大白菜核心种质的构建与评价

来源 :中国农业科学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:vvx888
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中国是大白菜的原产地,拥有极其丰富的大白菜种质资源。国家蔬菜种质资源中期库收集保存了1 691份(含重复)大白菜种质资源,如此庞大的资源数量给种质的保存、评价、研究和利用带来了诸多困难。因此,开展大白菜核心种质的构建与评价研究,分析大白菜核心种质遗传多样性分布及其遗传关系,对于大白菜种质资源的进一步收集保存、起源分类研究、优异种质挖掘和大白菜遗传育种均具有非常重要的理论和实践意义。本研究从大白菜表型核心种质构建方法的比较优化及核心种质的构建,大白菜表型核心种质的评价及完善,基于分子数据的大白菜核心种质的构建,基于分子数据、表型数据和表型+分子数据构建的分子、表型和综合核心种质的比较研究及评价,大白菜综合核心种质的分子遗传多样性分析等方面开展了大白菜核心种质的研究,主要结论如下:1.以国家蔬菜种质资源中期库收集保存的1 651份(剔除重复)大白菜种质为试材,按照大白菜分类系统和结球大白菜的生态型,采用分层分组法,将所有种质分为6组。基于43个形态性状的数据,比较了4种组内取样比例法、6种总体取样规模和2种取样方法在构建大白菜核心种质中的作用和效果。结果表明:组内以多样性比例法更能使各组的取样份数或比例趋于平衡,并较好地保持原始收集品的变异度。当总体取样规模为15%时,多样性比例法所构建的核心种质的遗传多样性指数达到最大,表型保留比例亦能达到98%左右;而当总体取样规模增加到20%以上时,虽然表型保留比例接近100%,但核心种质遗传多样性指数迅速降低。因此,认为15%的总体取样规模较为合适。在一定的组内取样比例法和总体取样规模下,聚类取样构建的核心种质的I、RPR和CV均比随机取样形成的核心种质的相应指标高。根据获得的优化方案在表型水平建立了包含248份种质的中国大白菜核心种质。2.对于构建出的248份大白菜表型核心种质,利用表型遗传多样性指数、表型保留比例、极差符合率、均值符合率和标准差符合率进行了遗传代表性评价,结果表明:大白菜核心种质总体和6个分组(直筒型、平头型、卵圆型、散叶大白菜、花心大白菜和半结球大白菜)的表型遗传多样性指数分别为0.7114、0.6464、0.3010、0.6979、0.6012、0.6418和0.6287,其值均比原始收集品相应的值高;核心种质24个质量性状的平均表型保留比例为91.67%,18个数量性状极差符合率、均值符合率和标准差符合率均可以达到85%以上;因此,认为大白菜表型核心种质在变异的丰度和均度上都优于原始收集品,也就是说很好地代表了原始收集品的遗传多样性。基于表型数据构建的大白菜核心种质,就其地理分布情况而言,在原始收集品分布的27个省市、自治区和直辖市中,仅安徽、重庆和西藏没有分布,因为这三个地区的原始收集品很少。覆盖率达到了88.89%。根据表型和地理代表性的评价结果,将表型核心种质补充至253份。根据表型核心种质中各变种群体种质的地理来源,将其分为四个大白菜生产区:(1)华北、东北生产区,以结球大白菜中的直筒型和散叶大白菜为主;(2)华东生产区,以结球大白菜中的卵圆型为主;(3)中南生产区,以结球大白菜中的平头型为主;(4)西南生产区,以花心大白菜和半结球大白菜为主。3.本研究利用45对SSR引物对501份大白菜初级核心种质进行了分析,共扩增出DNA谱带255条,其中多态性条带232条,多态性带的比例为90.98%。平均每对引物扩增出5.66条带和5.16条多态性带。在此基础上,通过分析按8种(20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%和90%)取样规模聚类压缩得到的预选核心种质,结果显示,等位变异保留比例和表型保留比例均随取样规模的增加而增加,但在50%取样规模之前大幅增加,之后增幅趋缓。Shannon-weaver多样性指数和表型遗传多样性指数均以在50%的取样规模时达到最大值。所以,本研究认为对501份初级核心种质以选择50%的取样规模聚类压缩是最好的,从而获得了251份大白菜分子核心种质,占原始收集品的15.2%。4.以501份大白菜初级核心种质为试验材料,分别基于表型+SSR分子数据的聚类压缩和完全随机取样构建了2个预选核心种质(C3和C4),利用Nei’s等位基因多样性指数、观测等位基因数、有效等位基因数、Nei’ s遗传多样性指数和Shannon’ s信息指数等对表型核心种质(C1)、分子核心种质(C2)和上述2预选核心种质进行了比较分析,并对各参数进行了排秩求秩和,结果表明:C1、C2和C3在遗传多样性的排序上并列第一,C4位于第二位。即是说,采用表型数据、分子标记数据和表型数据+分子标记数据进行聚类压缩都能达到很好的效果。考虑到表型数据揭示了植物在外界环境条件下的差异,而分子标记数据是揭示了植物在基因组DNA水平上的差异;构建大白菜核心种质时应该兼顾环境和基因互作效应,所以,选择表型数据+分子标记数据进行聚类压缩得到的251份综合核心种质作为大白菜的最终核心种质。5.对基于SSR+表型数据构建的251份大白菜综合核心种质进行了分子多样性分析,结果表明:大白菜核心种质的等位基因(Na)数为1.8627~1.9059,有效等位基因(Ne)数为1.5859~1.6167,Nei’s基因多样性0.3303~0.3478, Shannon’s信息指数0.4860~0.5087,总体期望杂合度(Expes Het)为0.3185,变化范围在0.3036~0.3204之间,Simpson指数和Shannon-weaver指数变化范围分别为0.0926~0.4763和0.0986~0.6860。其中各个指标的值以散叶大白菜群体最高,其次为结球大白菜群体、花心大白菜群体和半结球大白菜群体。因此,不同群体有效等位变异丰富度从高到低依次为:散叶大白菜﹥结球大白菜﹥花心大白菜﹥半结球大白菜。散叶大白菜无论在遗传多样性的丰度还是均度上都优于其它三类群体,说明散叶大白菜群体中含有丰富的、遗传差异大的种质。最后,本研究根据大白菜核心种质四个变种类群之间的Nei氏遗传距离和Nei氏遗传一致性,进行聚类分析,结果表明:半结球大白菜群体和散叶大白菜群体各自归为一类,前者与其余两个群体的遗传距离最远,遗传一致性最低,后者次之;结球大白菜和花心大白菜关系最近。各变种群体内具有类似形态特征和地理来源的种质资源关系趋近,同时也存在不同类型种质之间可能的基因相互渗透。
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