论文部分内容阅读
摘 要：采用A-PAGE技术对来源于全国12个地区的13份紫苏材料的醇溶性种子蛋白进行了检测。结果发现：紫苏材料的醇溶性蛋白具有丰富的等位变异，共分离出10条迁移率不同的谱带；每份材料可分别电泳出2～9条谱带，平均4.6条；2条电泳条带为所有材料共有。因此，紫苏醇溶性种子蛋白可作为评价紫苏遗传多样性的生化标记。不同紫苏材料的遗传相似系数（GS）变异范围为0.56～1.000，平均值为0.751。聚类结果表明，在GS值为0.751的水平上供试材料聚为2大类，其亲缘关系远近与地理来源关系不大。
关键词：紫苏；醇溶蛋白；遗传多样性；聚类分析；A-PAGE
中图分类号：S567.219 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20170533024
紫苏（Perilla frutescens （L.）Britton），别名红苏、回回苏、赤苏，是唇形科紫苏属一年生草本植物[1]。紫苏是日常生活当中常用的一种中草药，也是一种食材，也是一种油料植物。我国种植紫苏已经有2000多年的历史，紫苏的种植在我们国家的分布十分广泛，我国对紫苏的研究主要集中在药用方面，通过分析紫苏的化学成分来提炼相应的药物，紫苏中含有多种对人体有益的化学物质，比如萜类、黄酮及其甙类、类脂类，花青素及多糖等。紫苏嫩枝及叶或种子可以入药。
醇溶蛋白是一类种子贮藏蛋白，这种种子贮藏蛋白的存在几乎不受自然環境的影响，其差异性是由遗传基因决定的[4，5]。植物种子醇溶性蛋白的酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳（A-PAGE）分析已广泛应用于植物的遗传育种、种质资源的鉴定、种子纯度的检验、植物的起源与演化等方面[6]。近年来，研究者利用形态学、同源克隆、SRAP和ISSR标记等技术对紫苏的主要营养成分、生理作用和遗传多样性方面进行了研究，然而尚未见到利用A-PAGE技术对紫苏种子醇溶性蛋白遗传多样性进行研究的报道。因此，本研究利用A-PAGE方法对紫苏种子的醇溶性蛋白进行研究分析，以进一步了解紫苏贮藏蛋白的遗传多样性，为紫苏品质和遗传稳定性的深入研究奠定基础。
1 材料与方法
1.1 供试材料
13份紫苏种子，分别来源于全国12个地区，其中7份为野生紫苏， 6份为人工栽培种。其中1号金堂栽培种、10号重庆丰都栽培种、11号重庆彭水栽培种，由四川西金地有限责任公司提供（表1）。10号重庆丰都栽培种、11号重庆彭水栽培种均来源于日本品种经驯化多年后栽培使用。
1.2 A-PAGE检测
具体步骤和方法参考刘仁建等人的报道，每份供试材料重复2～3次试验，并随机选择材料4份，每份取10粒种子进行重复检验[7-9]。电泳后，按照条带的有无统计记录每个材料，存在条带时赋值为1，反之赋值为0。按Nei的方法计算材料间的遗传相似系数GS， GS=2Nij/（Ni Nj），其中Ni为i号材料出现的条带数，Nj为j号材料出现的条带数。利用GS值按不加权成对群算数平均法（UPGMA）进行遗传相似性聚类分析。统计分析在NTSYSpc2.1系统下进行。
2 结果与分析
2.1 醇溶性蛋白标记的多态性
本次实验均在同等电泳条件下进行，重复检验结果显示，除个别材料出现未用于统计分析的极弱谱带外，所有材料电泳图谱均表现一致。
紫苏种子A-PAGE电泳检测结果（图1）表明，13份来源不同的供试材料中出现9种不同的电泳图谱，每份材料均出现了2～9条比较清晰的带纹，平均值为4.6条，所有材料均有2条共有带，共分离出了10条迁移率不同的醇溶性蛋白带纹，其中有6条带纹分布在电泳图谱的下端，即快速电泳区（A区）；而其余4条带纹集中在图谱上端，即慢速电泳区（B区）。发现，9条电泳图谱中有6条属于13份材料中的6份材料单独拥有的一种特异图谱，而其余出现的3种图谱则由剩余的7份材料中的某2份或者3份共有。结果表明，供试材料在醇溶蛋白位点上遗传多态性较高，遗传差异较大。
2.2 醇溶性蛋白遗传相似系数
利用研究中的A-PAGE数据，计算遗传相似系数GS。其变异范围为0.56～1.000，平均值0.751，进一步表明了供试材料具有非常丰富的醇溶性蛋白遗传多态性。
2.3 聚类分析
采用UPGMA法[10]对13份紫苏材料间的种子醇溶性蛋白遗传相似系数进行聚类分析（见图2）。聚类分析结果表明，13份供试材料在GS值为0.751水平上聚为2大类，第Ⅰ类为1、4、5、6、12、13号材料，第Ⅱ类为2、3、7、8、9、10、11号材料。2大类中兼有野生种与栽培种，其中第Ⅱ类中包括10、11号来自日本的重庆地区的驯化种。
3 讨论
大量的研究证实，醇溶性蛋白多样性在很多植物上都能够很好地评价物种的遗传多样性。刘仁建、官玲亮等人先后采用A-PAGE技术分析了来自不同国家的红花材料的醇溶蛋白遗传多样性，证实了可以将醇溶蛋白带型作为评价红花资源遗传多样性的工具。邓传良等人研究发现，红花种子醇溶蛋白多态性较高，可以作为红花品种鉴定的一个指标。王仕玉等人采用ISSR分子标记技术对云南16份紫苏资源的遗传多样性进行了分析，发现云南紫苏资源的遗传多样性程度较高。蔡顺顺等人研究发现SRAP技术可用于紫苏不同材料之间遗传关系的研究。
本研究中，采用A-PAGE技术分析了全国12个地区的13份紫苏材料的种子醇溶性蛋白遗传多样性，结果表明，紫苏种子的醇溶性蛋白多态性较高，在醇溶蛋白位点上具有丰富的遗传多样性，醇溶性种子蛋白可作为评价紫苏遗传多样性的生化标记。研究将来自全国12个地区的13份紫苏材料在遗传相似系数0.751水平上聚为两类，聚类结果与其地理来源并不完全一致。紫苏醇溶蛋白遗传多样性是否与其地理来源具有相关性，需要进一步扩大供试材料的种类及地理来源范围，进一步开展更深入的研究。 今后的研究中，应进一步加强紫苏品种资源的收集紫苏品种资源，并对其研究整理，了解其差异，才能充分挖掘其潜力，才能同时结合国外紫苏品种资源，培育出更加优质、高产的紫苏品种，促进我国药用植物种质资源研究的发展。
参考文献
[1]李锡文.中国植物志[M].北京：科学出版社，1977.
[2]张洪，黄建韶，赵东海.紫苏营养成份的研究[J].食品与机械，2006，22（02）：41-43.
[3]彭小平，熊劲松.我国紫苏产业化研究现状与展望[J].安徽農业科学，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]马德伟，高锁柱，孙岚，等.辣椒遗传性的种子醇溶蛋白电泳研究[J].园艺学报，1995，22（03）：297-298.
[7]马德伟，高锁柱，张彦萍.甜瓜种子蛋白质电泳检测遗传纯度的应用研究[J].中国西瓜甜瓜，1996（02）：10-13.
[8]张志娥.石思信.肖建平，等.人参、西洋参种子醇溶蛋白电泳分析[J].特产研究，1995（04）：13-16.
[9]张彦萍，刘海河，贾兵国，等.利用种子醇溶蛋白指纹图谱鉴定葱蒜类蔬菜品种纯度的研究[J].种子，2004，23（05）：12-13，31.
[10]刘仁建，吴卫，郑有良，等.红花种子醇溶蛋白遗传多样性分析[J].中国油料作物学报，2006，28（02）：109-114.
关键词：紫苏；醇溶蛋白；遗传多样性；聚类分析；A-PAGE
中图分类号：S567.219 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20170533024
紫苏（Perilla frutescens （L.）Britton），别名红苏、回回苏、赤苏，是唇形科紫苏属一年生草本植物[1]。紫苏是日常生活当中常用的一种中草药，也是一种食材，也是一种油料植物。我国种植紫苏已经有2000多年的历史，紫苏的种植在我们国家的分布十分广泛，我国对紫苏的研究主要集中在药用方面，通过分析紫苏的化学成分来提炼相应的药物，紫苏中含有多种对人体有益的化学物质，比如萜类、黄酮及其甙类、类脂类，花青素及多糖等。紫苏嫩枝及叶或种子可以入药。
醇溶蛋白是一类种子贮藏蛋白，这种种子贮藏蛋白的存在几乎不受自然環境的影响，其差异性是由遗传基因决定的[4，5]。植物种子醇溶性蛋白的酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳（A-PAGE）分析已广泛应用于植物的遗传育种、种质资源的鉴定、种子纯度的检验、植物的起源与演化等方面[6]。近年来，研究者利用形态学、同源克隆、SRAP和ISSR标记等技术对紫苏的主要营养成分、生理作用和遗传多样性方面进行了研究，然而尚未见到利用A-PAGE技术对紫苏种子醇溶性蛋白遗传多样性进行研究的报道。因此，本研究利用A-PAGE方法对紫苏种子的醇溶性蛋白进行研究分析，以进一步了解紫苏贮藏蛋白的遗传多样性，为紫苏品质和遗传稳定性的深入研究奠定基础。
1 材料与方法
1.1 供试材料
13份紫苏种子，分别来源于全国12个地区，其中7份为野生紫苏， 6份为人工栽培种。其中1号金堂栽培种、10号重庆丰都栽培种、11号重庆彭水栽培种，由四川西金地有限责任公司提供（表1）。10号重庆丰都栽培种、11号重庆彭水栽培种均来源于日本品种经驯化多年后栽培使用。
1.2 A-PAGE检测
具体步骤和方法参考刘仁建等人的报道，每份供试材料重复2～3次试验，并随机选择材料4份，每份取10粒种子进行重复检验[7-9]。电泳后，按照条带的有无统计记录每个材料，存在条带时赋值为1，反之赋值为0。按Nei的方法计算材料间的遗传相似系数GS， GS=2Nij/（Ni Nj），其中Ni为i号材料出现的条带数，Nj为j号材料出现的条带数。利用GS值按不加权成对群算数平均法（UPGMA）进行遗传相似性聚类分析。统计分析在NTSYSpc2.1系统下进行。
2 结果与分析
2.1 醇溶性蛋白标记的多态性
本次实验均在同等电泳条件下进行，重复检验结果显示，除个别材料出现未用于统计分析的极弱谱带外，所有材料电泳图谱均表现一致。
紫苏种子A-PAGE电泳检测结果（图1）表明，13份来源不同的供试材料中出现9种不同的电泳图谱，每份材料均出现了2～9条比较清晰的带纹，平均值为4.6条，所有材料均有2条共有带，共分离出了10条迁移率不同的醇溶性蛋白带纹，其中有6条带纹分布在电泳图谱的下端，即快速电泳区（A区）；而其余4条带纹集中在图谱上端，即慢速电泳区（B区）。发现，9条电泳图谱中有6条属于13份材料中的6份材料单独拥有的一种特异图谱，而其余出现的3种图谱则由剩余的7份材料中的某2份或者3份共有。结果表明，供试材料在醇溶蛋白位点上遗传多态性较高，遗传差异较大。
2.2 醇溶性蛋白遗传相似系数
利用研究中的A-PAGE数据，计算遗传相似系数GS。其变异范围为0.56～1.000，平均值0.751，进一步表明了供试材料具有非常丰富的醇溶性蛋白遗传多态性。
2.3 聚类分析
采用UPGMA法[10]对13份紫苏材料间的种子醇溶性蛋白遗传相似系数进行聚类分析（见图2）。聚类分析结果表明，13份供试材料在GS值为0.751水平上聚为2大类，第Ⅰ类为1、4、5、6、12、13号材料，第Ⅱ类为2、3、7、8、9、10、11号材料。2大类中兼有野生种与栽培种，其中第Ⅱ类中包括10、11号来自日本的重庆地区的驯化种。
3 讨论
大量的研究证实，醇溶性蛋白多样性在很多植物上都能够很好地评价物种的遗传多样性。刘仁建、官玲亮等人先后采用A-PAGE技术分析了来自不同国家的红花材料的醇溶蛋白遗传多样性，证实了可以将醇溶蛋白带型作为评价红花资源遗传多样性的工具。邓传良等人研究发现，红花种子醇溶蛋白多态性较高，可以作为红花品种鉴定的一个指标。王仕玉等人采用ISSR分子标记技术对云南16份紫苏资源的遗传多样性进行了分析，发现云南紫苏资源的遗传多样性程度较高。蔡顺顺等人研究发现SRAP技术可用于紫苏不同材料之间遗传关系的研究。
本研究中，采用A-PAGE技术分析了全国12个地区的13份紫苏材料的种子醇溶性蛋白遗传多样性，结果表明，紫苏种子的醇溶性蛋白多态性较高，在醇溶蛋白位点上具有丰富的遗传多样性，醇溶性种子蛋白可作为评价紫苏遗传多样性的生化标记。研究将来自全国12个地区的13份紫苏材料在遗传相似系数0.751水平上聚为两类，聚类结果与其地理来源并不完全一致。紫苏醇溶蛋白遗传多样性是否与其地理来源具有相关性，需要进一步扩大供试材料的种类及地理来源范围，进一步开展更深入的研究。 今后的研究中，应进一步加强紫苏品种资源的收集紫苏品种资源，并对其研究整理，了解其差异，才能充分挖掘其潜力，才能同时结合国外紫苏品种资源，培育出更加优质、高产的紫苏品种，促进我国药用植物种质资源研究的发展。
参考文献
[1]李锡文.中国植物志[M].北京：科学出版社，1977.
[2]张洪，黄建韶，赵东海.紫苏营养成份的研究[J].食品与机械，2006，22（02）：41-43.
[3]彭小平，熊劲松.我国紫苏产业化研究现状与展望[J].安徽農业科学，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]马德伟，高锁柱，孙岚，等.辣椒遗传性的种子醇溶蛋白电泳研究[J].园艺学报，1995，22（03）：297-298.
[7]马德伟，高锁柱，张彦萍.甜瓜种子蛋白质电泳检测遗传纯度的应用研究[J].中国西瓜甜瓜，1996（02）：10-13.
[8]张志娥.石思信.肖建平，等.人参、西洋参种子醇溶蛋白电泳分析[J].特产研究，1995（04）：13-16.
[9]张彦萍，刘海河，贾兵国，等.利用种子醇溶蛋白指纹图谱鉴定葱蒜类蔬菜品种纯度的研究[J].种子，2004，23（05）：12-13，31.
[10]刘仁建，吴卫，郑有良，等.红花种子醇溶蛋白遗传多样性分析[J].中国油料作物学报，2006，28（02）：109-114.