牡丹亲缘关系最近，狭叶牡丹和黄牡丹也较近，而大花黄牡丹和四川牡丹亲缘关系那么较远。邹喻苹等［２０］利用ＲＡＰＤ分子标记对矮牡丹、紫斑牡丹、杨山牡丹、卵叶牡丹、四川牡丹、滇牡丹〔Ｐ． ｄｅｌａｖａｙｉ〕和大花黄牡丹７个种１５个居群的５９个供试样品进行了分析，ＵＰＧＭＡ聚类结果说明每个野生种的所有个体都能各自聚为１支，种内相似系数为０．６０～０．９０，参试的７个种能很好地分开，与文献［3］所做的分类根本相符。赵宣等［２１］对采自１５个野生居群，代表牡丹组８个野生种的１５份材料的ＧＰＡＴ基因片段进行了ＰＣＲ－ＲＦＬＰ分析，构建的基因树说明牡丹组种间关系与根据形态学证据提出的牡丹组的种间关系根本吻合。林启冰等［２２］应用牡丹组全部野生种的Ａｄｈ基因序列分析了牡丹组种间亲缘关系，结果说明牡丹组的８个种分为２个具有９０％以上自展值支持的单系分支，在革质花盘亚组内的６个种中，银屏牡丹〔Ｐ． ｓｕｆｆｒｕｔｉｃｏｓａ ｓｓｐ． ｙｉｎｐｉｎｇｍｕｄａｎ〕巢湖居群与风丹聚在一起，矮牡丹、卵叶牡丹以及银屏牡丹嵩县居群聚在一起，紫斑牡丹与四川牡丹聚在一起；另外，从ＡｄｈｌＢ基因树看圆裂四川牡丹〔Ｐ． ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔａ ｓｓｐ． ｒｏｔｕｎｄｉｌｏｂａ〕早于滇牡丹与大花黄牡丹聚在一起并得到很强的支持。 ２ 芍药分子标记研究 周红涛等［２３］应用ＲＡＰＤ技术对芍药野生种和栽培品种之间的遗传关系进行了研究，结果说明ＲＡＰＤ扩增条带的多态位点达８５．２６％，野生种芍药的多态性高于药用栽培群体及欣赏栽培群体的多态性，野生种芍药与药用群体之间遗传距离最远，药用与欣赏群体之间的遗传距离最近。郭先锋等［２４］对５种芍药野生种和２６个栽培品种之间的亲缘关系进行了ＲＡＰＤ分析，结果说明２６个栽培品种间的遗传背景相对一致，并与野生种芍药〔Ｐａｅｏｎｉａ ｌａｃｔｉｆｌｏｒａ〕的遗传根底最为近密，与其他４种野生芍药的遗传差异那么较大；栽培品种与野生芍药的亲缘关系由近到远的顺序为美丽芍药〔Ｐ． ｍａｉｒｅｉ〕、草芍药〔Ｐ． ｏｂｏｖａｔａ〕、川赤芍〔Ｐ． ｖｅｉｔｃｈｉｉ〕和块根芍药〔Ｐ．ａｎｏｍａｌａ〕；研究结果从分子水平揭示出中国芍药品种群遗传背景狭窄，利用野生近缘种改进现有芍药品种具有广阔空间。王淼等［２５］改进了芍药ＩＳＳＲ反响体系，筛选出４对具有稳定扩增结果的引物，对２２个芍药栽培品种进行了亲缘关系分析，聚类分析显示供试芍药品种可分为３个组，基于分子标记的聚类分析结果与基于形态学的聚类结果具有较强的相关性。于恒秀等［２６］对芍药栽培品种进行了ＩＳＳＲ标记分析，结果显示蓝田碧玉与其余７个品种之间的亲缘关系较远，引物ＩＳＳＲ７和ＩＳＳＲ８扩增出的条带数最多。胡文清等［２７］采用ＡＦＬＰ分子标记对中国芍药代表居群——山西省交城县嵛岭山居群半同胞家系进行了父本组成、繁殖适合度、花粉散布、代际间遗传多样性水平和空间遗传结构的分析，结果说明芍药作为一种异交植物花粉散布尺度小，受地理距离的影响显著，花粉散布符合邻近距离散布模式；遗传多样性水平不高，亲本和子代之间的遗传多样性水平差异不明显。 ３ 芍药属栽培品种及杂交种的分子标记分析 中国科学院植物园牡丹课题组基于形态学观察发现牡丹品种“和谐〞趋向于芍药形态且兼具牡丹的形态特征，推测其为牡丹芍药组间杂交种，基于ＳＲＡＰ标记证明“和谐〞具有牡丹、芍药二者各自的特征条带，从ＤＮＡ水平上证明了“和谐〞为牡丹芍药组间杂交种［２８］。Ｈａｏ等［２９］对２个牡丹芍药组间杂交种、１３个牡丹品种及１４个芍药品种进行了ＳＲＡＰ标记分析，产生了１９７个标记位点，其中１８７个位点显示多态性，１６对扩增引物产生的３５个ＳＲＡＰ标记能够把１４个芍药栽培品种区分出来。 4 存在的问题及建议 目前基于分子标记对牡丹种质亲缘关系的研究较多，但对芍药种质亲缘关系的研究报道相对较少；在研究中使用的分子标记也多为ＲＡＰＤ、ＡＦＬＰ、ＩＳＳＲ、ＳＲＡＰ等标记，许多新型分子标记技术尚未应用于牡丹、芍药种质的标记研究；由于牡丹、芍药基因组测序尚未开展，目前尚无法开展牡丹、芍药种质的单核苷酸多态性〔Ｓｉｎｇｌｅ nｕｃｌｅｏｔｉｄｅ pｏｌｙｍｏｒｐｈｉｓｍ，ＳＮＰ〕标记研究；另外，基于分子标记的牡丹、芍药种质亲缘关系的研究结果并不一致，或推导的分类结果与基于形态学数据得出的结果存在矛盾。因此，在今后的研究中，建议不断加强对芍药种质亲缘关系的研究力度，开发并应用更多新型的分子标记技术来开展牡丹、芍药种质的亲缘关系研究，加大科研经费投入力度，开展牡丹和芍药基因组测序工程，从而为开展ＳＮＰ研究提供平台；有机地将分子标记结果与细胞学性状、表型性状相结合，从而得出科学、合理、令人信服的牡丹、芍药种质的系统进化关系。相信随着牡丹、芍药基因组测序的完成及生物信息学、比拟基因组学等新技术的不断开展及其与分子标记技术的相互融合、相互渗透，基于分子标记的牡丹、芍药种质的亲缘关系研究必将得到更为快速的开展。 参考文献： ［１］ 王莲英，袁 涛． 中国牡丹与芍药［Ｍ］．北京：金盾出版社，１９９９． ［２］ ＨＯＮＧ Ｄ Ｙ， ＰＡＮ Ｋ Ｙ． Ｔａｘｏｎｏｍｉｃａｌ ｈｉｓｔｏｒｙ ａｎｄ ｒｅｖｉｓｉｏｎ ｏｆ Ｐａｅｏｎｉａ ｓｅｃｔ． Ｍｏｕｔａｎ〔Ｐａｅｏｎｉａｃｅａｅ〕［Ｊ］． Ａｃｔａ Ｐｈｙｔｏｔａｘｏｎｏｍｉｃａ Ｓｉｎｉｃａ，１９９９，３７：３５１－３６８． ［３］ 蓝保卿，李嘉珏，段全绪． 中国牡丹全书［Ｍ］． 北京：中国科学技术出版社，２００２． ［４］ 李嘉珏，秦魁杰． 芍药［Ｍ］． 上海：上海科学技术出版社，２０００． ［５］ 艾 侠，王莲英． 分子标记技术在牡丹研究中的应用［Ｊ］． 陕西农业科学，２００７〔２〕：８５－８７． ［６］ 侯小改，尹伟伦，李嘉珏，等． 局部牡丹品种遗传多样性的ＡＦＬＰ分析［Ｊ］． 中国农业科学，２００６，３９〔８〕：１７０９－１７１５． ［７］ 苏 雪，张 辉，董莉娜，等． 应用ＲＡＰＤ技术对甘肃栽培牡丹品种的分类鉴定研究［Ｊ］． 西北植物学报，２００６，26〔４〕：696-701． ［８］ ＨＯＳＯＫＩ Ｔ， ＫＩＭＵＲＡ Ｄ， ＨＡＳＥＧＡＷＡ Ｒ， ｅｔ ａl． Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｃｈｉｎｅｓｅ ｔｒｅｅ ｐｅｏｎｙ ｃｕｌｔｉｖａｒｓ ｂｙ ｒａｎｄｏｍ ａｍｐｌｉｆｉｅｄ ｐｏｌｙｍｏｒｐｈｉｓｍ ＤＮＡ 〔ＲＡＰＤ〕 ａｎａｌｙｓｉｓ ［Ｊ］． Ｓｃｉ Ｈｏｒｔ，１９９７，