文献综述
一:杨树在进化上分为几个派系,每个派系的分布和起源
杨树是杨柳科杨属植物的一种,全属有约100多种我国约62种(包括6杂交种),其中分布中国的有57种,引入栽培的约4种,此外还有很多变种、变型和引种的品系。根据经典形态学分类方法将杨属分为了六大派别,即白杨派、黑杨派、青杨派、胡杨派、大叶杨派和墨杨派。依据国内外学者的相关研究显示杨柳科植物的近期祖先可能在白垩纪初期起源于西冈瓦纳古陆,并通过两个中间环节(即古杨群和古柳群)逐步分别发展为现存的杨树(即胡杨属与杨属)和现存的柳树(即原柳属、钻天柳属与柳属)。古杨群(杨树的直接祖先)可能在白垩纪中期起源于西冈瓦纳古陆;后来它扩散至有关各地(特别是北方的劳亚古陆),并在迁移的过程中进一步分化发展。胡杨属可能在白垩纪中、晚期发生于非洲陆块,并逐步扩散至劳亚古陆;后来,统一的胡杨属区系因劳亚古陆的断开和撒哈拉大沙漠的形成而被分割为远离的、独立发展的几个部分。杨属可能在第三纪中、晚期先后发生和分化于古地中海东部地区; 后来扩散至欧亚大陆并陆续通过白令地区迁移至北美大陆。现杨树(Populus)分类系统总共分为以下五大派:青杨派(Tacamahaca)、白杨派(Leuce)、黑杨派(Aigeiros)、胡杨派(Turanga)、大叶杨派(Leucoides)。学者们经过研究认为白杨派的起源中心和现代分布中心是河南伏牛山并存在着较为原始的类群,在温带和寒带的大陆性气候、海洋性气候区都有生长。黑杨派则分布于温带、亚热带地区, 喜欢肥沃湿润、排水良好的疏松土壤,主要代表种有欧洲黑杨(Populus nigra L.)和美洲黑杨(P. deltoides Marsh)。青杨派是包含树种最多的一派,分布于寒带和温带,有广泛的气候适应性和地理替代性。大叶杨派分布于温带的中高山地区,在我国多见于中部和西部地区。胡杨派适合干旱的大陆性气候,对阳光和气温要求很高,是多分布于干旱内陆河流沿岸分布的树种。
二:美洲黑杨在国内的选育和推广情况
美洲黑杨(Populus deltoides Marsh.)是杨属(Populus)黑杨派树种,原产于北美洲,分布于美国西部、中部和西南部,加拿大最西南端以及墨西哥西北部。美洲黑杨是生长迅速的高大乔木,是重要的速生用材造林树种之一,在全球广泛引种栽培。我国于20世纪70年代引进了一批美洲黑杨,加速了我国杨树产业的发展。美洲黑杨天然林具有丰富的遗传变异,是杨树育种不可缺少的物质基础。南京林业大学于20世纪90年代又从美国德克萨斯州、路易斯安那州和密西西比州引进了一批种质材料,并于1998年在江苏泗洪陈圩林场建设了美洲黑杨种质资源库,为美洲黑杨优良无性系选育和杂交育种提供了重要材料。多倍体育种是植物育种的一种重要手段,杨树多倍体育种开始于20世纪30年代,经过多年的研究,目前在三倍体杨树材积 生长、木材纤维以及抗病抗逆等性状上取得了突出成效。
三:分子标记的主要类别
分子标记是以DNA分子多态性为基础的遗传标记,即在生物的基因组内或各染色体上提供基因的准确位置,为研究基因的结构、序列、功能及其遗传和变异规律提供基础资料。目前常见的分子标记法分为以下四种:①.RFLP(限制性片断长度多态性)标记即用特定生物类型的基因组DNA经某一种限制性内切酶完全酶解后,会产生分子量不同的同源等位片段,或称限制性等位片段。通过电泳的方法分离和检测这些片段。RFLP标记的特点:(1)遍布于整个基因组,数量几乎是无限的;(2)无表型效应,不受发育阶段器官特异性限制;(3)共显性,可区分纯合子和杂合子;(4)结果稳定、可靠;(5)DNA需要量大,检测技术繁杂, 难以用于大规模的育种实践中。②、RAPD(随机扩增多态性DNA)标记,该技术就是用一个(有时用两个)随机引物(一般8-10个碱基)非定点地扩增基因组DNA,然后用凝胶电泳分开扩增片段。RAPD标记的特点:(1)不需DNA探针,设计引物也无须知道序列信息;(2)显性遗传(极少数共显性)不能鉴别杂合子和纯合子;(3)技术简便,不涉及分子杂交和放射性自显影等技术;(4)DNA样品需要量少,引物价格便宜,成本较低;(5)实验重复性较差,结果可靠性较低。③AFLP(扩增片断长度多态性)标记其原理是先对DNA进行双酶切,再添加人工接头,最后设计引物进行PCR扩增,利用凝胶电泳分离扩增片段。AFLP标记的特点:(1)结合了PFLP稳定性和PCR技术高效性的特点,不需要事先知道DNA序列的信息,可以用于任何动植物基因组的研究。(2)多态性丰富。(3)标记多数具有共显性表达,无复等位效应,表现孟德尔方式遗传。(4)分析成本较高,对DNA的纯度和内切酶的质量要求也较高。④SSR(简单重复序列)标记是将微卫星DNA分布于整个基因组的不同位置上,但其两端的序列多是相对保守的单拷贝序列。根据微卫星DNA两端的单拷贝序列设计一对特异引物,利用PCR技术,扩增每个位点的微卫星DNA序列,通过电泳分析核心序列的长度多态性。SSR标记的特点:(1)数量丰富,广泛分布于整个基因组;数量几乎无限。(2) SSR技术一般检测到的是一个单一的多等位基因位点。 (3)共显性标记,可鉴别出杂合子和纯合子。(4)实验重复性好,结果可靠。(5)由于创建新的标记时需知道重复序列两端的序列信息,因此其开发有一定困难,费用也较高。在植物生物技术中DNA分子标记有以下应用方式:(1)构建高密度的遗传连锁图(2)进行基因定位(3)遗传多样性和物种亲缘关系(4)种质鉴定和遗传背景分析(5)育种中的分子标记辅助选择。在杨树基因型鉴定的过程之中我们一般使用的是SSR标记法。
四:目前,分子标记在品种鉴定中的应用进展。
分子标记在杨树种质资源研究中的应用有以下两点,绘制无性系指纹图谱和品种亲缘关系及其分类研究。分子标记在杨树遗传研究中应用分别是构建遗传图谱和数量性状位点定位QTLs。现在所常用的四种分子标记方法可以单独运用也可以结合使用进行杨树品种的鉴定以及杨树品种之间遗传关系和变异的研究。其中SSR标记法在杨树种内、种间以及品种间的鉴定分析研究中应用最为广泛,并且在国家林业局植物新品种保护办公室在实质审查中已有应用SSR应用标记鉴别有异议的杨树申请品种的案例。最新的 SSR 检测技术是 TP-M13毛细管自动电泳荧光检测法,TP-M13荧光标记技术采用3条引物来进行PCR扩增,通过M13链的退火,实现SSR引物的荧光标记。只需标记1条M13引物,而且还可通过不同颜色的荧光染料对M13引物进行标记,通过1次毛细管电泳就能同时检测多个SSR位点。毛细管电泳荧光检测法比聚丙烯酰胺凝胶电泳银染技术的自动化和程序化更高,而且系统软件还能校正各毛细管间的电泳差异,减少了试验的人为和系统误差,增强了试验结果的稳定性和可重复性,符合品种测定实验标准化的要求。该检测法为分子标记在植物新品种测试指南的研制和杨树品种DNA指纹数据库的构建奠定技术上的基础为新品种申请、品种权纠纷处理、保护育种者权利等提供了客观的科学的以及准确的技术保障。总而言之,分子标记技术是一项有潜力、有应用前景的新技术,并且随着分子生物学的飞速发展,各种分子标记系统在杨树种的应用会变得越来越广泛并发挥出自己的巨大的作用。分子标记的成功应用将为杨树的选种和育种工作提供更多有价值的信息,极大地提高育种的目的性、精确性,缩短育种周期,提高育种效率。除此之外,分子标记可以为我们准确快速地提供杨树群体遗传结构的信息,为杨树自然资源的保存,特别是珍惜的濒危树种的保存提供理论指导,对促进我国林业生产的可持续发展有重要意义。
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