黍稷高基元EST-SSR标记开发及200份核心种质资源遗传多样性分析

为搞清黍稷核心种质资源的遗传背景,开发新的高基元EST-SSR标记用以评估国内不同生态区资源的遗传多样性,为加快黍稷育种进程和挖掘优异种质提供依据。本研究基于转录组测序开发了200个高基元EST-SSR标记并进行多态性筛选,利用筛选到的多态性标记评价200份黍稷核心种质资源的遗传多样性。结果表明,200个标记在6份地理来源差异显著的黍稷材料中有52个呈多态性,开发效率为26%,其中四、五和六碱基重复多态性标记分别为17个(32.7%)、17个(32.7%)和18个(34.6%)。利用52个高基元EST-SSR多态性标记对200份核心资源进行检测,共得到129个观测等位变异,每个位点检测到2~3个;Shannon多样性指数为0.3093~1.0910,平均为0.7277;多态性信息含量为0.1948~0.8211,平均为0.5104。基于UPGMA将200份资源划分为6个群组。基于Structure的遗传结构(K=7)将资源划分为7个类群,黍稷资源主要来自4个(东北地区、华北地区、黄土高原和北方地区)基因库。基于主成分分析将材料聚为6个类群,与其地理来源一致。构建了52个四–六碱基重复EST-SSR标记,开发率为26%;用其分析材料的遗传差异发现黍稷地方核心种质遗传多样性较为丰富。

基于高基元SSR构建黍稷种质资源的分子身份证

为快速鉴定黍稷(Panicum miliaceum)资源,建立大数据管理平台,为种质身份标识和溯源管理提供理论依据。本研究以来源于4个生态栽培区的130份资源为材料,基于35个高基元SSR(四、五和六碱基重复各21、10和4个)构建分子身份证。结果表明,35个标记中有30个扩增条带稳定,可用于分子身份证构建。30个标记共检出等位变异(Na)90个,平均为30个;有效等位变异(Ne)为2.3186~2.9982,平均为2.7607;Shannon多样性指数(I)为0.9158~1.0873,平均为1.0472;Nei’s基因多样性指数(Nei)为0.5687~0.6665,平均为0.6360;多态性信息含量(PIC)为0.5151~0.7898,平均为0.6966;观测杂合度(Ho)为0.5000~-0.8678,平均为0.7168;期望观测杂合度(He)为0.5710~0.6691,平均为0.6386。基于UPGMA聚类将材料划为3个类群(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ),就山西省材料而言,地方品种和育成品种分别划归类群Ⅰ和Ⅲ,农家种在3个类群中均有分布。主成分分析将试材归为4类,聚类结果与其地理来源一致。基于最少标记区分最多种质的原则,剔除相似系数高的3个标记(RYW23、RYW49和RYW51),筛选其余27个标记,发现仅用17个标记组合(RYW35、RYW40、RYW37、RYW18、RYW30、RYW16、RYW20、RYW19、RYW8、RYW5、RYW3、RYW7、RYW1、RYW14、RYW9、RYW6和RYW10)可将全部材料区分。用ID Analysis 4.0、在线条形码生成器和二维码技术(http://barcode.cnaidc.com/app/html/bcgcode128.php和https://cli.im/)构建了130份资源的字符串、条形码和二维码DNA分子身份证。

用高基元微卫星标记分析中国糜子遗传多样性

【目的】开发高基元(4—6)碱基重复微卫星标记,分析种质资源遗传多样性,为糜子遗传和进化研究提供理论基础。【方法】用隶属函数、主成分分析和聚类分析综合评价糜子资源表型多样性,用前期糜子转录组测序获得高基元SSR引物对地理来源差异大的糜子材料进行PCR扩增检测其多态性,用Power Marker 3.25计算遗传多样性参数,用Pop Gen 1.32计算Nei’s遗传距离,用MEGA 5.0进行聚类分析,用Structure 2.2鉴定遗传类群。【结果】96份糜子资源株高和穗长变异最丰富,多样性指数分别为2.08和1.91。PCR扩增发现,占56.29%的85对引物具多态性,其中四、五和六碱基重复引物分别为71对(83.53%)、10对(11.76%)和4对(4.7%)。85个标记扩增产物大小分布为100—450 bp,PIC值平均为0.51,Rp值为1.00—5.75,平均为3.15。四、五和六碱基重复SSR的平均Rp值分别为3.15、2.8和4.0。基于Rp值分析SSR的分布频次,发现85个标记分布区间为0—1、1—2、2—3、3—4、4—5和5—6,分别包含1(1.18%)、15(17.65%)、31(36.47%)、20(23.53%)、12(14.12%)和6(7.06%)个标记,60%(51个)的标记分布在区间2—3和3—4。用85个SSR扩增96份糜子资源,共检测到232个等位变异,每个位点检测到等位变异2—3个,平均2.7294个;62个位点产生3个变异,23个位点产生2个变异;多样性指数为0.2842—1.0633,平均为0.7708;PIC值为0.0400—0.7281,平均为0.4723。不同生态区糜子种质间的遗传距离为0.0093—0.5052(平均为0.1798),遗传一致度为0.6034—0.9907(平均为0.8485)。基于UPGMA将96个糜子基因型聚为4个群组,第一群组主要属于北方春糜子区;第二群主要属于东北春糜子区;第三群组主要属于华北夏糜子区;第四群组主要属于黄土高原春夏糜子区。遗传结构分析将96份试材划分为4个类群,分别代表黄土高原、华北、东北和北方基因库。UPGMA聚类分析和遗传结构分析结果基本一致,均与地理起源相关。【结论】在糜子中构建了85个四、五和六碱基重复微卫星标记,这些高基元SSR的引物分辨率(Rp)高,对不同基因型分辨能力强,PCR扩增多态性好;用其评估中国糜子资源的遗传差异发现,黄土高原春夏糜子区和北方春糜子区资源遗传多样性最丰富。

山西省糜子DNA分子身份证的构建

[目的]利用SSR引物对山西省的糜子种质资源进行划分和管理,通过DNA碱基上的区别,制作符合碱基引物的字符串和条形码,与糜子的种质信息结合,生成DNA分子身份证,以便快速鉴定山西省糜子的种质及其特性。[方法]以来源于山西省的20份糜子资源为材料,利用高基元SSR标记(五、六碱基)进行DNA扩增,并用软件PowerMarker 3.25和PopGen 1.32计算山西省的遗传多样性参数。利用条形码在线软件http://barcode.cnaidc.com/app/html/bcgcode128.php和在线二维码技术https://cli.im/构建DNA条形码和二维码分子身份证。[结果]20份材料在10个等位位点共检测出等位变异10个,观测等位基因为3.0000;有效等位基因为2.5412~2.9862,平均为2.8088;多样性指数为1.0115~1.0963,平均为1.0633;期望杂合度为0.6238~0.6841,平均为0.6433;Nei’s期望杂合度为0.6065~0.6651,平均为0.6433;多态性信息含量为0.5711~0.7962,平均为0.6962,14对碱基引物中有10对引物(RYW1、RYW2、RYW3、RYW5、RYW6、RYW7、RYW8、RYW10、RYW12、RYW14)扩增稳定、多态性好,可用于构建分子身份证,其中RYW1、2、3为六碱基引物,RYW5、6、7、8、10、12、14为五碱基引物。[结论]构建了20份糜子种质的DNA条形码和二维码分子身份证,可为山西省的糜子的种质资源保护及快速鉴定提供科学理论依据。

用微卫星标记分析北方春糜子区黍稷的遗传差异

利用80对高基元SSR引物检测北方春糜子区48份黍稷材料的多态性,用PowerMarker 3.25对多态性进行分析,用Structure 2.2对群体遗传结构进行分析,使用MEGA 5.0构建聚类图,通过PopGen 1.32进行等位基因、有效等位基因数和多样性指数的计算,用NTSYSpc 2.11软件进行主成分分析。结果表明,80个标记在48份材料中检测到206个等位变异,每个位点检测到2~3个,平均2.575个;其中,产生2个变异的位点有34个,产生3个变异的位点有46个。80个位点多样性指数介于0.6655(RYW95)~1.0786(RYW166),平均为0.8608;80个位点PIC值介于0.1850(RYW151)~0.7062(RYW111),平均为0.4536。不同地区的黍稷种质间的遗传距离为0.0286~0.0456,遗传一致度为0.9555~0.9736。基于UPGMA聚类分析,48份黍稷分为3个类群,类群Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ分别以青海、山西和内蒙古材料为主。Structure分析结果将参试材料分为4个群组,分别以青海、内蒙古、甘肃和山西材料为主。PCA主成分分析发现,第1类群试验材料均来自青海,第2类群试验材料均来自甘肃,第3类群试验材料均来自内蒙古,第4类群试验材料均来自山西。通过对北方春糜子区48份样本黍稷的遗传多样性、遗传距离和遗传一致性分析,发现青海省材料具有最丰富的遗传多样性和复杂的遗传背景。