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莲野生居群遗传多样性评价及高密度遗传连锁图谱的构建

刘艳玲  
【摘要】:遗传连锁图谱是系统进行基因组学和数量性状位点研究的基础。莲集观赏、食用及药用功能于一身,具有极高的经济价值,但在莲的分子遗传连锁图谱研究方面,至今未见相关研究成果发表。基于以上研究背景,本文利用SSR分子标记对来源于中国、泰国和美国的莲野生居群进行了遗传多样性及进化关系分析;根据莲居群遗传多样性分析的结果,选择具有较高DNA序列多态性且遗传背景差异较大的中国莲种质‘中国古代莲’和美洲黄莲种质‘AL1’作为亲本,并利用RAD-seq技术快速检测亲本及其F1分离群体的SNP基因分型,首次构建了莲的高密度遗传连锁图谱。 1莲野生居群遗传多样性评价 1.1莲属植物物种水平上的遗传多样性较高(I=0.95、He=0.50和PIC=0.46),可能与该物种具有的独特进化历史有关。但其居群水平上的遗传多样性却相对较低(I=0.26、He=0.20和PIC=-0.14),其原因可能是:一、适生生境遭到破坏,导致莲野生居群的分布范围及种群数量大大缩减乃至部分消失;二、由于人为干扰导致了莲生存生境的片段化和居群分布的间断化。同时生境片断化后居群间地理距离的增加会进一步阻断居群间的基因流;三、莲本身繁育系统的特殊性也是造成其居群水平上遗传多样性较低的主要原因。 1.2来源于美国的2个美洲黄莲居群、黑龙江省的7中国莲居群和泰国的2个泰国莲居群野生种质间的遗传关系为:泰国莲与美洲黄莲居群间的亲缘关系最远,中国莲与美洲黄莲居群间的亲缘关系居中,而泰国莲与中国莲居群之间的亲缘关系最近。并且美洲黄莲与亚洲莲居群在遗传相似系数(GS)为0.14处以100%靴带支持率分化为两支,表明两者间的遗传差异较大。 1.3支持莲属2个物种的独立分类地位。虽然来自于化石的证据、叶绿体基因rbcL和核糖体DNA ITS区序列的高同源性、染色体及血清学反应的同源性等显示,美洲黄莲和亚洲莲的亲缘关系较近。但两者被太平洋隔离的地理分布格局、一定的杂交生殖障碍、居群间较远的遗传距离及显著的遗传分化变异,再加上植株形态特征的显著不同及其F1植株的自交不结实现象,本文支持莲属2个物种的独立分类地位。 1.4对莲野生居群的保护建议采取下列措施:一、对居群间遗传分化较大的7个中国莲和2个美洲黄莲居群,及遗传多样性相对较高的泰国莲居群THL1实施就地保护;二、在对野生莲进行就地保护的同时,应尽量避免引入栽培莲品种;三、迁地保护。建议采集种子以达到保育尽可能多的居群遗传多样性的目的。 2莲高密度遗传连锁图谱的构建 2.1构建了莲的遗传连锁框架图谱。母本‘中国古代莲’的图谱包括8个连锁群,共32个标记,覆盖基因组长度362.52cM,标记间平均图距为11.33cM,连锁群平均长度为45.315cM;父本美洲黄莲‘AL1’的图谱包括11个连锁群,共137个标记,覆盖基因组长度495.37cM,标记间平均图距3.62cM,连锁群平均长度为45.03cM。 2.2RAD-seq技术是快速获得大量SNP标记的一条有效途径。本研究以‘中国古代莲’的全基因组序列为参考,利用RAD-seq技术分析亲本与分离群体不同单株的SNP标记基因型,共获得了适合图谱构建的6622个SNP多态性标记。 2.3构建了美洲黄莲‘AL1’的高密度遗传连锁图谱。以SSR遗传连锁框架图谱为基础,利用SNP标记构建了一张由1515个标记组成的10个连锁群的高密度遗传图谱。该图谱覆盖基因组长度563.6cM,平均图距为0.38cM。每个连锁群上的标记数介于95-194之间,长度为39.9-83.8cM。 2.4RAD标记是加密图谱和构建高密度遗传连锁图谱的优势分子标记。本文利用RAD标记构建的遗传图谱与莲SSR标记连锁框架图谱相比,总容量增加了1378个标记,总图距增加了68.23cM,标记间平均图距缩小了3.24cM。 2.5本文中不同连锁群上偏分离标记的分布是不均匀的,LG5、LG7和LG9上无偏分离标记,LG3、LG8和LG10上仅有2-3个偏分离标记,而LG1(21)、LG2(19)、LG4(80)和LG6(127)上分布较多,并且LG4和LG6上存在偏分离标记聚集现象。其原因可能是:一、为了增加群体的多态性,采用亲缘关系相对较远的‘中国古代莲’和美洲黄莲‘AL1’作为亲本。亲本间较远的遗传背景差异导致杂种染色体的配对和重组行为受到不同程度的影响,从而使连锁位点间的重组率降低而最终导致偏分离;二、作图群体亲本之一‘中国古代莲’杂合性较低;三、作图群体较小(80个F1单株)也有可能加重偏分离情况。


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