江苏、海南两省杂草稻遗传多样性及起源分析

论文摘要

随着水稻直播等轻型栽培方式的推行,杂草稻已成为稻田中最主要的杂草之一,其一般具有强落粒性和种子休眠性等杂草特性。目前,各地报道的杂草稻形态变异较大,尚缺乏统一的鉴定标准。与形态学变化极端多样性相矛盾的是,在许多地区通过遗传分子标记分析的遗传多样性值较低。因此有必要在较大的地理尺度上研究其遗传多样性及不同地区间的亲缘关系,明确其遗传结构和分析其起源和演化的途径。这对指导杂草稻防除研究和实践具有重要的理论与实践意义。本研究于2006-2010年分别对江苏、海南两省主要稻作区杂草稻的发生情况进行系统调查的同时,采集了杂草稻915份标本和子实样本,其中江苏省720个单株计有38个种群,海南省195个单株计有11个种群。此外,还采集发生田块的栽培稻样品。在南京江浦实验农场进行种植,采集幼苗期叶片提取DNA,并利用水稻基因组的简单重复序列标记（SSR, simple sequence repeat）进行了遗传多样性分析。总共选择了33对标记,包括核基因组上的30个SSR标记,叶绿体基因组上的1个标记和线粒体基因组上的2个标记。结果表明,江苏省38个杂草稻种群遗传多样性值总体较低（He）为0.1998,香农指数（Ⅰ）为0.3554；多态位点百分率达到93.94%,等位基因数（Na）为2.7273,有效等位基因数（Ne）1.3523。其中,沿江稻区遗传多样性最高而里下河稻区最低。AMOVA （analysis of molecular variance）分子方差分析显示杂草稻在地区之间的遗传分化（3%）显著地小于杂草稻种群之间的遗传分化（52%）,更小于种群内的遗传分化（45%）。Nei’s聚类分析和主成分分析（PCA）结果表明江苏省六大稻区杂草稻以籼型为主；与现有栽培稻品种和普通野生稻、稽稻没有明显的亲缘关系,但与曾经栽培过的杂交水稻亲本、现在种植的杂交稻、部分籼型栽培稻品种亲缘关系较近。利用种群遗传结构分析软件Structure分析各地区38个杂草稻种群之间的分化及与栽培稻、野生稻的关系,确定最适的K=4时,得到与聚类分析相近的结果。江苏省杂草稻与现在种植的杂交稻、籼型栽培稻、曾经种植过的杂交稻亲本关系较近。但是,几乎与本地现在种植的粳型栽培稻、稽稻、普通野生稻关系较远。本研究相对支持江苏省杂草稻可能主要来自栽培稻的基因型间杂交后代分离或回复突变等产生具有野生性状的植株即返祖遗传的假说。海南省11个杂草稻种群遗传多样性值总体相对较高（He）为0.2619,香农指数（Ⅰ）为0.4439；多态位点百分率达到93.94%,等位基因数（Na）为2.6061,有效等位基因数（Ne）1.5003。其中,中部和北部遗传多样性最高而南部地区最低。AMOVA （analysis of molecular variance）分子方差分析显示杂草稻在地区之间的遗传分化（18%）显著的小于杂草稻种群之间的遗传分化（36%）,更小于种群内的遗传分化（46%）,不同地区间分化较大,显示可能有不同的起源。Nei’s聚类分析和主成分分析（PCA）结果表明海南省杂草稻以籼型为主,与采样点栽培稻品种有明显的亲缘关系,与普通野生稻、稽稻没有明显的相关。利用种群遗传结构分析软件Structure分析各地杂草稻与水稻的关系,当K=4时,这11个种群可明显的分为三大类群,同样与栽培稻亲缘关系较近与普通野生稻、穭稻亲缘关系较远。Structure分析和PCA图还显示,存在个别样品与野生稻相似。本研究除了相对支持海南省杂草稻主要来自栽培稻的基因型间杂交后代分离或回复突变等产生具有野生性状的植株即返祖遗传的假说,但不能排除野生稻具有渗入海南杂草稻种群的趋势和潜能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 引言
• 第一章 文献综述
• 1. 杂草稻的概念与杂草特性
• 2. 杂草稻的起源
• 3. 杂草稻的发生和危害
• 4. 杂草稻的防控
• 5. 转基因水稻与杂草稻之间的基因流动
• 6. 杂草稻遗传多样性研究
• 6.1 研究杂草稻遗传多样性的方法
• 6.2 研究杂草稻遗传多样性的意义
• 第二章 江苏省杂草稻遗传结构及起源分析
• 引言
• 1 研究材料与方法
• 1.1 研究材料
• 1.2 DNA提取
• 1.3 引物筛选
• 1.4 PCR反应
• 1.5 聚丙烯酰胺凝胶电泳
• 1.6 条带读取与数据分析
• 2 结果与分析
• 2.1 江苏省杂草稻群体遗传多样性分析
• 2.2 江苏省杂草稻的遗传分化
• 2.3 江苏省杂草稻的亲缘关系
• 3 讨论
• 3.1 江苏杂草稻种群的遗传结构
• 3.2 江苏省杂草稻的分类
• 3.3 江苏省杂草稻可能来源分析
• 4. 结论
• 第三章 海南省杂草稻的遗传结构及起源分析
• 引言
• 1 研究材料与方法
• 1.1 研究材料
• 1.2 DNA提取
• 1.3 引物筛选
• 1.4 PCR反应
• 1.5 聚丙烯酰胺凝胶电泳
• 1.6 条带读取与数据分析
• 2 结果与分析
• 2.1 海南省遗传多样性分析
• 2.2 海南省杂草稻的遗传分化
• 2.3 海南省杂草稻的亲缘关系
• 2.4 海南省杂草稻来源的STRUCTURE分析
• 3 讨论
• 3.1 海南省杂草稻遗传多样性分析
• 3.2 海南省杂草稻的分类及可能来源分析
• 4 结论
• 全文讨论
• 1. 杂草稻的发生
• 2. 江苏、海南两省杂草稻的遗传结构
• 3. 江苏、海南两省杂草稻的起源与传播
• 全文结论
• 参考文献
• 附表
• 读硕士学位期间发表和待发表的论文
• 致谢