中國栽培和野生大豆的遺傳多樣性、群體分化和演化及其育種性狀QTL的關(guān)聯(lián)分析.pdf

1、栽培大豆[Glycine MAX(L.) Merr.]原產(chǎn)于我國，其野生祖先一年生野生大豆(Glycine soja Sieb. et Zucc.)廣泛分布于東亞，栽培大豆的起源演化問題是植物學(xué)家和大豆育種家長期關(guān)注的問題。本研究選用60對分布于全基因組的細胞核SSR標(biāo)記(nuSSR)和11對葉綠體SSR(cpSSR)標(biāo)記，檢測了由393份地方品種和196份野生大豆組成的全國代表性樣本的細胞核、葉綠體基因組的變異，目的是在解析不同生態(tài)群

2、體核、質(zhì)基因組的遺傳多樣性的基礎(chǔ)上，揭示種群分化和地理分化的遺傳基礎(chǔ)，推論生態(tài)群體間遺傳進化的途徑；此外，利用代表性樣本nuSSR標(biāo)記的基因型數(shù)據(jù)，在分析成對位點連鎖不平衡、群體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，結(jié)合生育期、產(chǎn)量、品質(zhì)等20個育種性狀重復(fù)鑒定的表型數(shù)據(jù)，進行性狀與標(biāo)記的關(guān)聯(lián)分析，目標(biāo)是發(fā)掘栽培、野生群體中與主要育種性狀相關(guān)聯(lián)的nuSSR位點及其等位變異，并明確攜有優(yōu)良等位變異的載體材料。主要結(jié)果如下： 1.中國栽培和野生大豆的遺傳多

3、樣性、群體分化和演化 (1)栽培、野生群體的nuSSR變異都很豐富(A值分別為980、1067)，cpSSR變異較小(A值分別為44、57)。野生大豆在核質(zhì)水平的遺傳豐富度、Simpson指數(shù)都明顯高于栽培大豆，表明栽培大豆在經(jīng)歷馴化過程后遺傳多樣性下降了。然而，在栽培大豆中檢出的980個nuSSR等位變異中，有603個(61.5％)等位變異與野生大豆中檢出的一致，另外也出現(xiàn)了377個(38.5％)新增等位變異，在檢出的44個c

4、pSSR等位變異中，也有7個(15.9％)是新增等位變異，可見人工進化在促成栽培大豆核質(zhì)水平的變異上是有顯著效用的；栽培生態(tài)群體中，以南方3個生態(tài)群體(中南、華南、西南)的遺傳多樣性較高，野生生態(tài)群體中以長江中下游野生群體遺傳多樣性較高；cpSSR等位變異NTCP10-117在所有栽培大豆生態(tài)群體中都有不同頻率的分布，野生群體中只在長江中下游群體材料有分布。 (2)基于nuSSR、cpSSR標(biāo)記的分子方差分析表明，除栽培大豆生態(tài)

5、群體間葉綠體水平差異不顯著外，野生大豆與栽培大豆種間及種內(nèi)各亞群間在核質(zhì)DNA分子水平差異都達極顯著；參試材料基于遺傳數(shù)據(jù)的聚類與材料的生態(tài)群體歸類經(jīng)過x2測驗分析呈極顯著相關(guān)；各栽培及野生生態(tài)群體在核、質(zhì)基因組水平都或多或少具有各自的特有、特缺等位變異。說明中國栽培和野生大豆生態(tài)地理分化是有遺傳基礎(chǔ)的。 (3)栽培、野生材料聯(lián)合聚類圖揭示與栽培大豆親緣關(guān)系最近的野生類型大多為長江中下游及西南、中南野生生態(tài)群體；進一步對各生態(tài)群

6、體間進行UPGMA遺傳聚類，發(fā)現(xiàn)在各栽培大豆生態(tài)類型與野生大豆生態(tài)群體的遺傳距離中，都以與長江中下游野生大豆群體的遺傳距離最近，由此推測在南方野生群體中尤以長江中下游野生大豆可能是栽培大豆的野生祖先。 2.中國栽培和野生大豆育種性狀QTL的關(guān)聯(lián)分析 (1)栽培群體的連鎖不平衡成對位點數(shù)較野生群體多，但野生群體位點間連鎖不平衡程度高，隨距離的衰減慢。通過群體SSR數(shù)據(jù)遺傳結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，栽培和野生群體分別由9和4個亞群體組成

7、，亞群的劃分與群體地理生態(tài)類型相關(guān)聯(lián)，也再次證實地理生態(tài)類型的劃分是有其遺傳基礎(chǔ)。 (2)在栽培和野生大豆代表性樣本中累計檢測到與農(nóng)藝性狀相關(guān)聯(lián)的nuSSR有91個位點(次)；與品質(zhì)及加工性狀相關(guān)聯(lián)的位點有39個位點(次)。關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn)的主要性狀QTL位點數(shù)多于由家系連鎖定位(family-based linkage mapping)所得的位點數(shù)。野生群體中農(nóng)藝性狀關(guān)聯(lián)位點的檢出率高于栽培大豆群體，而品質(zhì)、加工性狀關(guān)聯(lián)位點的檢出

8、率卻明顯低于栽培大豆；栽培群體中累計有27個位點與性狀相關(guān)；野生大豆種質(zhì)中累計有34個位點與性狀相關(guān)聯(lián)。部分標(biāo)記在兩類群體中都表現(xiàn)與同一性狀關(guān)聯(lián)，檢出的位點有一致性，也有互補性；一些標(biāo)記同時與2個或多個性狀相關(guān)聯(lián)，可能是性狀相關(guān)乃至一因多效的遺傳基礎(chǔ)；關(guān)聯(lián)位點中累計有32個位點(次)與遺傳群體連鎖分析定位的QTL一致。 (3)以攜帶“無效等位基因(null allele)”材料表型均值為對照，對與性狀關(guān)聯(lián)位點的等位變異作了進一步

9、的解析，估計了等位變異的潛在表型效應(yīng)增量(減量)，利用該信息估計位點增效(減效)等位變異的平均效應(yīng)。發(fā)現(xiàn)在栽培及野生種質(zhì)中檢出的優(yōu)異等位變異有同、有異、有互補性；關(guān)聯(lián)位點正、負(fù)效應(yīng)等位變異均值間有差異；多性狀關(guān)聯(lián)位點其等位變異在不同性狀間各有其表型效應(yīng)的方向和大??；等位變異在相關(guān)性狀效應(yīng)上方向、大小的異同解釋了性狀間正、負(fù)相關(guān)的遺傳原因。研究鑒別出了一批農(nóng)藝品質(zhì)性狀的關(guān)聯(lián)優(yōu)異位點、等位變異及攜帶優(yōu)異等位變異的載體材料；關(guān)聯(lián)作圖得到的信息