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中国部分稻种资源基于水稻遗传图谱的微卫星多态性分析

高立志  
【摘要】: 本工作基于水稻的SSR遗传图谱、利用60对微卫星引物对57个栽培稻品种和较为广泛地代表在中国的地理分布的普通野生稻、药用野生稻和颗粒野生稻共117个基因型进行了遗传多样性与遗传关系的初步研究。此外,利用22个等位酶位点和21个微卫星位点对5个中国普通野生稻群体进行了居群遗传结构与遗传多样性的研究。主要结果如下: 1用60对水稻的微卫星引物对中国三种野生稻共60份材料进行了PCR扩增。结果表明,在颗粒野生稻中的转换率最低(73.3%),药用野生稻中的转换率较高(90.0%),普通野生稻中的转换率最高(100%)。说明栽培稻SSR引物在与其亲缘关系越远的野生近缘物种中,转换的成功率越低; 2在稻属4个种的117个基因型中,共检测到1492个等位基因。普通野生稻有815个,栽培稻有454个,药用野生稻有150个,颗粒野生稻有73个。在60个位点中,RM247上的等位基因数目最多(47个),而RM83上最低(5个),其余大多位点上的等位基因数目在20-40个之间变化。在所检测的染色体和遗传位点上,等位基因的数目大小依次为:普通野生稻>栽培稻>药用野生稻>颗粒野生稻。将栽培稻与普通野生稻作比较,在12条染色体上普通野生稻均高于栽培稻。除OSR19和RM222上普通野生稻的等位基因数目略少于栽培稻、RM224和RM235上二者具有相同的等位基因数目外,其它56个位点上的等位基因数目总是普通野生稻多于栽培稻; 3在稻属4个种的117个基因型中,共检测到638个特异等位基因。普通野生稻有437个,栽培稻有125个,药用野生稻有65个,颗粒野生稻有11个。在60个位点中,RM209和OSR27上的特异等位基因数目最多(22个),RM83(1个)最少,其余大多数位点上的特异等位基因在10-20个之间变化。在所检测的染色体和遗传位点上,特异等位基因的数目大小依次为:普通野生稻>栽培稻>药用野生稻>颗粒野生稻;将栽培稻与普通野生稻作比较后发现,在普通野生稻12条染色体的58个位点上分布的特异等位基因数目远远超过栽培稻。 4在普通野生稻、栽培稻和药用野生稻的基因组中,不仅各条染色体上分布的总的等位基因数目与特异等位基因数目均不同,而且在同一条染色体的各个位点上也不一样;颗粒野生稻中检测到的总等位基因数目与特异等位基因数目无论在染色体水平上还是在位点水平上都变化不大,可能与其检测的样本偏低有关; 5分别用每条染色体上的5个SSR位点和12条染色体的总的60个位点对普通野生稻35个基因型进行UPGMA聚类。结果表明:(1)由12条染色体分别聚类所得的树状图各不相同,分组数目与分支式样也各不相同,说明普通野生稻的遗传多样性水平在不同染色体上存在着差异,也说明它们之间在各条染色体上所反映的遗传关系不一样;(2)除了第9号染色体外,其余的11条染色体上的每5个SSR位点均可将所有的基因型分开。在大多数染色体与遗传位点上,所研究的基因型之间有着明显的差异;(3)普通野生稻所检测的基因型间的遗传关系与其地理分布格局无显著相关; 6分别用每条染色体上的5个SSR位点和12条染色体上总的60个位点对21份药用野生稻进行UPGMA聚类的结果表明:(1)用60个SSR位点所得的聚类图可以将所有的基因型分开,而在12条染色体中,任何一条均无法将这21个基因型分开;(2)21份药用野生稻的聚类式样与这些基因型的地理分布密切相关;(3)21个药用野生稻用12条染色体进行聚类所得的聚类图各不相同,说明遗传多样性在不同染色体间的水平与分布不同; 7分别用12条染色体的每5个SSR位点对57个栽培稻品种进行UPGMA聚类的结果表明:(1)用12条染色体分别聚类所得的结果各不相同,说明遗传多样性在不同染色体间存在着差异。而且,检测一条染色体(5个遗传位点)的等位变异即可把大多数的基因型分开;(2)在不同的染色体上存在着不同程度的籼粳分化;(3)与地方稻种作比较,大多现代育成的品种以及目前生产上的主推品种与其骨干亲本遗传相似性高,说明其遗传背景十分单一; 8 (1)尽管5个居群遗传变异水平的高低在微卫星与等位酶位点上所反映的式样基本一致,相同的5个普通野生稻天然居群在21个微卫星位点上检测到的遗传多样性水平(A=3.1,P=73.3%,Ho=0.358和He=0.345)远高于在22个等位酶位点上所检测到的(A=1.2,P=12.7%,Ho=0.020和He=0.030),而且5个居群中在微卫星位点上检测到的每个遗传变异值都高于等位酶位点上的变异,证明了微卫星位点比等位酶位点具有更丰富的多态性;(2)在等位酶位点上与微卫星位点上检测到的居群遗传结构略有不同:在等位酶位点上说明在居群内大多数居群偏移了Hardy-Weinberg平衡且杂合体不足(F_(IS)=0.337),而在微卫星位点上却揭示了居群内大多数居群偏移了Hardy-Weinberg平衡且杂合体过剩(F_(IS)=-0.69)。导致这一差异的主要原因是在微卫星位点上检测到大量的杂合体所致。在等位酶位点上,基因分化系数F_(ST)=0.338;在微卫星位点上,F_(ST)=0.468,高于前者。两种分子标记所检测到的居群遗传结构的差异也得到居群间遗传关系的研究结果的支持。在等位酶位点上,遗传一致度平均值I=0.973:在微卫星位点上,遗传一致度平均值I=0.463,低于前者。导致这种检测结果的差别的主要原因是在微卫星位点上的高水平的多态性; 9上述研究结果表明:(1)微卫星无疑是稻种资源鉴定的有力工具;(2)基于水稻遗传图谱的遗传多样性研究对我们发掘和高效利用优异水稻基因资源有重要意义;(3)微卫星分析表明普通野生稻中蕴藏着可供水稻育种利用的丰富的遗传变异和大量的特异等位变异;(4)微卫星位点作为一种分子标记在研究普通野生稻的居群遗传结构时优越于等位酶位点。


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