中國(guó)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(guó)，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(wèn)題是植物學(xué)家和大豆育種家長(zhǎng)期關(guān)注的問(wèn)題。本研究選用60對(duì)分布于全基因組的細(xì)胞核SSR標(biāo)記(nuSSR)和11對(duì)葉綠體SSR(cpSSR)標(biāo)記，檢測(cè)了由393份地方品種和196份野生大豆組成的全國(guó)代表性樣本的細(xì)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(jìn)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(duì)位點(diǎn)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(gè)育種性狀重復(fù)鑒定的表型數(shù)據(jù)，進(jìn)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(diǎn)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(guó)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(guò)程后遺傳多樣性下降了。然而，在栽培大豆中檢出的980個(gè)nuSSR等位變異中，有603個(gè)(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(gè)(38.5％)新增等位變異，在檢出的44個(gè)c

4、pSSR等位變異中，也有7個(gè)(15.9％)是新增等位變異，可見(jiàn)人工進(jìn)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(gè)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(zhǎng)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(zhǎng)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(dá)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(guò)x2測(cè)驗(yàn)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(shuō)明中國(guó)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(zhǎng)江中下游及西南、中南野生生態(tài)群體；進(jìn)一步對(duì)各生態(tài)群

6、體間進(jìn)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(zhǎng)江中下游野生大豆群體的遺傳距離最近，由此推測(cè)在南方野生群體中尤以長(zhǎng)江中下游野生大豆可能是栽培大豆的野生祖先。 2.中國(guó)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(duì)位點(diǎn)數(shù)較野生群體多，但野生群體位點(diǎn)間連鎖不平衡程度高，隨距離的衰減慢。通過(guò)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(gè)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(shí)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(jì)檢測(cè)到與農(nóng)藝性狀相關(guān)聯(lián)的nuSSR有91個(gè)位點(diǎn)(次)；與品質(zhì)及加工性狀相關(guān)聯(lián)的位點(diǎn)有39個(gè)位點(diǎn)(次)。關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn)的主要性狀QTL位點(diǎn)數(shù)多于由家系連鎖定位(family-based linkage mapping)所得的位點(diǎn)數(shù)。野生群體中農(nóng)藝性狀關(guān)聯(lián)位點(diǎn)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(diǎn)的檢出

8、率卻明顯低于栽培大豆；栽培群體中累計(jì)有27個(gè)位點(diǎn)與性狀相關(guān)；野生大豆種質(zhì)中累計(jì)有34個(gè)位點(diǎn)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(diǎn)有一致性，也有互補(bǔ)性；一些標(biāo)記同時(shí)與2個(gè)或多個(gè)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(diǎn)中累計(jì)有32個(gè)位點(diǎn)(次)與遺傳群體連鎖分析定位的QTL一致。 (3)以攜帶“無(wú)效等位基因(null allele)”材料表型均值為對(duì)照，對(duì)與性狀關(guān)聯(lián)位點(diǎn)的等位變異作了進(jìn)一步

9、的解析，估計(jì)了等位變異的潛在表型效應(yīng)增量(減量)，利用該信息估計(jì)位點(diǎn)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(bǔ)性；關(guān)聯(lián)位點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)、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