老芒麦野生种质资源的遗传多样性及群体遗传结构研究

论文摘要

研究和了解植物种质间的遗传变异对于其在育种上的有效利用非常有益。自然种群的遗传多样性研究可以为物种保护计划的制定和实施提供参考和借鉴。老芒麦（Esibiricus L.）又名西伯利亚野麦草,是披碱草属的模式种,原生于欧亚大陆北部,具有多年生和自花授粉的习性,为具有StStHH染色体组构成的异源四倍体。其自然分布横跨欧洲的瑞典到东亚的日本,甚至到达北美的阿拉斯加和加拿大,向南可以延伸分布至中国青藏高原的海拔4000米以下的地区。老芒麦一般生长于湿润的草地、河滩、灌木丛中或森林边缘地带。国内对老芒麦的研究多集中在资源评价、栽培技术、种子生产、抗性生理生化等方面;国外的研究更多的是集中于其抗寒性的生化与分子生物学机理及包括老芒麦在内的披碱草属物种的系统分类与进化方面。目前对老芒麦种质的遗传多样性几乎没有相关研究。本研究利用形态-农艺学性状、种子醇溶蛋白和SRAP分子标记评价了来源广泛的老芒麦种质的遗传多样性;同时利用ISSR和RAPD分子标记对青藏高原东南部的8个老芒麦居群进行了群体结构和遗传变异分析。主要结果如下:1.以栽培品种川草2号为对照,观测34份老芒麦野生种质的13个形态和农艺学性状的基本数据,基于欧氏距离进行UPGMA聚类分析,揭示老芒麦各野生种质间的生物多样性。研究结果表明,老芒麦野生种质间表型差异明显,生物多样性丰富。根据聚类结果,供试种质可以划分成3个具有明显形态和农艺性状差异的类群。类群Ⅲ中3份来自新疆的种质和1份来四川红原的种质具有突出的农艺性状表现,其牧草和种子生产性能远高于其它居群。主成分分析的结果与聚类分析基本一致。另外还对野生老芒麦种质的收集和保护提出了建议。2.利用基于APAGE的醇溶蛋白标记对来自亚洲和北美的86份老芒麦种质的遗传多样性和遗传关系进行了分析。电泳共检测到52条醇溶蛋白条带,其中47条为多态性条带,多态性比率达90.4%。种质间遗传相似系数的变幅为0.108～0.952,平均值为0.373,这表明种质间的存在较高水平的遗传多样性。利用Shannon多样性指数反映了类似的结果,即供试种质间的多样性指数达到0.460的较高水平。基于多样性指数计算了老芒麦种质地理类群遗传分化程度,地理类群间和地理群内的遗传变异分别占总变异的55.9%和44.2%。对种质和地理类群的聚类分析结果均显示来源于青藏高原的种质与来源于其它地理来源的种质具有较大的差异,可以分成明显的两支。这种聚类结果可能与种质的地理来源与生态适应性有关。同时还就遗传多样性的范围及种质间的遗传关系做了进一步探讨。3.利用SRAP标记对来自亚洲的84份老芒麦种质的遗传多样性和遗传关系进行了分析。23个引物组合共产生337条扩增带,其中203条为多态性带,多态性比率为60.24%。各种质问遗传相似系数的变幅为0.783到0.965,平均值为0.865。来自于青藏高原和蒙古的种质间的平均GS值最小（0.830）,而来自于俄罗斯和和蒙古的种质间的平均GS值最大（0.897）。对84份种质的聚类分析表明,供试种质可以划分成2大类,而且聚类结果与原始相似性矩阵间的具有很高的吻合度（r=0.88）。同时,主向量分析（PCoA）也得到了与聚类分析类似的结果。分子方差分析（AMOVA）表明在总的遗传变异中有79.62%发生在地理类群内,有20.38%发生在类群间(ΦST=0.204),类群间和类群内的变异均为极显著（P＜0.0001）。基于各地理类群间ΦST值进行的聚类分析也表明青藏高原类群明显区别于其它地理类群。这种聚类模式可能依赖于种质的地理来源赋予其的特殊生态地理适应性。4.本研究利用ISSR分子标记对来自青藏高原东南部的8个老芒麦的遗传多样性和群体遗传结构进行了分析和评价。在100个ISSR引物中筛选出13个能扩增出高度重复性条带的引物。这13个引物共扩增出193条可分辨的条带,其中149条（占77.2%）具有多态性,表明老芒麦居群在物种水平上存在较高水平的变异。相反,各居群的多态性位点比率（PP）在44.04%到54.92%之间变化,表明群体水平的变异较低。群体水平的平均基因多样性（HE）为0.181（变幅为0.164～0.200）,而物种水平的平均基因多样性达0.274。基于Nei.氏基因多样性的群体分化系数达到33.1%,而基于Shannon指数、贝斯叶方法和分子方差分析（AMOVA）的群体分化系数分别为34.5%、33.2%和42.5%。AMOVA分析表明采样地区之间的ISSR变异不存在显著的统计学差异（P=0.08）,然而群体间和群体内的变异分别为42.5%和57.5%,均显示为差异极显著（P＜0.001）。各居群间存在较高的Nei氏遗传一致度。这种遗传变异模式不同于已报导的大多数小麦族自交物种。另外,基于聚类分析和主向量分析的结果表明各居群间存在较为明显的地理分化,即8个居群分化为采集地的南部和北部2个分支。总之,本研究结果表明来自青藏高原东南部的老芒麦居群内部存在较高水平的ISSR变异。5.本研究利用RAPD分子标记对来自青藏高原东南部的8个老芒麦的遗传多样性和群体遗传结构进行了分析和评价。在150个RAPD引物中筛选出25个能扩增出高度重复性条带的引物。这25个引物共扩增出370条可分辨的条带,其中291条（占78.65%）具有多态性,表明供试居群在物种水平上存在较高水平的变异。同时各居群的多态性位点比率（PP）在46.49%到53.78%之间变化,表明群体水平的变异较低。居群水平的平均基因多样性（HE）为0.176（变幅为0.159～0.190）,而物种水平的平均基因多样性达0.264。基于Nei氏基因多样性、Shannon指数和贝叶斯方法的群体分化系数分别为32.0%、33.7%和33.5%。AMOVA分析表明居群内遗传达到总变异的59.9%,而居群间变异仅有40.1%,但二者均达到极显著水平（P＜0.001）。居群间每世代迁入个体数（基因流）达到1.06个。各居群间存在较高的Nei氏遗传一致度。基于RAPD和ISSR的Nei基因多样性指数间存在显著相关。另外,基于聚类分析、主向量分析及AMOVA的结果均表明各居群间存在较为明显的地理分化,即8个居群分化为采集地的南部和北部2个分支,与RAPD结果存在相似性。对该地区老芒麦应尽量选择遗传多样性高的居群实施就地保护。

论文目录

摘要

Abstract

第一章文献综述

1 遗传多样性概念、意义和研究方法

1.1 遗传多样性的概念

1.2 遗传多样性研究的意义

1.3 遗传多样性研究的方法

1.3.1 形态标记

1.3.2 细胞学标记

1.3.3 生化标记

1.3.4 DNA分子标记

1.4 遗传多样性研究的取样方法

2 老芒麦的遗传多样性及育种研究进展

2.1 老芒麦的地理分布与分类地位

2.2 老芒麦遗传多样性的研究进展

2.2.1 形态和农艺性状水平

2.2.2 细胞学水平

2.2.3 蛋白质水平

2.2.4 DNA分子水平

2.3 老芒麦在麦类作物遗传改良中的作用

2.4 老芒麦育种概况

3 本项研究的目的和意义

第二章老芒麦野生种质的形态和农艺性状多样性研究

1 引言

2 材料与方法

2.1 供试材料

2.2 研究方法

2.2.1 试验地概况

2.2.2 播种及移栽

2.2.3 形态学性状测量

2.2.4 农艺性状测量

2.3 数据分析

3 结果与分析

3.1 形态及农艺性状测定结果

3.2 老芒麦种质的聚类分析

3.3 主成分分析

4 讨论与结论

第三章老芒麦种质的醇溶蛋白遗传多样性研究

1 引言

2 材料与方法

2.1 植物材料

2.2 方法

2.3 数据分析

3 结果与分析

3.1 醇溶蛋白多态性

3.2 相似性系数

3.3 供试种质间的聚类分析

3.4 不同地理类群的遗传多样性指数

3.5 地理类群的聚类分析

4 讨论

第四章利用SRAP标记研究老芒麦种质资源的遗传多样性

1 引言

2 材料与方法

2.1 植物材料

2.2 DNA提取

2.3 SRAP扩增

2.4 数据分析

3 结果与分析

3.1 SRAP分析

3.2 种质间的遗传相似性

3.3 聚类系统树和主向量分析（PCA）对种质的划分

3.4 老芒麦地理类群的遗传结构分析

3.5 老芒麦地理类群的聚类分析

4 讨论

4.1 SRAP标记的多态性和变异

4.2 供试种质间及其地理类群间的遗传关系

4.3 供试种质间及其地理类群间的遗传关系

第五章利用ISSR标记评价青藏高原东南部老芒麦居群的遗传多样性

1 引言

2 材料与方法

2.1 植物材料

2.2 DNA提取和ISSR扩增

2.3 数据分析

3 结果与分析

3.1 ISSR多态性

3.2 群体遗传结构

3.3 种群间的亲缘关系

4 讨论

4.1 遗传多样性

4.2 群体遗传结构

4.3 保护遗传学意义

第六章利用RAPD标记分析青藏高原东南部老芒麦居群的遗传结构

1 引言

2 材料与方法

2.1 植物材料

2.2 DNA提取和RAPD扩增

2.3 数据分析

3 结果

3.1 RAPD多态性及居群内遗传多样性

3.2 基于RAPD和ISSR的基因多样性的比较

3.3 居群遗传结构

3.4 居群间的亲缘关系

4 讨论

4.1 遗传多样性

4.2 居群遗传结构

4.3 保护生物学意义

结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文目录

老芒麦野生种质资源的遗传多样性及群体遗传结构研究

论文摘要

论文目录

相关论文文献

猜你喜欢