植物形態(tài)學及SSR標記在藥用植物遺傳分析中的應用

蘇偉敏，靳雅惠，楊　妮，王　建（廣西中醫(yī)藥大學藥學院，廣西南寧530001）

植物形態(tài)學及SSR標記在藥用植物遺傳分析中的應用

蘇偉敏，靳雅惠，楊妮，王建*
（廣西中醫(yī)藥大學藥學院，廣西南寧530001）

植物形態(tài)學在遺傳多樣性分析中具有直接性與簡便性，直接反映遺傳的變異系數(shù)；而SSR是建立在PCR基礎上的1種新型DNA分子標記，具有含量豐富、多態(tài)性高、共顯性和檢測方法簡單等優(yōu)點，在藥用植物遺傳分析上具有廣泛的應用前景。作者對遺傳多樣性的定義和研究方法，以及植物形態(tài)學和SSR分子標記在藥用植物遺傳多樣分析中的應用進行了簡要概述。

植物形態(tài)學；SSR；藥用植物；遺傳多樣性

我國的藥用植物種質資源種類豐富多樣，而藥用植物資源是中藥生產(chǎn)的源頭，是中藥材品種培育、改良的物質基礎[1]，對我國中醫(yī)藥事業(yè)的發(fā)展有著舉足輕重的作用。近年來中藥資源越來越受到重視，且中藥及其相關藥用植物資源成為當今相關研究的熱點[2]。中藥資源種類之間背景相似、種系不清等是導致中藥資源短缺的主要原因之一，而中藥種質資源的相關研究可以為中藥的持續(xù)發(fā)展提供基礎。種質資源的遺傳多樣性研究是收集、保存、評價和利用作物品種的依據(jù)，也是研究作物起源、演化的基礎[3]。作者主要對遺傳多樣性的定義分析以及近年來植物形態(tài)學和SSR分子標記在藥用植物遺傳多樣性中的應用進行了概述，并對植物形態(tài)學和SSR分子標記在藥用植物研究中的應用進行了展望，旨為今后藥用植物的相關研究工作提供一定的信息參考。

1　遺傳多樣性的定義

遺傳多樣性（genetic diversity）又稱為基因多樣性，是生物多樣性的重要組成部分，同種源的個體因為其生活環(huán)境的不同，包括不同的居群間和同一居群內不同個體間，經(jīng)過長時間的自然變化所產(chǎn)生的結果[4]。遺傳多樣性不僅僅只在生物體所表現(xiàn)的形態(tài)特征和生理特征性狀上遺傳，也在基因上遺傳，性狀是生物體基因在個體的體現(xiàn)，性狀所表現(xiàn)的差異就是由基因的差異所引起的。如果遺傳多樣變異系數(shù)越高或遺傳變異越豐富，則該物種可提供適應環(huán)境能力的基因數(shù)量也就愈多，那么該物種的環(huán)境適應能力就愈強，就越有利于種質資源的生存及演化[5，6]。遺傳多樣性的研究有利于保護稀有的種質資源和相關資源的持續(xù)發(fā)展。

2　遺傳多樣性的研究方法

因研究條件和研究對象的不同，遺傳多樣性的研究方法也有較大區(qū)別，并且各種水平的遺傳多樣性研究方法在不同的研究領域及對象中都有不可替代的作用，但目的都是為了揭示物種間的遺傳物質變異情況[7]。傳統(tǒng)的研究方法主要集中在植物的形態(tài)學水平、細胞學水平和蛋白質水平方面。然而，隨著生物技術的發(fā)展，分子標記技術也逐漸應用到藥用植物的遺傳育種上，其中，簡單序列重復（SSR）分子標記較其他分子標記具有含量豐富、多態(tài)性高、共顯性和檢測方法簡單等優(yōu)點，是目前遺傳多樣性分析和育種研究中應用十分廣泛的分子技術。

3　植物形態(tài)學和SSR標記在藥用植物遺傳多樣性分析中的應用

3.1形態(tài)學和成分分析在遺傳多樣性分析中的應用

形態(tài)標記是利用植物形態(tài)差異來區(qū)分個體的方式，是根據(jù)植物體的外部特征如株高、葉形、葉色、果實顏色、形狀、種子性狀、抗病抗蟲性等形態(tài)學標記，對植物在形態(tài)學上進行多樣性標記[8，9]。表型和基因型之間存在基因表達與調控以及個體發(fā)育等復雜的中間環(huán)節(jié)，根據(jù)表型上的差異來反映基因型的差異就是形態(tài)學水平檢測的關鍵所在[10]。形態(tài)標記方法具有直接性與簡便性，符合孟德爾發(fā)現(xiàn)遺傳因子的分離和自由組合定律，利用形態(tài)學方法分析可以對藥用植物種質資源有一個初步的了解。劉清瑋等[11]對相同環(huán)境和成熟期的北五味子產(chǎn)量主要性狀遺傳參數(shù)進行分析，發(fā)現(xiàn)北五味子的果穗數(shù)、平均穗重、產(chǎn)量和穗粒數(shù)變異系數(shù)較大，其個體遺傳性好，育種潛力大。王紹鵬等[12]研究發(fā)現(xiàn)，不同海拔高度對款冬的主要遺傳參數(shù)及其性狀間的相關性有影響。陳宇航等[13]對15份夏枯草種質進行研究發(fā)現(xiàn)，夏枯草在形態(tài)、主要成分與遺傳變異之間有較大差異。胡蘇瑩等[14]通過分析秦巴山區(qū)3個不同產(chǎn)地的華細辛揮發(fā)性成分與遺傳多樣性差異關系發(fā)現(xiàn)，一些揮發(fā)油成分的積累與其遺傳特性可能密切相關。郭靖等[15]對5 a生東北鐵線蓮栽培群體的主要數(shù)量性狀進行研究，結果表明，群體內的根重和須根數(shù)變異系數(shù)較大，可作為以高產(chǎn)為目標育種對象。魏云潔等[16]對糙龍膽生長期的遺傳參數(shù)進行研究，發(fā)現(xiàn)孕蕾期以莖粗、分蘗數(shù)、分枝數(shù)和花蕾數(shù)的性狀變異系數(shù)較大，對糙龍膽在品種選育中選擇潛力比較大。物種資源有效成分的遺傳變異是影響產(chǎn)量和質量的重要因素，陳英等[17]對廣藿香的生物活性成分進行分析后發(fā)現(xiàn)，環(huán)境和栽培條件不同，各群居內的廣藿香遺傳變異水平都較高。韓琳娜等[18，19]研究表明，不同表型的紫錐菊在成分含量和質量上均存在差異，為田間紫錐菊優(yōu)良種質篩選提供了理論基礎。程磊等[20]研究發(fā)現(xiàn)，紫菀數(shù)量性狀中有5個性狀變異系數(shù)躍50%，其中有3個主成分的因子高達85.48%。鄭玉忠等[21]研究發(fā)現(xiàn)，不同居群的竹節(jié)草在外部形態(tài)性狀有較大變異，具有較豐富的遺傳多樣性。

3.2SSR分子標記在遺傳育種中的應用

SSR標記也稱微衛(wèi)星，具有標記數(shù)量多、分布廣、多態(tài)性高、穩(wěn)定性好、共顯性等優(yōu)點，是目前遺傳多樣性分析和育種研究中應用十分廣泛的分子技術[22]。其通過PCR反應擴增和凝膠電泳分離檢測得到的擴增片段，從而揭示物種的多態(tài)性[23]。SSR分子標記以孟德爾方式呈共顯性遺傳，實驗操作簡單，可直接用PCR進行分析，而且對DNA的數(shù)量要求少。SSR分子標記以其獨特的優(yōu)點在農(nóng)業(yè)遺傳育種中日益得到廣泛應用[24]，特別是在水稻[25，26]、玉米[27，38]、辣椒[29]等農(nóng)作物的遺傳育種得到了廣泛應用，也逐漸應用到藥用植物遺傳與育種分析上。

SSR分子標記通過研究植物的DNA序列進行差異分析，可以客觀、直接地分析植物的遺傳多樣性。黎蓉等[30]對龍須草11個居群的71個單株進行聚類研究發(fā)現(xiàn)，2個居群內的不同單株間存在較大的遺傳差異。吳生等[31]利用9對SSR引物對秦嶺地區(qū)的4種五味子屬植物進行PCR擴增，發(fā)現(xiàn)華中五味子遺傳多樣性最高，紅花五味子最低。徐敏等[32]利用9對SSR引物對秦嶺地區(qū)野生華中五味子的遺傳多樣性進行多態(tài)性擴增，結果表明，居群內的秦嶺地區(qū)華中五味子遺傳多樣性豐富。張金渝等[33]利用SSR標記分析6個文山三七居群的遺傳多樣性及其遺傳結構，結果顯示，三七具有豐富的遺傳多樣性。鄧科君等[34]開發(fā)了83對SSR引物，對13個不同居群的丹參樣品及10種鼠尾草屬物種進行了擴增、多態(tài)性及通用性檢測。袁英惠等[35]采用SSR技術研究了球花石解野生居群的遺傳多樣性，結果發(fā)現(xiàn)，球花石解野生群體中存在較高的遺傳多樣性。蔡小彥等[36]結合SSR和SRAP技術對粉花石斛的遺傳多樣性和居群遺傳結構進行研究，對粉花石斛的微衛(wèi)星標記進行了開發(fā)；利用磁珠富集法構建粉花石斛微衛(wèi)星文庫，篩選出有效的SSR標記，共獲得12對多態(tài)性引物。黃海燕等[37]通過建立適合杜仲SSR-PCR的反應體系，篩選出13對具有多態(tài)性的引物，為杜仲的遺傳多樣性、群體遺傳學、親緣關系等研究奠定了基礎。李亞慧等[38]利用正交試驗建立并優(yōu)化了菊花的SSR-PCR體系，為今后菊花SSR分析奠定了基礎，研究菊花品種之間的遺傳多樣性，可為菊花的優(yōu)良品種選育和遺傳改良以及種質資源保存提供科學依據(jù)。

4　展望

在短期內對植物變異性有所了解或在其他研究方法無法開展時，利用形態(tài)性狀和成分變異來估測植物變異是最直接和最快速的方法。但表型的遺傳表達有時不太穩(wěn)定，易受環(huán)境條件及基因顯隱性等因素的影響。要更加準確、細致地了解種群的遺傳變異狀況，僅僅依賴表型性狀是遠遠不夠的。因此，還需要利用分子標記對其進行深一步的研究、比較和驗證。SSR分子標記具有可操作性簡單、多態(tài)性高，等位位點多、信息含量豐富等優(yōu)點，是相對于其他分子標記較理想的研究遺傳多樣性的手段。SSR技術在農(nóng)作物遺傳分析上得到了廣泛應用，并已取得較大成果。由于引物不能直接從DNA數(shù)據(jù)庫查找、SSR技術的突變機制尚不完全清楚，PCR引物在不同物種間保守性較差，因此，這對于剛起步應用于藥用植物遺傳多樣性研究上存在較大的局限性。但是，隨著SSR技術的日益成熟及相關技術的開發(fā)，SSR分子標記技術將在藥用植物的遺傳育種理論和應用研究領域得到廣泛應用。

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Application of Plant Morphological and SSR Marker in Genetic Analysis of Medicinal Plant

SU Wei-min，JIN Ya-hui，YANG Ni，WANG Jian*
（College of Pharmacy，Guangxi University of Chinese Medicine，Nanning 530001，China）

Plant morphology has the traits of direct and simple in genetic diversity analysis，it can direct原ly reacted the genetic variation coefficient.And SSR based on PCR is a new type of DNA molecular marker，which has advantages of rich content，high polymorphism，codominance and simple detection method，and it with a broad application prospect in genetic analysis of medicinal plants.In the paper，the definition and research methods of genetic diversity，application of plant morphology and SSR molec原ular markers in genetic diversity analysis of medicinal plant were summarized briefly.

Plant morphology；SSR；Medicinal plants；Genetic diversity

S314

A

1008-1631（2016）02-0048-03

2015-08-03

國家自然科學基金項目（811605001）

蘇偉敏（1988-），女，廣西藤縣人，碩士研究生在讀，主要從事優(yōu)勢中藥資源的開發(fā)與利用研究。E-mail：549036202@qq.com。

王建（1957-），女，廣西南寧人，教授，主要從事藥用植物研究。E-mail：2606343393@qq.com。