基于SSR标记的黍稷种质资源遗传多样性及亲缘关系研究

【目的】利用SSR标记,分析黍稷种质资源(野生材料和地方品种)的遗传多样性水平,揭示不同来源黍稷种质资源的亲缘关系和遗传群体结构差异,为黍稷起源进化研究奠定基础。【方法】用6份地理差异显著的黍稷种质资源对137对小宗作物课题组开发的具有多态性的SSR引物进行初步筛选,最终筛选103对条带清晰、扩增良好且多态性稳定的SSR引物,利用这103对多态性SSR标记对146份黍稷材料进行PCR扩增,通过遗传参数、聚类、遗传结构等分析,评估不同个体间及不同群体间的遗传多样性,探讨遗传结构差异。【结果】103对SSR标记共检测出308个等位基因(Na),平均值为2.99,平均Shannon-Weaver指数(I)为0.8478,平均期望杂合度为0.3642,平均多态性信息含量指数(PIC)为0.5544。103对SSR标记的分布区间为0—1、1—2、2—3、3—4和4—5,分辨率范围为0.334—4.002,77.67%的标记分布于区间1—4,具有适度分辨力。国内资源的观测等位基因数(2.9126)、多样性指数(0.8302)、期望杂合度(0.5023)、多态性信息含量指数(0.5278)均高于国外资源,遗传多样性更丰富。12个群体的遗传距离的变化范围为0.0783—0.5762,均值为0.2938;遗传一致度变化范围为0.5620—0.9247,均值为0.75,遗传相似性与地理分布具有一定相关性,地理分布越近,遗传距离越小,遗传一致度越高。聚类分析在遗传距离为0.15处可以把12个群体分为4个组群,其中南美洲和山西资源各自独立分为一支,与其他资源亲缘关系较远。个体间聚类中,国内外资源划分非常显著,在遗传距离为0.63处,146份黍稷资源可分为3大组群,组群Ⅰ和组群Ⅱ为国外资源,组群Ⅲ为国内资源。组群Ⅱ在遗传距离为0.39处又分为3个亚群,组群Ⅲ在遗传距离为0.45处分为5个亚群,其中亚洲与欧洲资源、中国河北与中国山西、中国内蒙古资源的遗传关系较近。遗传结构分析结果显示国内外群体间存在明显的遗传分化,其中5个组群(组群2、组群5、组群6、组群7和组群9)为国内野生资源特有基因型,分布较为分散;2个组群(组群1和组群4)为国外资源特有基因型,分布较为集中。中国宁夏、南美洲资源的群体结构趋向单一化,中国河北、中国黑龙江、亚洲资源的群体结构趋向多元化。UPGMA聚类结果与遗传结构分析结果一致,且不同地区黍稷资源群体间遗传关系远近均与其地理分布相关。【结论】野生资源的遗传多样性高于国外资源,其中中国河北群体的遗传多样性最丰富,中国河北可能是黍稷的起源中心。

新疆、甘肃黍稷资源的遗传多样性与群体遗传结构研究

新疆、甘肃是我国古代丝绸之路的必经之地,同时也是黍稷的主要种植区。研究该地区黍稷种质资源的遗传多样性和群体遗传结构,对于开展黍稷起源进化研究,明确黍稷传播路径具有重要的意义。本研究利用103对SSR标记对来自新疆、甘肃的216份黍稷资源进行了遗传多样性分析,共检测到299个等位基因,平均每个位点产生2.9个等位基因,平均Shannon’s指数为0.7360,平均观测杂合度为0.6298,平均期望杂合度为0.5497,多态性信息含量指数为0.0688~0.7786,均值0.4714,具有中度多态性。216份黍稷资源的近交系数为0.5870,遗传分化系数为0.0383,遗传分化程度很小。甘肃资源的等位基因数、Shannon-Weaver多样性指数、Nei’s期望杂合度和PIC值分别为2.8252、0.7347、0.4501和0.4674,其遗传参数值均大于新疆资源,表明甘肃种质资源的遗传多样性较新疆更丰富。基于遗传距离的聚类分析将216份黍稷资源分为5个类群,类群Ⅰ~Ⅳ共包含7份黍稷资源,与别的资源遗传关系较远;96%的资源集中于类群Ⅴ,在遗传距离为0.38处,类群Ⅴ又分为4个亚群,亚群A和亚群D主要包含甘肃资源,亚群B和亚群C主要包含新疆资源,表明新疆与甘肃资源有明显分离和相互渗透现象。聚类分析与群体遗传结构分析结果相似,均与生态地理分布相关。

糜子特异性SSR标记的开发

根据山西农业大学农学院植物学实验室前期糜子测序所得的转录组序列,设计70对三碱基重复的SSR引物来扩增6份地域差异较远的糜子品种,筛选出多态性的引物。结果表明,70对引物中,67对可以扩增出条带,3对无扩增结果;67对有扩增结果的引物中,17对具多态性,50对没有多态性。利用17对引物扩增6份试材,共检测到47个等位变异;每个位点的等位变异数为2~4个,平均为2.8个;发现多态性信息含量介于0.239 2~0.671 3,基因多样性指数为0.277 8~0.722 3。该结果可为分子标记辅助育种及进化研究提供理论基础。

糜子Ty 1-copia型反转录转座子基因的序列特征及表达分析

[目的]发掘抗旱相关基因,明晰其编码蛋白的理化特征,为糜子育种提供基因元件。[方法]利用生物信息学软件、数据库和在线程序,对糜子Ty1-copia型反转录转座子编码蛋白进行生物信息学分析,同时对该基因进行qRTPCR表达特性分析。[结果]Ty1-copia基因编码蛋白分子式为C483H758N122O135S7,分子量为10 658.49Da,呈弱碱性,是不稳定的疏水蛋白;该蛋白为非分泌型蛋白、无跨膜结构,既不存在于叶绿体上也不存在于线粒体上;二级结构包括4个α螺旋,4个β折叠;三级结构包括1个螺旋结构和2个折叠结构;含4个保守结构域;系统进化树和多重序列比对结果显示糜子保守性较低,与水稻类和毛竹的同源性为64%。实时定量PCR检测结果表明,Ty1-copia表达水平在干旱胁迫处理不同时间点存在显著差异,3h时表达量最高,为对照的2.02倍;8h时该基因呈下调表达,表达量低于对照。[结论]Ty1-copia基因可以由干旱胁迫诱导。