基于形态、叶绿体基因组及核基因组SSR的仁用杏分类地位研究

发布时间：2018-12-17 15:22

【摘要】：仁用杏是我国特有的生态经济型树种,也是我国六大木本粮油树种之一。仁用杏浑身是宝,被誉为“铁杆庄家”。与其他杏相比,仁用杏具有适应性强、丰产、出仁率高、营养和经济价值高等优良特点,具有极高的生态维护功能和开发利用潜力。但目前关于仁用杏的分类地位在学术界尚有争议,遗传背景不清晰,阻碍了仁用杏长期育种工程研究的进展,从而制约了这一优良遗传资源的产业化开发。本研究选取仁用杏、普通杏和西伯利亚杏,分别采用形态学分类法、叶绿体全基因组序列比对分析及核基因组SSR分析技术,对仁用杏的分类地位进行了系统研究。主要研究结果如下:1、基于形态特征的遗传多样性分析,发现仁用杏、普通杏和西伯利亚杏在叶片、花、果实、果核、核仁性状上变异类型较多且变异幅度较大,其中,变异系数最大的性状为果肉质量(0.72),最小的为叶形指数(0.05);表明我国仁用杏、普通杏和西伯利亚杏资源具有丰富的遗传变异,其中,普通杏表型变异最丰富,西伯利亚杏次之,而仁用杏遗传多样性最低。2、仁用杏、普通杏和西伯利亚杏叶绿体基因组的测定及分析,发现西伯利亚杏叶绿体基因组最长(158224 bp),仁用杏次之(157994 bp),而普通杏最小(157951 bp),这主要是由于杏属叶绿体基因组LSC和SSC区长度差异造成;杏属叶绿体基因组均由LSC、SSC、IRa和IRb四部分组成,共含有129个基因,包括85个蛋白编码基因、36个tRNA、8个rRNA,其基因顺序与桃、樱桃、梨和烟草等一致,并未发生过重排事件。杏属叶绿体基因组SSR、SNP、indel和IR/SC边界区具有丰富的变异,可用于杏种质鉴定、群体遗传结构和系统进化研究。3、基于核基因组SSR的遗传多样性分析,发现我国仁用杏、普通杏和西伯利亚杏资源具有丰富的遗传多样性(He=0.85,I=2.20),其中,普通杏遗传多样性最高(He=0.76,I=1.64),西伯利亚杏次之(He=0.76,I=1.59),仁用杏最低(He=0.72,I=1.45)。遗传分化(Fst)和基因流(Nm)分析表明,种间Fst和Nm分别为0.07~0.12和2.14~3.18,说明种间存在中等程度的遗传分化,但此时,基因流可以防止遗传漂变引起的遗传分化(Nm1)。分子方差分析表明,有12.41%的遗传变异来自种间,而87.59%的遗传变异来自种内。4、通过形态指标的单因素方差分析和主成分分析,发现仁用杏绝大多数形态指标大于西伯利亚杏,偏向于普通杏;其中,仁用杏与西伯利亚杏的叶片长、叶片宽、叶柄长等27个性状呈极显著或显著差异;仁用杏与普通杏的果实开裂与否、果实长、果实宽等17个性状呈极显著或显著差异。利用形态特征进行聚类分析,发现仁用杏与普通杏亲缘关系最近。5、基于叶绿体全基因组序列比对分析,发现仁用杏与普通杏、西伯利亚杏间SSR、SNP和indel等遗传变异主要发生在非编码区,其中,仁用杏与西伯利亚杏共有的SSR位点为43个,而仁用杏与普通杏共有的SSR位点为53个;仁用杏与西伯利亚杏间检测到683个SNP,而仁用杏与普通杏间检测到346个SNP;仁用杏与普通杏、西伯利亚杏分别有22和66处发生indel事件。基于叶绿体基因组77个共有蛋白编码基因对28个物种进行系统进化分析显示,杏属植物中仁用杏与普通杏亲缘关系最近。因此,无论是在叶绿体基因组非编码序列还是在编码序列,仁用杏均与普通杏较相似,亲缘关系最近。6、核基因组SSR进行的Structure分析、UPGMA关系树、NJ邻接关系树和PCoA分析结果均显示,仁用杏与普通杏亲缘关系最近;与华北地区(河北、陕西)、西北地区(陕西)、东北地区(辽宁)和华东地区(山东)普通杏具有相似的遗传背景。综上所述,仁用杏与普通杏亲缘关系最近,但是仁用杏与普通杏也具有一定的稳定差异。因此,基于表型特征、叶绿体基因组和核基因组SSR以及种下分类单元的概念,认为仁用杏可能是普通杏的一个变种。
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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】：S662.2

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