杜仲遗传多样性分析、核心种质构建及分子鉴别

发布时间：2018-03-02 19:08

本文选题：杜仲　切入点：核心种质　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

【摘要】：杜仲(Eucommia ulmoides Oliv.)是我国十分重要的国家战略资源,分布区域广,用途广泛。我国杜仲种质资源丰富,全世界99%的杜仲资源分布在我国。我国杜仲栽培利用历史悠久,由于各地种质资源的频繁交换,杜仲在种质资源收集、保存、评价和鉴定上长期处于低效状态。已收集保存的种质资源存在种质不清和种质混杂等问题,严重制约了长期杜仲育种工作的进程。随着杜仲的引种栽培逐步向良种化方向发展,一些栽培表现普通的种质及群体面临淘汰和分布区进一步缩减甚至消失的压力,而其中的遗传多样性可能随之消失。本研究以中国林业科学研究院经济林研究开发中心原阳国家杜仲种质资源库收集的种质资源为试验材料,以有效保护和利用杜仲资源为目的,分析了杜仲群体的遗传多样性和遗传结构;从取样方法、取样比例、聚类方法和遗传距离四个层次,在表型水平上构建了杜仲核心种质;采用等位基因数目最大化策略在分子水平上构建了杜仲核心种质;整合了表型和分子标记构建的核心种质;建立了杜仲种质的分子指纹图谱和二维码鉴别系统。主要研究结果如下:(1)杜仲群体的遗传多样性较高,在基因水平上的交流频繁,群体间遗传分化程度低。SSR位点的遗传多样性研究表明,9个SSR引物位点的多态性较高,868个杜仲个体在9个SSR位点上的Shannon信息指数(I)在1.242~1.675之间,平均为1.452;期望杂合度(He)在0.644~0.777之间,平均为0.713;观测杂合度(Ho)在0.379~0.762之间,平均为0.653;多态性信息含量(PIC)在0.712~0.848之间,均值为0.791;基因流(Nm)在1.473~3.002之间,平均为2.378。群体遗传多样性研究表明,42个杜仲群体的平均等位基因数(Na)在3.444~10.333之间,平均为5.823;平均有效等位基因数(Ne)在2.397~4.919之间,平均为3.809;平均Shannon信息指数(I)在0.952~1.762之间,平均为1.452;平均期望杂合度(He)在0.511~0.748之间,平均为0.713;平均观测杂合度(Ho)在0.544~0.789之间,平均为0.653。遗传结构研究表明,42个杜仲群体宜分为2大类群,分别包含28和14个群体。聚类分析表明,42个杜仲群体的分化水平较低。分子方差分析表明,杜仲的遗传变异主要存在于群体内,占96%,群体间的遗传变异占4%,群体间的分化系数Fst值为0.041,群体间平均遗传距离为0.30,平均相似系数为0.72,杜仲群体间相似程度高,短期内不易发生基因水平上的居群分化。保护杜仲的遗传多样性时,应保存尽可能多的种群和特异单株。(2)在表型水平上构建了杜仲雄性资源核心种质。306份杜仲雄性种质,最终获得33份核心材料,取样比例为10.8%。最佳取样策略为:“多次聚类优先取样法+10%的取样比例+最短距离法+马氏距离”,其均值差异百分率(MD)、方差差异百分率(VD)、极差符合率(CR)、变异系数变化率(VR)分别为0%、86.36%、100%和157.62%。核心种质与原始种质在22个表形性状上的多样性指数经t检验差异不显著(0.05)。两者的均值符合率在88.89%~100%之间、多样性指数的符合率在88.55%~98.54%之间,极值符合率均为100%。核心种质很好的代表了原始群体的表型变异特征。(3)在表型水平上构建了杜仲雌性资源核心种质。395份杜仲雌性种质,最终获得46份核心材料,取样比例为11.6%。最佳取样策略为:“多次聚类优先取样法+10%的取样比例+中间距离法+欧氏距离”,其均值差异百分率(MD)、方差差异百分率(VD)、极差符合率(CR)、变异系数变化率(VR)分别为0%、92.59%、100%和147.14%。核心种质与原始种质在27个表型性状上的多样性指数经t检验差异不显著(0.05)。两者的均值符合率在96.05%~100%之间,多样性指数的符合率在85.78~99.52%之间,极值符合率均为100%。核心种质很好的代表了原始群体的表型变异特征。(4)在分子水平上构建了杜仲核心种质。887份杜仲种质基于等位基因数最大化策略得到189份核心种质和698份保留种质,取样比例为21.3%。887份种质在9个SSR位点扩增的等位基因数、平均等位基因数(Na)、平均有效等位基因数(Ne)、平均ShannonWeaver指数(I)、平均观测杂合度(Ho)、平均期望杂合度(He)、平均Nei’s遗传多样性指数(H)、平均基因型数(Ng)、平均多态信息含量(PIC)分别为:107、11.889、5.096、1.812、0.658、0.795、0.925、46.889和0.795。189份核心种质对应的以上参数分别为:107、11.889、5.937、1.970、0.677、0.821、0.939、46.889和0.821。核心种质保留了原始种质100%的等位基因和基因型,并剔除了原始种质中的遗传冗余,使部分遗传多样性参数有所提高。主坐标分析表明,核心种质与原始种质的样品在分布图上有着相似的分布结构,构建的核心种质代表性较好。698份保留种质对应的以上遗传多样性参数分别为:93、10.333、4.877、1.753、0.653、0.787、0.919、36.111和0.787。保留种质保存了原始种质86.9%的等位基因和77%的基因型,去除了遗传多样性丰富的种质材料后,各遗传多样性参数有所下降。保留种质与原始种质的遗传多样性参数经t检验,差异不显著(0.01)。分子水平上筛选出的189份核心种质很好地代表了887份原始种质的遗传多样性。(5)整合了基于表型和分子标记数据构建的核心种质。整合后的核心种质共包含245份材料,最终取样比例为27.6%。整合后的核心种质保留了306份杜仲雄性种质在22个表型性状上的变异特征和全部极值;保留了395份杜仲雌性种质在27个表型性状上的变异特征和全部极值;保留了887份杜仲种质全部的等位基因和全部的基因型。整合后的核心种质对原始种质的表型及遗传多样性保留效果更好。(6)建立了854份杜仲种质的分子指纹图谱和二维码鉴别系统。887份种质基于9对SSR引物可区分出854份种质。利用可区分的854份杜仲种质在9个SSR位点上的指纹代码,在QR编码器中生成二维码。研究结果为今后杜仲种质资源的收集、鉴定、保存和研究利用提供了科学依据。
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【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】：S792.99

【参考文献】