RAPD技术和ITS序列对5个节旋藻样品亲缘关系的研究

【摘要】： 节旋藻是一类光合自养的原核生物,属于蓝藻门(Cyanophyta)、颤藻目(Oscillatoriales)、颤藻科(Oscillatoriaceae)、节旋藻属(Arthrospira)。该属的钝顶节旋藻(A. platensis)和极大节旋藻(A. maxima)因含有极为丰富的营养成份和生理活性物质,被誉为“21世纪最理想的食品”和“人类21世纪最佳保健品”,所以作为一种商业性藻种而被许多国家开发利用。自从1940年法国药物学家Greach在非洲Chad湖发现钝顶节旋藻以来,有关节旋藻应用和基础研究逐渐引起国际上的广泛关注。 1996年,内蒙古农业大学的乔辰教授等在内蒙古鄂尔多斯高原碱湖发现了3种节旋藻,填补了我国节旋藻种质资源的空白。近几年,对鄂尔多斯高原碱湖节旋藻的研究已有很多报道,主要集中在对该地区节旋藻的发现、形态解剖结构及生理生化特性方面。有关鄂尔多斯高原碱湖节旋藻遗传多样性、进化地位和亲缘关系的报道较少,2008年邰丽华使用RAPD技术仅对2种不同生境下的钝顶节旋藻进行了分析,李琳使用AFLP方法对4个节旋藻样品的遗传多样性和亲缘关系进行了研究。 本文以内蒙古鄂尔多斯高原碱湖的钝顶节旋藻(A_1)、鄂尔多斯节旋藻(A_2)、方胞节旋藻(A_3)、非洲Chad湖的钝顶节旋藻(A_4)和墨西哥Texcoco湖的极大节旋藻(A_5)为材料,运用RAPD分子标记技术和16S-23S rRNA转录单元内间隔区序列(internally transcribed spacer, ITS)对5个节旋藻样品的遗传多样性进行了研究,试图从DNA水平探讨它们的进化地位及亲缘关系,丰富和完善节旋藻种质资源的基础研究内容,这对于鄂尔多斯高原碱湖节旋藻种质资源遗传多样性的保护和利用具有重要意义。 RAPD研究结果显示,扩增得到碱基大小在200～4000bp之间的681条清晰带,其中多态性条带为674(98.97%),平均每条引物得到21.28条。5个样品A_1、A_2、A_3、A_4和A_5特异性条带数分别为276、273、175、185和220。按照谱带数越多,进化程度越高的观点,推测5个样品进化程度由低到高的顺序是:A_3-A_4-A_5-A_2-A_1。与李琳使用AFLP对方孢节旋藻A_3在4个节旋藻样品间关于进化程度的结果不尽相同,所以A_3的进化地位有待于进一步研究。5个样品间的平均遗传距离在0.3581～0.7935间,其中A_4和A_5的遗传距离最小为0.3581,A_2和A_5的遗传距离最大为0.7935,其余样品介于它们之间,说明5个样品存在一定的遗传分化。聚类分析表明,引进种A_4和A_5的亲缘关系最近,A_1和A_2次之,而鄂尔多斯碱湖的方胞节旋藻A_3与两个引进种A_4和A_5的亲缘关系较近,2个不同原产地的钝顶节旋藻A_1和A_4之间的亲缘关系不是最近的。 ITS片段的序列分析结果表明:5个样品的ITS序列长度在472～477bp,均含tRNAIle和tRNAAla两个tRNA基因;GC含量在47.88%～48.01%之间,序列间的相似性高达91.5%～100%;5个样品间的遗传距离在0.000～0.091之间,其中A_4与A_5、A_2与A_3的遗传距离最小,均为0.000,样品间具有极高的同源性,2个不同原产地的钝顶节旋藻A_1和A_4的遗传距离最大为0.091。聚类结果表明A_1和A_4、A_4和A_5间的亲缘关系与RAPD结果吻合,表现出种内的亲缘关系不如种间亲缘关系近,产生这种相悖的原因,推测是由于各自的生态环境明显不同和长期地理隔离促使两者在遗传上发生了一定的分化。 RAPD结果表明鄂尔多斯高原碱湖节旋藻A_1与A_2亲缘关系较近,与A_3亲缘关系较远。与ITS片段对这3个样品的研究结果不尽相同,作者推测出现这种差别的原因是ITS片段长度为540bp左右,仅利用ITS序列来考察样品间的亲缘关系可能存在一定的局限性,而RAPD扩增片段主要分布于200bp～4000bp,远远大于ITS片段,不同的标记技术由于所揭示的遗传位点不同,故在分析结果上存在一定差异。