基于SSR标记的福建省闽楠代表性群体遗传多样性分析

【目的】闽楠(Phoebe bournei)是珍贵的用材树种,被列为国家Ⅱ级重点保护野生植物。以福建省内保存较好的3个代表性闽楠自然群体为对象,研究其群体间及群体内的遗传变异水平及遗传结构特征,探究其成因,为闽楠天然群体的保护和利用提供依据。【方法】利用自行开发的18个多态性SSR标记,对3个群体共计88个样本进行检测,利用Popgene 32软件,分析群体的有效等位基因数(N_e)、观测杂合度(H_o)、期望杂合度(H_e)、基因分化系数(F_st))等,利用Structure软件研究群体的遗传结构。【结果】3个闽楠群体的平均期望杂合度为0.629,表明遗传多样性较丰富;3个群体的平均观测杂合度明显低于期望杂合度,群体内近交程度较高[近交系数(F)=0.280)],尤其是罗卜岩群体H_o/H_e差异大(0.399/0.608)、近交程度高(F=0.378);分子变异分析显示,闽楠的变异主要来源于群体内,群体间存在中等程度的分化(F_st=0.197)。聚类分析结果表明,3个群体闽楠样本可明显区分为两类,两类间存在明显的遗传分化,福建罗卜岩和福建顺昌群体为第Ⅰ类,且两者地理位置较近;福建政和与其距离较远,为第Ⅱ类。【结论】福建闽楠3个代表性群体具有较高的遗传多样性,但具有小群体特征,群体内近交程度较高,而地理隔离和人为活动使闽楠具有一定程度的遗传分化;应采取措施使群体内充分异交,以维持闽楠群体较高的遗传多样性。     

基于SSR标记的麻栎天然群体遗传多样性分析

【目的】基于SSR分子标记对麻栎天然群体遗传多样性与遗传结构进行分析,为麻栎种质资源的保护和利用提供理论基础。【方法】以分布于我国7个省8个麻栎天然群体的150个个体为研究对象,利用筛选出的18对SSR引物,使用GenAIEx 6.51、MEGA 7.0.26和Structure 2.3.4等软件,采用AMOVA分析、主成分分析、聚类分析和Structure分析等方法,对麻栎群体及相应个体的遗传多样性、分子方差、遗传距离及遗传结构进行研究。【结果】18个SSR位点的等位基因数(N_a)平均为5.625个,有效等位基因数(N_e)平均为4.104个,Shannon指数(I)平均为1.338,观测杂合度(H_o)平均为0.895,期望杂合度(H_e)平均为0.645,筛选出的18对麻栎SSR引物具有丰富的多态性。8个麻栎群体的遗传距离为0.222~1.587,遗传一致度为0.205~0.801,遗传分化系数(F_st)平均为0.252,基因流(N_m)平均为1.140,固定指数(F)均为负值且平均为-0.441。麻栎群体的遗传多样性水平较高,遗传分化小,且群体间存在杂合子剩余;其98%的变异来自群体内, 2%的变异来自群体间。UPGMA聚类分析、Structure分析均将8个群体分为2组,二者的个体组成成分存在一定差异;主成分分析结果与上述基本一致,存在一定的交叉引种及基因渐渗现象。【结论】麻栎群体遗传多样性水平较高,遗传分化水平较低,遗传差异主要存在于群体内部,并呈现出沿“西南—东北”方向地理变异规律。因此,对麻栎天然群体的保护应该采取原地保护和异地繁育保存相结合的措施。     

不同时期广西马尾松优良种源的遗传多样性变化趋势

马尾松是我国南方重要的乡土树种,近30年来,受人为干扰和破坏十分严重。为了解目前广西马尾松天然遗传资源现状,评价当前种质资源收集对遗传多样性保护的有效程度,采用SSR标记对3个时期收集的广西马尾松3个优良种源进行遗传多样性研究。结果表明:现阶段,马尾松桐棉种源群体的Shannon 多样性指数(I)为 0.64,观测杂合度(H_o)为 0.35,期望杂合度(H_e)为 0.36; 古蓬种源群体Shannon 多样性指数(I)为 0.53,H_o为 0.36, H_e为 0.32。说明广西马尾松遗传多样性仍处于较高水平。将3个种源的遗传多样性进行对比,发现桐棉种源的遗传多样性最高,古蓬种源次之,云开大山种源相对较低。群体间遗传分化系数(G_ST)为0.04,Wright固定指数(F_ST)平均值为0.026,基因流(N_m)大小为9.56,说明3个种源间不存在明显的遗传分化,群体间基因交流顺畅。将不同时期的遗传多样性进行对比分析可知:桐棉种源在18 a内 Shannon 多样性指数(I)下降了5%、期望杂合度(H_e)下降了10%; 古蓬种源Shannon 多样性指数下降了13%、期望杂合度(H_e)下降了14%。说明随着时间的推移,马尾松天然资源受到人为干扰愈来愈强烈,遗传多样性正逐步丧失,急需开展有针对性的保护。     

西藏石榴野生群体的SSR遗传多样性分析

【目的】调查西藏地区野生石榴种质资源,分析西藏野生石榴群体的遗传多样性和遗传结构,为野生石榴资源的保护和利用提供理论依据。【方法】使用13对SSR引物对3个自然群体共42份西藏地区野生石榴种质资源材料DNA进行PCR扩增,毛细管电泳检测扩增片段长度,使用GenAlEx和Arlequin等软件对SSR数据进行分析。【结果】13对引物共检测到44个等位基因,平均3.385个,引物的平均有效等位基因数(N_e)、香农信息指数(I)、期望杂合度(H_e)和多态信息量(PIC)分别为1.971、0.771、0.481和0.393。3个野生群体的平均有效等位基因数(N_e)、平均香农信息指数(I)和平均期望杂合度(H_e)分别为1.867、0.646和0.421,林芝b(LZb)群体的遗传多样性水平高于其他2个群体。AMOVA分析表明,群体内遗传变异高达88.43%,3个群体间的遗传分化系数(F_st)为0.116。种质聚类分析将供试种质划分为3个亚群,结果与种质地理来源具有一定关联性。遗传结构分析显示西藏野生石榴有4个可能的基因库来源。【结论】13对SSR引物可用于西藏野生石榴种质的遗传多样性等研究。西藏野生石榴种质的遗传变异主要存在于群体内;林芝b(LZb)群体遗传多样性最高,遗传结构复杂,且含有最多的野生种质采样点,可予以优先保护。     

南京椴群体遗传多样性和遗传结构分析

【目的】 南京椴(Tilia miqueliana)为江苏省重要的乡土树种,野外资源稀缺。南京椴野外群体遗传多样性和遗传结构的探索,可为资源保护、品种选育及遗传改良提供依据。【方法】 以南京椴5个天然群体[江苏宝华山(P1)、牛首山(P2)、安徽皇藏峪(P3)、安徽蜀山(P4)和浙江天台山(P5)]93个体为实验材料,选用15对多态性EST-SSR引物,进行遗传多样性及群体遗传结构分析。【结果】 ①用15对引物共检测等位基因数(A)总和为96,平均值为6.4,四倍体基因型(G)和四倍体特异基因型(G_i)总和分别为441和251,特异基因型比率(R₁)和种质鉴别率(R₂)均值分别为45.73%和17.99%。②在5个群体中,每个位点等位基因数(A_loc)和四倍体基因型丰富度均值(G_loc)分别为5.50±2.43和9.41±4.29;平均观测杂合度(H_o)和平均期望杂合度(H_e)为0.61±1.43和0.62±0.14。参考各群体G_loc和H_e值,确定遗传多样性较高的群体为P1和P3。③群体间遗传分化较小,遗传分化系数(G_st)仅为0.030;AMOVA分子变异分析显示,群体多样性水平变异来自于群体内(96%)。④聚类和遗传结构Structure分析显示,5个群体可划分为2组(组1包括P1、P2和P5;组2包括P3和P4)。Mental检验结果表明遗传距离与地理距离之间无显著相关。【结论】 南京椴群体均具有丰富的遗传多样性,其中宝华山群体和皇藏峪群体多样性较高,群体扩张可能是以这两个种群为中心,经人类活动迁移至其他区域。但南京椴群体间未形成明显分化,主要是由于植株寿命长,群体缺乏自然更新,加之群体间存在人为种子传播。因此,本研究提出通过建立隔离区,明确优先保护群体、加大植株异交,并采用人工繁育及种质回迁的方式保护南京椴野外群体。     

马尾松松材线虫病抗性无性系的筛选和遗传多样性分析

【目的】 松材线虫病是松属致命性的世界检疫性森林病害。筛选和创新抗性遗传资源是马尾松抗松材线虫病育种的重要基础。松材线虫病重灾疫区自然淘汰存留下来的马尾松资源,可能是开展马尾松抗松材线虫病育种潜在的重要遗传基础,值得进一步深入挖掘、系统评价和开发利用。本研究通过对110个对松材线虫病具有抗性表型的无性系进行遗传多样性、生长性状测定和保存率调查,综合评价其在抗性育种中的潜在价值。【方法】 通过接种松材线虫对马尾松的1 201个初选无性系进行筛选,并对110个具有抗线虫表型的重选无性系进行遗传多样性RAPD和生长性状评价。从14对SCAR分子标记引物中筛选通用性强、多态性位点高的两组引物,用于MuPS(Multiplex-PCR of SCAR markers) 反应扩增和遗传多态性位点检测。基于79个MuPS唯一型无性系群体,采用Popgene 32软件估算的遗传多样性,结合生长量和存活率指标,评估该批遗传资源在马尾松抗性育种中的潜在价值。【结果】 初选的1 201个无性系(来自251个马尾松初选家系),经松材线虫接种筛选后,获得110个无性系(来自初选家系中的81个),由两组引物扩增得到92种MuPS分型。其中,有79个无性系为单一的MuPS分型所完全准确识别(占71.81%)。基于79个具单一MuPS分型的无性系群体遗传多样性分析表明,群体所有位点的平均有效等位基因数(N_e)为1.508 1个,Nei’s基因多样度(H)为0.302 3,Shannon多样性指数(I)为0.459 1。无性系体间遗传参数差异明显,N_e变幅为1.012 8~1.998 1,H变幅为0.012 6~0.499 5,I变幅为0.038 5~0.692 7。具有抗松材线虫病表型的110个马尾松无性系存活83个。保存无性系间其生长性状存在显著差异,树高、胸径和单株材积生长量变幅分别为4.6~10.7 m,6.7~21.7 cm和0.012 3~0.189 4 m³,生长量最大的休3-3号无性系立木材积(0.189 4m³)为最小的无性系广27-2的(0.012 3 m³)15倍以上。【结论】 马尾松1 201个初选无性系,经野外人工接种松材线虫的抗性筛选后,110个无性系表现出对松材线虫病有显著的抗性表型,占初选无性系的9.09%。这些经过抗性筛选的无性系在材积生长性状上达到了极显著差异水平。这意味着在抗性改良基础上,进行生长量改良的策略是可行的。与已有的天然和人工育种群体的遗传多样性参数相比,本研究虽然经初选和抗性复选淘汰了90%以上的无性系,仍保留了群体中较高的遗传多样性。综上,笔者认为这批初选资源经抗性筛选存留的遗传资源,在马尾松抗松材线虫病育种研究中具有明显的潜在价值。     

柳杉无性系指纹图谱的构建及遗传多样性分析

【目的】为了构建柳杉无性系的DNA指纹图谱,准确区分柳杉无性系。【方法】利用SSR标记分析了柳杉89个无性系的遗传多样性和指纹图谱。【结果】11对引物共检测出53个等位点,平均每个SSR位点有5个,变化范围为3～6个; 有效等位基因数(N_e)变化范围为1.887 0～4.295 6,平均为3.041 1; Shannon信息指数(I)变化范围为0.774 9～1.556 3,平均为1.208 1。表明SSR标记具有较高的多态性。根据SSR标记特点及引物的顺序,将SSR引物扩增统计的“0”、“1”转换成基因型,通过不同基因型组合,构建了柳杉89个无性系的 DNA 分子指纹图谱,使每个无性系都获得了 1 个 22 位数的指纹图谱号码,同时基于个体间的遗传距离将柳杉89个无性系分为 5 类。【结论】SSR标记适用于柳杉无性系遗传多样性分析及鉴定,柳杉的遗传多态性处于中等偏高水平。     

应用SNaPshot技术对桉树SNP的检测

【目的】SNaPshot是一种单核苷酸多态性(SNP)检测的多重分析技术,具有检测速度快、准确性高、成本低廉等特点。利用多重PCR技术,结合SNaPshot分型方法,在桉树中构建SNP复合分型检测体系,促进SNP技术在桉树遗传图谱构建和无性系鉴定的应用。【方法】利用桉树已有的EST序列设计引物,通过PCR产物直接测序进行SNP标记位点的开发,利用多重PCR技术和SNaPshot分型方法建立SNP复合分型检测体系,并在尾叶桉和细叶桉作图群体的两亲本和6个F₁子代,以及16个国内常用的桉树无性系中进行分型检测。【结果】共设计合成12对SNP引物,分为3组(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)建立了SNP复合分型检测体系,SNP分型情况与测序结果一致。对桉树作图群体的两个亲本和6个F₁子代的分型结果进行统计,发现12个SNP标记在6个子代中均发生了分离; 对桉树无性系进行多态性的分析,期望杂合度(H_e)为0.11～0.51、观测杂合度(H_o)为0.11～0.56,多态性信息含量(PIC)为0.10～0.37,表现为中度或低度多态性。【结论】利用多重PCR和SNaPshot技术可以快速地对桉树进行基因分型,其结果准确可靠,可以用于桉树遗传图谱的构建以及桉树无性系的鉴定等方面研究。     

基于EST-SSR标记鉴定猴耳环自由授粉的全同胞子代

【目的】猴耳环是重要的药用树种,具有较好的工业应用价值。利用EST-SSR标记对猴耳环自然群体1株母树的自由授粉子代进行父本鉴定,从而确定全同胞子代,为基于全同胞家系的后续研究提供材料基础。【方法】以自然群体中母树ELS31自由授粉产生的1 489株子代及该群体内挂果的38株候选父本为材料,利用15个EST-SSR标记检测子代多样性和标记多态性,基于最大似然法鉴定各子代的父本,母本父本均相同的子代即构成全同胞家系,并估算群体内花粉传播距离,检验各父本对应的全同胞家系的多样性,通过卡方检验判断标记是否合乎预期的孟德尔分离比。【结果】15个EST-SSR标记的引物(对)共扩增出89个等位片段。子代群体期望杂合度(H_e)为0.525,表明群体多样性为中等水平;基于自然群体18株无亲缘关系的单株估算的标记平均多态性信息量(PIC)为0.736,表明标记多态性高。在1 489株自由授粉的子代中,确定了857株子代(57.6%)的34株父本。子代数最多的10个父本产生的子代数为26~184株,其他24个父本仅共产生子代139株。未发现自交子代,表明猴耳环是异交物种,自交的可能性极低。对子代数量20株以上的10个父本对应的全同胞家系观测杂合度(H_o)为0.502~0.693,H_e为0.417~0.544,各家系均是H_o大于H_e,表明存在一定程度的杂合子过剩。花粉传播的范围为10.0~559.1 m,平均119.2 m,但主要传播距离在150 m以内。716株子代(83.5%)的父本(10株)与母树距离在150 m以内。距离最远的父本ELS01 (559.1 m)和ELS02 (552.2 m)分别仅产生了9和12株子代。15个标记在子代20株以上的部分或全部全同胞家系中均有不同程度的偏分离,平均每家系的偏分离标记数为8.6个;偏分离最严重的是标记ARCeSSR141,在父本ELS30的全同胞家系中卡方(χ²)值为164.55。【结论】基于15个EST-SSR标记鉴定了猴耳环自然群体1株母本的1 489株自由授粉子代的父本,获得了子代20株以上的10个父本的全同胞家系。这为后续遗传测定、遗传图谱构建和数量性状位点定位等研究提供了材料基础。     

陈山红心杉1.5代种子园遗传多样性和子代父本分析

【目的】陈山红心杉是江西特有的杉木优良种源,其近髓心的木质部为高比例的油亮栗褐色,是工艺建筑和室内装潢极为宝贵的天然材料。对陈山红心杉1.5代种子园进行遗传多样性和子代父本分析,为红心杉种子园的管理提供科学依据。【方法】以江西省青原区白云山林场陈山红心杉1.5代种子园及其子代测定林为研究材料,利用12对SSR引物,对种子园32个亲本及14个无性系的459个子代进行遗传多样性和父本分析。【结果】各引物在亲本群体中检测到等位基因数(N_a)为3~7,平均为4.41个;引物在子代群体中检测到的等位基因数(N_a)为4~11,平均为6.50个,较亲本群体高2.09个。亲本群体的平均有效等位基因数(N_e)为2.330,子代群体的平均有效等位基因数为2.306。子代群体包含亲本群体所有的等位基因,并检测到25个子代特有的等位基因。子代群体的Shannon’s信息指数(I)=1.004高于亲本群体的0.992,说明子代群体的遗传多样性略高于亲本群体。子代群体和亲本群体的观测杂合度(H_o)分别为0.525和 0.571,表明子代群体中杂合单株的比例较亲本有所下降。种子园的多位点异交率(t_m)是1.012,单位点异交率(t_s)为0.991,说明种子园异交率较高。双亲近交系数(t_m-t_s)为0.021,表明种子园无性系间近交水平比较低。种子园的有效花粉供体数目(N_ep)为7.81。种子园的多位点父本相关性[R_p(m)]和单位点父本相关性[R_p(s)]分别为0.128和-0.016,单位点和多位点父本相关性的差值R_p(s)-R_p(m)=-0.144<0,表明亲本间没有明显的近亲关系。家系间的多位点异交率(t_m)变化幅度为0.938~1.200,有10个家系的多位点异交率(t_m)大于0。家系间近交系数(t_m-t_s)变化幅度为-0.127~0.150,9个家系的近交系数大于零,说明这些家系存在近交现象。通过父本分析,在80%的置信水平下确定了325个子代的父本来源,占分析子代总数的70.8%。子代的亲本均不是同一无性系,说明种子园无自交现象。各家系子代确定父本的比率不一致,41号家系子代确定父本的比率最高,为93.9%,其余家系子代确定父本比率为54.3%~90.9%。8号家系确定父本的30个子代中,16个子代的父本为同一无性系,占家系子代总数的53.3%;12号家系确定父本的26个子代中,12个子代的父本为同一无性系,占家系子代总数的46.2%,说明无性系间授粉亲和性不同。种子园存在非随机交配现象,在32个潜在无性系中,有26个无性系提供了有效花粉,其中父本贡献率最高的是22号和29号无性系,各为33个子代提供了花粉,其贡献率均为10.2%,其他无性系的父本贡献率为0.3%~8.9%。父本贡献率最高的前11个无性系共计产生了70.2%的子代。【结论】陈山红心杉1.5代种子园遗传多样性丰富,子代保持了亲代的遗传多样性水平;种子园异交率较高,部分家系存在低水平的近交;子代父本分析表明,种子园无自交现象,无性系间授粉亲和性不同,父本贡献率不均等。     

基于SLAF-seq的天竺桂群体遗传变异分析

【目的】探讨我国天竺桂资源的遗传多样性及群体的空间分布格局。【方法】分别对来自7个天然群体的30份天竺桂资源进行特异位点扩增片段测序(specific-locus amplified fragment sequencing, SLAF-seq)。基于检测到的SNP位点信息进行遗传变异分析。【结果】各样品的平均测序深度为15.11倍,开发获得 1 296 000个SLAF标签,其中377 250个SLAF标签在不同样品间具有多态性,共包含3 409 402个群体SNP,经过滤,最终获得268 821个高度一致性的群体SNP。基于这些SNP的系统进化分析发现,天竺桂是由中国东部向中国西部逐渐进化的。系统进化、主成分分析和群体结构分析均表明,来自5省(直辖市)7个天然群体的群体内变异小于群体间变异。30份天竺桂资源可分为2个大的亚群,其中,第1亚群位于中国第2阶梯上,第2亚群位于中国第3阶梯上,2个亚群间被大兴安岭—太行山脉—巫山—雪峰山山脉阻隔。第2亚群又可进一步分为3个小亚群,其中,来自浙江省和安徽桃岭的为第1个小亚群,来自安徽霍山的为第2个小亚群,而来自河南伏牛山的为第3个小亚群,第1个和第2个小亚群间被长江阻隔。【结论】山脉和湖泊的阻隔可能是造成天竺桂遗传分化的重要因素。本研究首次揭示天竺桂遗传结构及地理变化规律,为我国天竺桂资源的有效利用与科学保护提供理论依据。     

不同氮素施肥方法对纳塔栎容器苗生长及非结构性碳水化合物积累的影响

【目的】探究不同氮素施肥方式和不同施氮量对纳塔栎容器苗生长及非结构性碳水化合物积累的影响,揭示苗木需肥规律并确定最佳施肥方式与施氮量。【方法】以纳塔栎1年生容器苗为试验材料,设置平均施肥和指数施肥两种施肥方式,每种方式设置4个浓度梯度的施肥处理,对照组不施肥,施肥间隔为7 d,共施肥15次。施肥结束后进行苗高、地径的测量,并收获苗木将其烘干,测定生物量和非结构性碳水化合物含量。【结果】平均施肥和指数施肥均显著促进了纳塔栎1年生容器苗的生长,指数施肥效果整体优于平均施肥;随着施氮量的增加,苗高、地径、地上部分生物量、地下部分生物量以及总生物量均在指数施肥900 mg/株(Z900)处理下取得最大值97.90 cm、10.33 mm、12.21 g、26.74 g和38.95 g,是CK的1.53、1.15、1.75、2.47和2.19倍。施氮更多地促进生物量分配给纳塔栎容器苗的茎和叶;纳塔栎容器苗茎、叶、根的可溶性糖含量在各施氮处理组中均有提升,且指数施肥处理效果更优;施氮显著促进叶部淀粉积累,抑制根部淀粉累积。【结论】就纳塔栎容器苗而言,指数施肥效果优于平均施肥。Z900处理下,纳塔栎1年生容器苗的生长发育最好,为纳塔栎容器苗生长最佳施肥处理。     

广西马尾松三个优良种源的遗传多样性及生长性状变异分析

【目的】以25年生马尾松种源、地点、林分3水平子代试验林为研究材料,从表型、遗传变异两方面开展研究,以期为马尾松遗传育种策略的制定提供有价值参考。【方法】采用SSR分子标记进行遗传结构分析,使用Arlequin 3.5软件依据线性模型估算各层次变异的相对分量。以SAS分析软件依据线性模型对林分生长量数据进行统计分析,以4因素嵌套模型估算各层次变异的相对分量。【结果】遗传多样性分析结果表明,种源间及种源内无明显的遗传分化。分子方差分析结果表明,种源间的遗传变异仅占总变异的2.56%,种源内不同地点间的变异占1.66%,地点内个体间的遗传变异则占总变异的95.78%。生长表型数据分析结果同样显示胸径与材积性状在种源间、种源内地点间、同一地点的优良林分与普通林分间均无显著差异。【结论】分子方差分析与生长性状表型数据方差分析的结果均表明,广西马尾松的主要遗传变异存在于林分内个体间。因此在优良种源中开展优良单株选择可以获得更好的改良效果。该结论对于马尾松遗传育种策略的制定具有重要的参考价值。