中國(guó)玉米地方品種的多樣性研究與種族劃分.pdf

1、玉米是我國(guó)重要的糧、經(jīng)、飼兼用作物之一，在我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位。自傳入我國(guó)后，經(jīng)過(guò)近500年的種植與栽培，在對(duì)我國(guó)復(fù)雜多樣的生態(tài)環(huán)境的適應(yīng)過(guò)程中，形成了大量的地方品種，并在這些品種中積累了廣泛的遺傳變異。作為一種重要的基礎(chǔ)資源，地方品種為我國(guó)早期的玉米生產(chǎn)作出了重要貢獻(xiàn)，并對(duì)后續(xù)的品種選育與改良具有重要的意義。因此，對(duì)這部分資源進(jìn)行全面、精細(xì)的評(píng)價(jià)則是高效管理與深入利用這些資源的基礎(chǔ)與關(guān)鍵。從20世紀(jì)50年代至90年代末，我國(guó)共收

2、集與保存玉米品種16779份，其中包括地方品種13521份。盡管我國(guó)玉米品種資源的收集工作開展較早，并取得了顯著成效，但對(duì)這些資源的全面評(píng)價(jià)與相關(guān)研究則嚴(yán)重滯后，尤其是地方品種資源。并且有關(guān)我國(guó)玉米品種的種族劃分的正式研究，至今仍未開展。 基于品種的地理來(lái)源與表型多樣性評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院構(gòu)建了我國(guó)玉米地方品種的核心種質(zhì)。本研究以這些核心種質(zhì)為材料，對(duì)我國(guó)玉米地方品種進(jìn)行了系統(tǒng)的多樣性研究與種族劃分，目的在于： 1)

3、全面分析我國(guó)玉米地方品種的表型多樣性，并比較來(lái)自不同生態(tài)區(qū)的地方品種在表型多樣性上的差異； 2)評(píng)價(jià)我國(guó)玉米地方品種在DNA水平上的遺傳多樣性，并分析這些品種的遺傳多樣性在不同生態(tài)區(qū)之間的分布； 3)了解我國(guó)玉米地方品種的群體結(jié)構(gòu)以及各亞群的遺傳多樣性水平； 4)明確我國(guó)玉米地方品種的種族結(jié)構(gòu)； 5)構(gòu)建我國(guó)玉米地方品種的微核心種質(zhì)，為我國(guó)玉米地方品種資源的有效管理、深入利用以及后續(xù)的相關(guān)研究建立一個(gè)高效

4、的可行性平臺(tái)。 本研究廣泛選取了30個(gè)表型性狀以及覆蓋玉米全基因組的55個(gè)SSR標(biāo)記展開了我國(guó)玉米地方品種的全面分析，主要研究結(jié)論如下： 1.基于27個(gè)數(shù)量性狀與3個(gè)質(zhì)量性狀的Shannon-Weaver多樣性指數(shù)分析結(jié)果顯示，我國(guó)玉米地方品種存在較高水平的表型多樣性。其中，表型多樣性最高的是百粒重與株高，其Shannon-Weaver多樣性指數(shù)依次為2.10與2.09，而多樣性水平最低的是軸色與抽雄-散粉間隔期，其Sh

5、annon-Weaver多樣性指數(shù)僅0.64與0.84。來(lái)自9個(gè)生態(tài)區(qū)的品種存在較大表型多樣性差異，其中，西南區(qū)玉米地方品種的表型多樣性水平最高，而西北區(qū)與高原區(qū)則相對(duì)較低。表型多樣性的分析結(jié)果表明，西南生態(tài)區(qū)玉米種質(zhì)資源的表型變異明顯高于另8個(gè)區(qū)，具有較高的保護(hù)價(jià)值和利用潛力。 2.利用覆蓋玉米全基因組的55個(gè)SSR標(biāo)記，采用TP-M13-SSR檢測(cè)技術(shù)研究了846份玉米核心地方品種的遺傳多樣性，并比較了不同類型的SSR標(biāo)記在

6、揭示研究材料遺傳多樣性上的差異。結(jié)果顯示我國(guó)玉米核心地方品種的平均遺傳多樣性為0.65，總等位變異805個(gè)，平均14.64個(gè)/位點(diǎn)，特異等位變異114個(gè)，平均2.07個(gè)，位點(diǎn)，稀有等位變異597個(gè)，平均10.85個(gè)/位點(diǎn)。來(lái)自9個(gè)生態(tài)區(qū)的品種的遺傳多樣性水平比較一致，但在等位變異上存在明顯差異，其中等位變異數(shù)、特異等位變異數(shù)與稀有等位變異數(shù)最高的均是西南區(qū)，依次為621個(gè)、40個(gè)和433個(gè)，明顯高于另8個(gè)生態(tài)區(qū)，說(shuō)明該區(qū)的玉米地方品種存

7、在最豐富的等位變異。 在55個(gè)SSRs中。重復(fù)序列為2bp的SSRs在等位變異的檢測(cè)效率上明顯高于重復(fù)序列>2bp的SSRs(P=0.0144)，在遺傳多樣性的檢測(cè)效率上也明顯高于后者(P<<0.001)?；騼?nèi)SSRs在等位變異的檢測(cè)效率上與基因間SSRs差異不顯著(P=0.3563)，但在遺傳多樣性的檢測(cè)效率上則顯著高于后者(P=0.0125) 3.基于模型(Model-based)的群體結(jié)構(gòu)分析將我國(guó)玉米核心地方品

8、種劃分為5個(gè)亞群，其中來(lái)自3個(gè)玉米主產(chǎn)區(qū)西南區(qū)、黃淮海區(qū)與北方區(qū)的品種依次構(gòu)成了亞群2、亞群3與亞群4，而來(lái)自南方區(qū)的品種則構(gòu)成了其余的2個(gè)亞群，其中來(lái)自廣東、海南以及部分來(lái)自江西品種構(gòu)成了亞群5，而來(lái)自該區(qū)其它省市的品種則構(gòu)成了亞群1846份核心地方品種的群體結(jié)構(gòu)分析結(jié)果顯示了我國(guó)玉米地方品種在群體結(jié)構(gòu)上存在極明顯的地理來(lái)源特征。 4.基于30個(gè)表型性狀的主成分分析所確定的12個(gè)主要候選性狀，開展了我國(guó)玉米地方品種的種族劃分研

9、究。結(jié)果將我國(guó)760份核心玉米地方品種劃分為9個(gè)種族，綜合各種族所包含品種的地理來(lái)源以及在4個(gè)花期相關(guān)性狀與主莖葉片數(shù)所構(gòu)建的綜合生育期上的具體表現(xiàn)，將這9個(gè)種族依次定名為西南馬齒種族、西南糯玉米種族、北方硬粒種族、西南白色硬粒種族、黃色硬粒種族、西南黃色硬粒種族、衍生種族、北方馬齒種族與爆裂種族。 5.以最多等位變異捕獲量為選擇依據(jù)，基于核心種質(zhì)構(gòu)建了我國(guó)玉米地方品種的微核心種質(zhì)。285份微核心種質(zhì)中有233份分別來(lái)自我國(guó)的2

10、9個(gè)省、市與地區(qū)，有52份則引自美洲、歐洲與其它國(guó)家，具有廣泛的地理來(lái)源?；?5個(gè)覆蓋玉米全基因組的SSR標(biāo)記的遺傳多樣性分析顯示，285份微核心種質(zhì)在等位變異與稀有等位變異上分別捕獲了核心種質(zhì)的91.05％與83.32％，且與核心種質(zhì)差異不顯著(P值分別為0.4119和0.2126)，其遺傳多樣性則為0.65，與核心種質(zhì)的差異也不顯著(P=0.6019)。此外基于55個(gè)SSRs的聚類結(jié)果顯示285份微核心種質(zhì)中來(lái)自北方區(qū)、黃淮海區(qū)、