中国旱稻籼亚种的遗传多样性及其遗传结构  

刘雪梅 , 高东 , 安凤明 , 彭燕 , 何霞红
云南农业大学农业生物多样性应用技术国家工程中心, 教育部农作物多样性与病害控制重点实验室, 昆明, 650201
作者    通讯作者
《分子植物育种》网络版, 2012 年, 第 10 卷, 第 21 篇   doi: 10.5376/mpb.cn.2012.10.0021
收稿日期: 2012年04月02日    接受日期: 2012年04月18日    发表日期: 2012年05月15日
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引用格式(中文):
刘雪梅等, 2012, 中国旱稻籼亚种的遗传多样性及其遗传结构, 分子植物育种(online) Vol.10 No.21 pp.1151-1156 (doi: 10.5376/mpb. cn.2012.10.0021)
引用格式(英文):
Liu et al., 2012, Genetic Diversity and Structure in indica Upland Rice in China, Fenzi Zhiwu Yuzhong (online) (Molecular Plant Breeding) Vol.10 No.21 pp.1151-1156 (doi: 10.5376/mpb.cn.2012.10.0021)

摘要

旱稻具有耐旱、耐贫瘠、适应性广等特点,是稻作育种中的一种特殊的遗传资源。为了更好地利用旱稻种质资源指导稻作育种,本研究利用 72 对SSR引物对来自中国 11 个省份的 105 份籼型旱稻地方品种进行了SSR 遗传多样性、遗传距离和聚类分析。结果表明,共检测到 551 个等位变异,平均每对引物检测到 7.653 个,等位变异范围 3~16;平均有效等位基因座数为 3.589 个,变幅为 1.542~7.979;平均Shannon指数为 1.438,变幅为 0.671~2.364。Shannon多样性指数以贵州最高,广西、海南和云南次之。基于 72 对SSR引物的系统聚类不能较好地区分我国籼型旱稻地方品种的地理来源,省份间地理位置距离与其籼型旱稻地方品种间遗传距离不完全一致。

关键词
旱稻;地方品种;微卫星标记;遗传多样性;遗传结构

在遗传理论和育种实践的指导下,近代作物育种取得了显著成就,不仅育种上取得重大突破,而且选育出一系列突破性品种,这些均得益于关键性优异种质资源的发现与利用。如“绿色革命”得益于籼稻矮源低脚乌尖(Sasaki et al., 2002)、小麦矮源农林10号(Peng et al., 1999)等;双低油菜新品种选育得益于油菜品种Liho (Stefansson et al., 1961)、Bronowski (Abbadi et al., 2011);美国大豆生产得益于北京小黑豆(Hartwig, 1981);我国水稻的矮秆育种得益于矮源矮脚南特和矮子粘(潘家驹, 1994);国内外杂交油菜的发展得益于Polima雄性不育细胞质;小麦抗锈育种得益于小麦IBL/1RS易位系(Rabinovich, 1998);玉米和大麦营养品质的遗传改良得益于玉米高赖氨酸突变体Opaque-2 (Yau et al., 1999)和高蛋白、赖氨酸大麦Hiprolys (潘家驹, 1994)。事实说明,特异种质资源是育种目标得以实现的关键。

经过长期人工驯化,近代遗传育种和集约化种植,栽培稻遗传基础越来越狭窄,对不良环境因子和病虫害有益的一些稀有等位基因缺失(高东等, 2010; 江云珠等, 2010)。有研究表明从20世纪50年代起水稻选育品种的遗传多样性一直呈下降趋势(华蕾等, 2007),系谱显示大面积推广的品种均来源于矮仔占、南特号、农垦58和银坊主等少数品种(魏兴华等, 2010),其在同工酶上的等位基因数仅为地方品种的73.1%,58.3%的位点上都丢失了数目不等的等位基因(魏兴华等, 2003)。水稻育成品种狭窄的遗传背景已成为育种改良的瓶颈。旱稻(Upland Rice)是栽培稻四种生态型之一(王英等, 2011),具有耐旱、耐贫瘠、适应性广等特点,是稻作育种中的一种特殊的遗传资源(翟伟等, 2010)。我国旱稻种质资源丰富,有效利用不足。已报道旱稻种质RAPD (任光俊等, 2005)、SSR (杨学辉等, 2009b)以及表型多样性(龚志莲等, 2004; 杨学辉等, 2009a)的研究存在供试材料偏少、区域性代表性较差等不足。本研究利用72对SSR引物对来自中国11个省份的105份籼型旱稻地方品种进行了SSR遗传多样性、遗传距离和聚类分析。旨在为旱稻种质资源在水稻育种中的有效利用提供依据。

1结果分析
1.1微卫星位点多态性

表1显示,我国籼型旱稻地方种质资源具有丰富的微卫星位点多态性,供试72对具多态的SSR引物共检测到551个等位变异,且不同SSR位点变异较大,每一位点等位基因数变幅为3~16,平均每对引物检测到7.653个,平均有效等位基因座数为3.589个。11染色体上等位变异最多(RM206, Na=15; RM224, Na=13; RM209, Na=11; RM21, Na=10),其次4号染色体也有较多的等位变异,3和5号染色体的等位变异较弱。等位变异≥15的位点有4个;10≤等位变异<15的位点共有16个;5≤等位变异<10 的位点有43个;等位变异<5的位点仅有9个。RM3位点有效等位变异最高(Ne=7.979),RM25位点有效等位变异最低(Ne=1.542)。Shannon多样性指数RM3位点最高(I=2.364),RM277位点最低(I=0.671),平均为1.438。

 

表1 中国旱稻地方品种籼亚种SSR位点遗传多态性
Table 1 Genetic polymorphism of SSR loci in indica upland rice landraces in China


表2结果显示,我国11个省或地区籼型旱稻地方种质资源等位变异分布不均,贵州、广西、云南、海南和台湾省等位变异较高,分别为250、247、220、204和182个;湖北旱稻地方种质资源等位变异最低。上述5省旱稻地方种质资源的有效等位变异也较高,次序一致,贵州(194.014)>广西(173.173)>云南(169.305)>海南(165.551)>台湾(161.386)。Shannon多样性指数具有类似结果,次序稍有变动,贵州(1.039)>广西(0.969)>海南(0.879)>云南(0.849)>台湾(0.825)。
 
 

表2 不同地区组旱稻地方品种籼亚种SSR位点遗传多态性
Table 2 Genetic polymorphism of SSR loci in indica upland rice landraces among 11 geographical regions of China


1.2聚类分析与遗传结构
来自11个省的籼型旱稻地方品种间Nei遗传距离范围在0.133~0.465之间,表明11个省间旱稻种质遗传差异大小各异,有些省份旱稻种质遗传差异小,有些省份遗传差异大。基于Nei遗传距离进行UPGMA系统聚类(图1),结果显示云南和贵州及广西间的旱稻种质遗传距离最近(GD=0.133, 0.139);其次依次为浙江和湖南间(GD=0.188),江苏和湖北间(GD=0.203)。在Nei遗传距离为0.303处可划分为3类:(江苏∪湖北)∪福建;((浙江∪湖南)∪海南)∪广东;((云南∪贵州)∪广西)∪台湾。

 

图1 中国11地区旱稻地方品种粳亚种聚类图
Figure 1 Dendrogram of the indica upland rice landraces from 11 geographical regions, China


2讨论
2.1旱稻籼亚种的SSR位点遗传多样性

王一平等(2007)研究了分布于全球主要旱稻种植区域(南美、非洲和亚洲其他国家及中国) 15个国家的144份旱稻品种,38对SSR标记检测到平均等位基因数为3.6;杨志奇(2008)研究了中国328份粳稻地方品种,72对SSR引物检测到平均等位基因数为9.72;张立娜等(2010)研究了中国158份旱稻地方品种,39对SSR引物检测到平均等位基因数为7.90。本研究利用72对SSR引物对中国105份旱稻地方品种籼亚种的研究表明,平均等位基因数为7.96。本研究检测平均等位基因数高于王一平等(2007)、张立娜等(2010)和杨志奇等(2008)的研究结果,究其原因可能是所选用的多态性引物多,试验材料的种质类型及来源不同。可见,进行种质资源SSR遗传多样性分析,保证足够的样品和多态性引物数量是确保获得可靠结果的先决条件。本研究和前人研究(张立娜等, 2010)结果均表明,RM219、RM241、RM3、RM206、RM72、RM232、RM224、RM302、RM551、RM413、RM11和RM209等标记表现为较高的等位变异,是分析籼型旱稻资源遗传多样性的理想引物。

2.2旱稻籼亚种的遗传结构
张媛媛等(2007; 2011)用61和78对SSR引物分别对原产于中国14个省的440份和280份籼稻地方品种进行了遗传多样性分析,发现遗传距离变异范围约为0.071~0.408和0.113~0.341。张立娜等(2010)研究表明,中国11个省份或地区籼型旱稻地方品种距离变异范围为0.104 1~0.599 3。本研究表明,中国11个省份或地区旱稻地方品种籼亚种间的遗传一致性为0.133~0.465。上述研究的材料和引物不尽相同,结果也不尽相同,表明中国不同省份或地区的不同稻种类型不同SSR位点的遗传多样性和遗传结构不尽相同。

Nybom (2004)研究表明,抽样群体间地理距离和SSR遗传距离相关。张媛媛等(2007; 2011),张立娜等(2010)和杨志奇(2008)的研究结果均基本支持这一观点。本研究基于遗传距离的聚类结果表明,中国11个省份或地区旱稻地方品种籼亚种抽样群体间地理距离和SSR遗传距离的相关性不如粳亚种明晰,结果暗示,旱稻地方品种籼亚种地理隔离现象不明显。王一平等(2007)的结果显示,世界范围不同地理来源的旱稻地理隔离现象已不明显,这与世界范围旱稻种质的交流和引种密不可分。我国旱稻地方品种籼亚种地理隔离现象淡化的原因有待研究。

3材料与方法
3.1材料

供试材料来自课题组构建的旱稻地方品种核心种子库和国家库,以云南、贵州和广西为主,基于自然地理分布密度,随机抽取105份旱稻地方粳亚种,覆盖了我国14个省或地区,核心种子库中仅存1~2份的省份没有覆盖。具体分布为云南、贵州和广西各25份,江苏、湖南、湖北、福建、浙江和台湾各4份,广东和海南各3份。

3.2 DNA抽提及PCR检测
参考前人研究结果,每条染色体各筛选6对多态性高的SSR引物(表1)。取10个单株代表每份材料,CTAB法混合抽提全基因组DNA (Song et al., 2003)。PCR反应体系(20 μL)含1×Buffer,0.2 mmol/L dNTP (每一成分均为0.2 mmol/L),1 μmol SSR引物,50 ng模板DNA及1 U Taq酶。扩增程序为:94℃预变性2 min,94℃ 40 s,55℃ 30 s,72℃ 40 s,36个循环,72℃延伸10 min。采用6%聚丙烯酰胺变性凝胶电泳及银染法检测扩增结果(高东等, 2009)。

3.3数据处理
SSR扩增带型采用基因型统计,并建立相应的数据库(高东等, 2011)。采用POPGENE (Yeh et al., 1999)分析遗传多样性参数。NTSYS程序(Rohlf, 1997)软件完成参试材料间欧氏距离计算,采用非加权平均数(UPGMA),依据遗传距离绘制树状聚类图。

作者贡献
高东为本研究的构思者及负责人,刘雪梅,安凤明,彭燕负责试验设计、试验研究的执行和论文初稿的写作;何霞红参与数据分析及论文修改。全体作者都阅读并同意最终的文本。

致谢
本研究由国家重点基础研究发展计划(973项目)课题(2011CB100406)资助。

参考文献
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