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虫草分类是虫草属系统学研究中的突出问题之一,分子标记技术为虫草系统分类的深入开展提供了新的依据。通过测序所得的成千上万的EST序列为SSR标记的应用提供了广阔的前景,并提供了引物筛选的源头。EST-SSR来自表达基因,与基因组SSR标记相比,具有物种间通用性较好、应用方法简单及成本低廉等优点。而且EST-SSR标记来自于基因的编码序列,更容易获得基因表达的信息。本文简要介绍了EST-SSR标记的原理和特点,综述了其在遗传多样性分析,遗传连锁图谱构建,比较作图和分子系统发育等研究领域的应用现状。本实验通过NCBI中的10260条虫草EST序列进行比对和SSR搜索后设计引物,对虫草属8个物种的遗传多样性进行了检测;并应用ITS测序技术对8种虫草进行了系统分析,企图为虫草分类系统提供基础参考资料。研究结果概括如下:
1、从NCBI公共数据库下载获得10260条虫草EST,去除其中的低质量的和冗余的序列,得到全长为2,953,173bp的4556条无冗余EST。从中发掘出718个EST-SSR,分布于616条EST中,出现频率是15.8%。平均分布频率是每4096bp出现一个。其中三核苷酸重复序列有419个,是主要的重复类型,出现最多的重复基元是CGC、CAG、GCC和GGC重复。虫草EST中SSR信息的明确为进一步建立和应用EST-SSR标记奠定了基础。
2、根据虫草EST-SSR序列,设计合成了32对引物。在对引物浓度、dNTP、Taq酶及退火温度等参数进行测试后,建立了合适的PCR反应体系。在此反应体系下,对设计的引物进行了筛选,有5对EST-SSR引物能扩增出产物,其中有4对引物显示多态性,占测试引物的15.63%。这些结果表明,根据虫草EST建立分子标记是一条简便而又有效的途径。
3、4对EST-SSR引物对在8种虫草中显示出稳定清晰的带型共53条,平均每个引物扩增条带数为13.3条,扩增片段长度主要集中在100bp-300bp之间。各种内的Nei’s基因多样性指数H和Shannon多样性指数I均较高。古尼虫草3个居群的遗传一致度平均为0.8343,冬虫夏草2个居群的遗传一致度为0.7976。以冬虫夏草作为参照,阿尔泰虫草与冬虫夏草的遗传一致度最大,为0.8259,亲缘关系最近,其后依次是是阔孢虫草(0.7778)>凉山虫草(0.7252)>古尼虫草(0.7017)>拟黑虫草(0.6654)>蝉花虫草(0.5851)。
11个不同种居群间的遗传距离为0.0987~0.6751,平均为0.315。说明本实验所用的材料具有较广较大的遗传变异。UPGMA聚类中,冬虫夏草、阔孢虫草以及阿尔泰虫草能够很好的聚在一起,而且显示出较高的遗传一致度。此外,每一个种的各个居群都可以很好的相聚。研究结果说明,利用EST-SSR标记对虫草属进行遗传分析是有效的。
4、ITS系统树和遗传距离分析表明,冬虫夏草、阿尔泰虫草、阔孢虫草三者的关系非常密切,其序列基本无差异,推断阿尔泰虫草可能是鉴定错误,或者这三种虫草应归属于一个类群。ITS系统树可以把各个种的虫草分开来,其种间在分子水平上具有较大的差异。证明了ITS序列分析技术可以作为虫草分子鉴定的依据。