鉤苞大丁草的纖維特性及遺傳多樣性研究.pdf

1、鉤苞大丁草（Gerbera delavayi Franch.）又名“火草”、“火石花”，其葉背氈毛纖維是我國西南少數(shù)民族人民編織火草服飾的原料。火草線的獲得是從鮮葉葉被直接剝離并同時捻線，這項特殊的紡織技藝已有500多年的歷史，被列為云南省和四川省的非物質文化遺產(chǎn)。目前，還未見關于鉤苞大丁草的纖維特性方面的報道。因此，為了深入研究和開發(fā)這一新型天然植物纖維，對纖維的形態(tài)與結構、化學成份、物理特性等方面展開研究十分必要。
　　除手工

2、紡織外，鉤苞大丁草還具有較高的藥用和觀賞價值。前期調研發(fā)現(xiàn)，鉤苞大丁草尚未實現(xiàn)人工種植，其野生資源已遭到嚴重破壞，亟待保護性開發(fā)。遺傳多樣性研究是鉤苞大丁草保護性開發(fā)的重要依據(jù)，而分子標記是揭示遺傳多樣性最理想的方法。為此，本項目將建立由云南省石林彝族自治縣居群(SL)、云南省新平彝族傣族自治縣居群(XP)、云南省武定縣居群(WD)、云南省富源縣居群(FY)、云南省麗江市居群(LJ)、云南省洱源縣居群(EY)、云南省開遠市居群(KY)、

3、云南省普洱市居群(PE)、四川省德昌縣居群(SDC)共9個鉤苞大丁草居群構成的資源圃。利用基于轉錄組數(shù)據(jù)開發(fā)的genic-SSR熒光標記，闡明鉤苞大丁草的遺傳多樣性及遺傳結構，以期為鉤苞大丁草的保護性開發(fā)策略提供科學依據(jù)。
　　1)鉤苞大丁草的葉背纖維特性研究。鉤苞大丁草葉背纖維的化學成分與棉相似，其蠟質含量高出棉的四倍。鉤苞大丁草纖維表現(xiàn)出極低的長度(3-8 mm)、細度(0.3-0.5dtex)、弱韌性(0.5-0.6 cN/

4、dtex)、密度(0.9 g/cm3)和結晶度(14.6％)，但其斷裂伸長率、回潮率與棉類似。此外，鉤苞大丁草纖維擁有光滑的表面、柔軟的質地，還有不浸潤水的特性。在纖維的收集方法方面，鉤苞大丁草葉片在40℃的熱水中浸泡1分鐘，其捻線長度顯著高于鉤苞大丁草葉片在4℃冷藏10分鐘的處理以及對照。熱水浴處理后，與對照相比，纖維的蠟質含量下降了20％，且熱穩(wěn)定性更好。纖維的尺寸較小阻礙了鉤苞大丁草纖維的標準紡線以及現(xiàn)代紡織機器的使用。但這一獨特

5、的纖維素纖維可在不經(jīng)過任何化學處理的前提下，單獨或與其它纖維混合用于手工紡織。今后，更加高效的纖維收集方法、單纖維長、產(chǎn)量高的鉤苞大丁草種質篩選及其獨特的紡織技術都是有潛力的研究方向。
　　2)鉤苞大丁草的Genic-SSR分子標記開發(fā)。從鉤苞大丁草葉片的轉錄組測序數(shù)據(jù)中選擇長度大于1000bp的Unigene，使用MISA軟件查找出Genic-SSR位點5179個，使用primer3軟件設計出Genic-SSR引物3464對。通

6、過位點和引物初選，獲得350對Genic-SSR引物。從每個居群隨機選個1個樣本，加接頭引物后進行一次擴增，經(jīng)瓊脂糖凝膠電泳后，篩選出條帶單一且濃度較好的引物61對。再加熒光引物二次擴增，進行毛細管電泳，上3730測序儀測序，最終篩選出21對特異性高、多態(tài)性好的Genic-SSR引物用于全面擴增。
　　3)鉤苞大丁草的遺傳多樣性研究。獲得基因多態(tài)數(shù)據(jù)后，再進行21對引物的中性檢驗，選用19對引物進行遺傳多樣性及遺傳結構分析。在9個

7、野生居群的204個鉤苞大丁草個體中，共檢測出154個等位基因位點，平均每個位點等位基因數(shù)目為8。有效等位基因(Ne)總數(shù)為44.7307，平均每個位點有效等位基因數(shù)目為2.2365。觀測雜合度(Ho)和期望雜合度(He)的均值分別為0.3049和0.4649。多態(tài)信息含量(PIC)的平均值為0.4317，19個位點中，有7個高度多態(tài)位點(PIC＞0.5)和7個中度多態(tài)位點(0.25＜PIC＜0.5)。可見，本研究篩選的19個SSR位點具

8、有較好的多態(tài)性，可用于鉤苞大丁草的群體遺傳研究。
　　9個野生群體的平均遺傳多樣性偏低(Na=3.8596，Ne=2.0548，I=0.7894，Ho=0.3043，He=0.4152)。除XP外，其余8個野生群體內(nèi)均有私有等位基因(Np)，平均每個群體含有5.1111個私有等位基因，表明各群體內(nèi)存在一定的遺傳變異。此外，9個野生群體的近交系數(shù)(Fis)平均值為0.2617，表現(xiàn)為純合子過剩。此外，9個野生群體內(nèi)部均極顯著的偏離哈

9、迪溫伯格平衡，說明各居群內(nèi)近期的交配不遵循隨機交配模式，等位基因的分布不是很均勻。綜上，9個野生鉤苞大丁草的群體遺傳一致性較高，遺傳多樣性不是很豐富。
　　4)鉤苞大丁草的遺傳結構研究。在STRUCTURE HARVESTER計算中，得到的最適delta K值為5，表明9個野生群體中5個基因庫的存在。當K=5時，PE的野生個體的基因組成主要來源于基因庫1，表明PE與其它群體間存在較為明顯的遺傳分化。而其余的8個野生群體均為其他4個

10、基因庫的混合，在各基因庫中所占比例較為均勻。可見，鉤苞大丁草9個野生居群的遺傳結構比較單一。
　　9個野生群體的遺傳距離都維持在較低水平（均值0.1169）。基于Nei的遺傳距離的UPGMA聚類分析表明:9個野生群體被大體劃分為了3個組，位于滇南地區(qū)的PE被單獨劃為第一組，滇西北地區(qū)的LJ和EY被劃為第二組，滇南東南地區(qū)的KY、滇中地區(qū)的FY、SL、WD、XP和金沙江以北的SDC劃入第三組。基于個體的UPGMA圖顯示出組間和群體間

11、的個體存在著較多的交叉混合，表明群體內(nèi)基因交流頻繁、群體間分化不明顯。
　　PCoA結果顯示，PE（第一組）與其它2個組分離明顯，第二組和第三組出現(xiàn)大量的交叉、混合，表明PE與其它2組間的差異較大，第二組和第三組同質性高、遺傳關系較近。這一結果與STRUCTURE和UPGMA結論相似。
　　Mantel檢測結果顯示，9個野生鉤苞大丁草群體間的遺傳距離和地理距離有極顯著的正相關關系（r=0.573），表明地理距離或地理隔離(I

12、BD)對鉤苞大丁草群體間的遺傳距離具有顯著的影響。
　　9個野生群體的分子方差分析(AMOVA)表明:大部分的遺傳變異(89.03％)存在于群體內(nèi)部，僅有10.97％的遺傳變異來自于群體間，與STRUCTURE和UPGMA分析結果相似。FST為0.1097，表明野生群體間存在著中度的遺傳分化?；赨PGMA聚類的3組分子方差分析顯示:大部分的遺傳變異存在于各組內(nèi)(89.41％)，而3組間也僅存在中度的遺傳分化(FST=0.1059

13、)。
　　本項目的開展，建成的鉤苞大丁草資源圃將為其核心種質庫的構建奠定基礎，為后期的優(yōu)異纖維種質篩選、栽培及育種研究提供材料;鉤苞大丁草的遺傳多樣性研究將為其野生資源的保護性開發(fā)提供科學依據(jù);轉錄組數(shù)據(jù)可為后期的纖維形成機理、重要基因的深入研究提供參考;Genic-SSR標記可為鉤苞大丁草重要經(jīng)濟性狀的關聯(lián)分析和基因標定奠定基礎;鉤苞大丁草纖維評價有助于人們對最短的天然紡織纖維——鉤苞大丁草葉背氈毛纖維的深入認識，進而促進其深度