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本研究对采自云南省楚雄州、德宏州、玉溪市、文山州及红河州部分地区的南苜蓿(Medicago polymorpha)、天蓝苜蓿(M.lupulina)紫花苜蓿(M.sativa)根瘤进行了分离,获得了189株根瘤菌,选择其中的94株及6株参比菌株作为供试菌进行16S rDNA PCR-RFLP、16S~23S rDNA IGS PCR-RFLP及BOX-PCR指纹图谱分析。选择30株供试菌株与宿主南苜蓿进行结瘤试验,并采用BOX-PCR指纹图谱作为分子标记对其结瘤能力进行了验证。再对7株代表菌株进行了16S rDNA序列分析。基于BOX-PCR指纹图谱分析的数据,对供试菌株进行了遗传多样性指数分析;最后根据研究获得的结果制定了根瘤菌菌种信息元数据标准,并以此为基础构建了根瘤菌资源网络数据库。得到的结果及结论如下:
16S rDNA PCR-RFLP分析显示,91株根瘤菌的16S rDNA酶切图谱类型与草苜蓿剑菌(Ensifer meliloti)USDA1002T完全相同,它们可能为剑菌属根瘤菌;SWF67307、SWF67367和SWF67402三株菌的图谱类型与所有参比菌株不同。
经16S~23S rDNA IGS PCR-RFLP分析发现,供试菌株主要有a型和b型两种酶切图谱,其中a型有61株,占供试菌株的69%,b型有24株,占供试菌株的27%,其余酶切图谱类型所占比例较小。
BOX-PCR指纹图谱分析中,所有菌株共具有41种图谱类型,聚类分析显示,在40%的似性水平上,所有供试菌株聚为一群,在48%左右的相似性水平上,供试菌株可以分为三群,而在68%的相似性水平上,供试菌株则细分为8个遗传群,除SWF67371和SWF67402二株菌未聚群外,其余菌株大部分按宿主及采集地聚在一起,但也有交叉。
经过对30株菌株的结瘤试验及其结瘤菌株的BOX-PCR指纹图谱验证表明菌株SWF65100、SWF67307、SWF67367、SWF67402、SWF67340、SWF67457和SWF67464不能与南苜蓿形成根瘤,它们的结瘤能力还有待进一步研究。
基于16S rDNA序列构建的系统发育树表明,7株代表菌分别与E.medicae和E.meliloti的亲缘关系较近,其中SWF65100、SWF67350、SWF67457和SWF67501相近于E.medicae系统发育分枝,SWF66437、SWF67523和SWF67524与E.meliloti关系密切。
综合16S~23S rDNA IGS PCR-RFLP及16S rDNA序列分析的结果可知,具有a型16S~23S rDNA IGS酶切图谱的供试菌株归属于E.medicae种群,而具有b型或g型16S~23S rDNA IGS酶切图谱的供试菌株属于E.meliloti种群。
基于BOX-PCR指纹图谱的遗传多样性指标分析表明E.meliloti的遗传多样性水平高于E.medicae。在E.medicae各居群中,PPB、Nei’s遗传多样性指数及Shannons信息指数等多样性指标最高的为禄丰腰站居群,最低的为小哨居群,对各采集地间的Neis遗传距离与实际地理距离进行相关性分析,得到相关系数为0.433516,表明Nei’s遗传距离与实际地理距离低度相关,各居群间的遗传分化系数(GST)较小为0.1908,基因流(Nm)较大为2.1203,表明遗传变异主要存在于居群内。
E.meliloti各居群的PPB、Neis遗传多样性指数及Shannons信息指数等多样性指标最高的为禄丰金山居群,而个旧居群的最低;各居群间的遗传距离与实际地理距离不相关;居群间的遗传分化系数(GST)为0.6208,从GST,估计的基因流(Nm)为0.3054,各居群间可能由于遗传漂变发生了分化。
基于研究中所获得的根瘤菌特征信息,参考相关资料制定了描述根瘤菌菌种的元数据标准,该元数据库标准分为菌株描述、宿主描述、采集地描述和培养基描述四个部分。
以制定的元数据标准为基础构建了基于JSP+SQL Server的B/S结构的根瘤菌资源网络数据库,实现了对根瘤菌基本信息、表型信息、遗传型信息、宿主信息及采集地信息的添加、删除、更新及查询等管理功能。
本研究对几种苜蓿根瘤菌菌株资源进行了挖掘和保存,揭示了这些苜蓿根瘤菌的系统发育及遗传多样性信息,并分析了遗传多样性与宿主、采集地的关系,为高效菌株固氮结瘤菌株的筛选提供了充裕的根瘤菌菌株资源,并为高效菌株应用研究中涉及到的宿主、施用地、分子标记等问题的解决提供了理论依据;而根瘤菌资源网络数据库的设计及构建也为这些菌株的高效管理和共享提供了网络平台。