刺槐不同来源无性系种质的表型变异与遗传多样性分析

发布时间：2017-12-25 19:25

  本文关键词：刺槐不同来源无性系种质的表型变异与遗传多样性分析　出处：《中国林业科学研究院》2017年博士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：刺槐(Robinia pseudoacacia L.)为豆科(Leguminosae)刺槐属(Robinia)阔叶乔木,耐干旱、耐瘠薄、耐轻度盐碱、抗污染能力强、自然更新能力强,是荒山造林和水土保持先锋树种,且具有观赏、材用、蜜源和饲用价值。刺槐作为外来物种,在我国已经栽培了近120年,栽培范围自青岛逐渐扩大至27个省(市、自治区)。目前国内外关于刺槐生态特性、适应性、无性繁殖和有性生殖方面的研究较多,而遗传信息相对匮乏,遗传学基础研究比较薄弱。中国各地区栽培的刺槐无性系来源记载不清,遗传关系不明,遗传多样性状况信息甚少,同物异名现象时有发生,急需系统开展刺槐无性系遗传多样性分析和指纹图谱构建,为下一步开展新品种选育、遗传改良和品种鉴定打好基础。本研究得到的结果如下:(1)调查了来自美国、山东和辽宁三个地域75个无性系全年、开花、结果物候以及叶、花、果、枝刺等形态差异,分析了地域之间和无性系之间的差异情况,结果表明75个无性系之间大部分指标变异显著,但三个地域之间大部分物候指标和表型变异不显著。结实率与千粒重等指标与开花期物候的相关性大于果实生长期的相关性,说明开花期对果实发育具有重要影响。生育期性状与花量和出实率负相关,表明萌芽后生长较迅速的无性系,特别是开花较早的无性系,在花量和结实率方面具有明显优势。通过针刺平均长度分析发现,山东的主干针刺平均长度最高,而枝条针刺的平均长度依次为美国山东辽宁。美国刺槐的枝条针刺变异系数最大,达84.82%,辽宁的主干针刺变异长度相对最小,为43.63%,枝条与主干的针刺相关性都在0.01水平上显著。分析2014~2016年三年开花性状变异系数时发现,相同性状在不同年份间的变异系数变化明显,有可能是受到环境因素如降雨量和温度的影响。75个无性系没有严格按照不同地域聚类到一起,而是按照形态特性聚到一起。(2)开展了刺槐转录组测序和基因功能注释工作,获得12.2 Gb刺槐花序和叶片转录组数据,得到141 948个unigenes,平均长度1 209 bp,N50为1 997 bp。将这些Unigenes注释到Nt、Swiss-Prot、KOG和KO这4个数据库,分别有104 239(73.43%)、67 194(47.34%)、60 814(43.15%)和81 439(57.37%)个Unigenes获得功能注释。挖掘SSR位点35 423个,平均每4.84 kb出现一个SSR位点,SSR检出率为24.95%。分析了刺槐SSR的分布规律,起始位点主要集中于unigene的0~2 000 bp之间,SSR序列长度主要集中在12~20 bp之间,平均16.5 bp。二核苷酸、三核苷酸和五核苷酸为优势重复类型,二、三核苷酸重复基元的主要类型分别为GA/CT和GGC/CCG。刺槐只有二、三核苷酸重复微卫星丰度和重复基元长度呈显著负相关,相关系数为-0.5003186。(3)开发了25 882个EST-SSR分子标记,引物设计成功率为73.07%。随机挑选30对进行了引物有效性和通用性研究,扩增成功率为80%,其中有9对引物多态性较高,都位于UTR区域,对385个无性系的分子鉴定率为95.32%。9对引物能够在3个刺槐属物种中通用,并且具有明显的多态性。(4)8对SSR引物在383个刺槐无性系中共扩增出68个等位变异,每个位点的等位变异数为4~16个,平均每对引物扩增出8.5个等位变异;不同位点的多态性信息量PIC(polymorphism informative content)值变化范围很大,在0.146~0.898之间,平均PIC值为0.527 9。(5)8对SSR引物在9个地域共318个样本中扩增出66条多态性条带,每个位点的等位变异数为4~16个,平均每对引物扩增出8.25个等位变异;9个地域的平均等位基因数是5.617,其中国内8个地域的平均值是5.597,山东6.00;实际观察杂合度Ho在0.479(辽宁)~0.555(山东)之间,平均值为0.519,其中山东的Ho值略高于国内8个地域的平均值0.514;平均期望杂合度He在0.509(辽宁)~0.553(美国)之间,平均He值为0.533,其中山东的He值为0.548,略高于国内8个地域的平均值0.533。9个地域的He值均大于0.5,表明遗传多样性均比较丰富。其中山东和山西Ho/He大于1,表明这两个地域的无性系杂合度较高。以上数据表明山东的刺槐无性系遗传多样性水平略高于国内遗传多样性水平,拥有比较丰富的遗传多样性。山东、甘肃等有私有等位基因,杂交育种时可以选择作为亲本;国内不同省份之间可以进行适当引种,以增加地域内的遗传多样性。9个地域318个无性系之间的遗传变异分析表明只有2%来源于地域间,8%来自于无性系间,90%来自于无性系内。不同地域主坐标分析和亲缘关系分析结果基本一致。山东、美国、辽宁、河南和山西无性系亲缘关系比较近,聚为一大类群;甘肃和河北亲缘关系较近,聚为一大类群;陕西和北京亲缘关系较近,聚为一大类群。山东和美国的无性系遗传距离最小为0.011,说明这两个地域的无性系遗传分化差异较小。(6)来自山东、美国和辽宁的75个无性系基于SSR和表型的聚类关系差异显著,表明表型数据和SSR数据基本不相关,原因是表型是基因互作和环境影响共同作用的结果。(7)8对SSR引物在山东省49个无性系中共扩增出51个等位变异,每个位点的等位变异数为2~15个,平均每个位点扩增出6.375个;不同位点的PIC值变化范围很大,在0.092~0.879之间,平均为0.5098。聚类分析结果表明无性系分组与现有栽培区没有明显的规律。引物Rply109和rops16对49份无性系的分子鉴定率为91.84%,可作为指纹图谱构建、分子鉴定的高效分子标记。(8)建立了以SSR标记为技术基础的刺槐无性系分子鉴定体系。利用18对引物可以区分378份刺槐属植物无性系,分子鉴定率为96.36%。利用18对引物对收集到的国内外383份刺槐种质资源进行NJ分析,结果表明所有无性系并没有严格按照不同来源地区聚集到一起,但是又有一定的规律,大部分来源相同或相近的种质聚到一起。相同种源无性系没有聚到一起主要是由于互相引种和遗传变异造成的。(9)研究结果表明荧光SSR毛细管电泳检测技术是一种简便、快速、高效的初步鉴定植物是否是多倍体的方法。利用引物RP13检测出293个无性系有三至六个等位变异,占76.1%,确定该引物为刺槐指纹图谱构建、分子鉴定、尤其是多倍体初步鉴定的高效分子标记。(10)本研究在利用18对荧光SSR引物构建指纹图谱时,意外发现385个无性系中有343个在1个位点或者多个位点(最多7个位点)出现了3~6个等位变异,占89.09%。
【学位授予单位】：中国林业科学研究院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S792.27
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本文编号：1334131