黄河长江中下游地区野生大豆自然居群的遗传特征、群体分化及其与栽培大豆遗传关系研究

【摘要】：野生大豆(Glycine soja Sieb. et Zucc.)是栽培大豆(Glycine max (L.) Merr.)的野生祖先种,在长期自然选择中形成了较为丰富的变异类型,是栽培大豆的天然基因库,具有蛋白含量高、抗逆性强、繁殖系数大等优良特点,是我国乃至世界宝贵的植物遗传资源。我国是世界上保存野生大豆资源最多的国家。目前国家基因库收集保存的野生大豆资源达6500余份,约占世界野生大豆收集材料的90%以上。对野生大豆遗传特征的研究不仅可以为栽培大豆育种提供宝贵的基础材料,对拓宽栽培大豆遗传基础具有重要实践意义。通过现今野生大豆与栽培大豆的遗传关系分析推测栽培大豆的起源中心,对于大豆起源进化等理论问题的研究具有重要意义。这是植物学家和大豆育种家长期关注的课题。 许多学者都曾论述认为栽培大豆起源于黄河流域尤其是黄河中下游地区,而本课题组的研究结果表明长江中下游古代野生大豆可能是栽培大豆共同的野生祖先。基于上述观点本研究重点选取黄河中下游的河南郑州、原阳和山东嘉祥及南方的湖南临湘、湘潭以及江西南昌和九江等9个野生大豆自然居群为研究对象,每个居群随机抽取24个个体共216份材料,选用60对分布于全基因组的细胞核SSR标记(nuSSR)和11对叶绿体SSR (cpSSR)标记,检测了样本的细胞核和叶绿体基因组的变异,以揭示黄河长江中下游野生大豆自然居群在核、质基因组的遗传特征以及居群间的遗传关系,结合南京农业大学大豆改良中心提供的6个生态区栽培大豆群体分子标记数据,探讨野生居群与栽培大豆之间的遗传关系。 1.野生大豆自然居群的遗传特征对黄河长江中下游野生大豆自然居群的nuSSR进行分析,共检测到795个等位变异,cpSSR检测到的等位变异相对较少,仅为21个。9个群体中,江西南昌居群在nuSSR、cpSSR检测到的等位变异和多样性指数均高于其他居群(A值为348,Simpson指数为0.66),且该居群具有最多的特有等位变异(141个)。居群间的叶绿体SSR的相似系数大于细胞核SSR的相似系数。河南郑州和原阳的居群核、质相似系数最大(分别为0.671、0.970),河南郑州与湖南临湘1居群在细胞核上的相似系数最小(0.110),与湖南湘潭居群在叶绿体上的相似系数最小(0.773)。长江中下游地区野生大豆居群在核质水平的遗传丰富度都明显高于黄河中下游野生大豆(其A值分别为737、190,平均Simpson指数分别为0.78、0.39)。 2.野生大豆自然居群间的的遗传关系野生材料]huSSR、cpSSR联合聚类图揭示9个居群可划分为4类：河南郑州和原阳的居群一类(sojaⅠ),江苏江浦的居群自成一类(sojaⅡ),湖南临湘的2个居群为一类(sojaⅢ),湖南湘潭和江西的南昌和九江的居群为一类(sojaⅣ)。进一步对聚类后的群体进行遗传分析,发现湖南湘潭和江西居群的遗传多样性最高(A值为501个),特有等位变异最多(277个),特缺等位变异最少(6个),而黄河中下游的居群(sojaⅠ)遗传多样性最低(A值为190个),特缺等位变异最多(27个)。江苏江浦居群(sojaⅡ)在4类群体中材料数最少,等位变异的载荷(10.29)最多,特有等位变异载荷(2.88)仅次于sojaⅣ(3.85),特缺等位变异载荷最多(0.50)。 3.野生大豆与栽培大豆遗传关系研究通过对野生大豆9个居群216份材料和栽培大豆393份材料在细胞核和细胞器DNASSR数据的UPGMA联合聚类结果显示,与6个生态区栽培大豆遗传距离最近的野生大豆居群间的是来自湖南(临湘和湘潭)和江西(南昌和九江)的野生居群。对6个生态区栽培大豆与野生群体的特殊等位变异分析结果表明,在nuSSR位点上,11个位点15个等位变异在各生态区的栽培大豆中普遍存在而只在南方特别是湖南和江西的野生材料中普遍存在,而在cpSSR上此类位点仅有1个(NTCP10-117)。东北、黄淮等地区栽培大豆具有的等位变异在相应各地区野生大豆中不存在,而存在于长江中下游的野生大豆中,综合野生大豆与栽培大豆的遗传关系和考古结果推论南方的原始野生大豆特别是湖南和江西一带的原始野生大豆最有可能是栽培大豆的原始祖先。