中国野生板栗(Castanea mollissim Blume)群体遗传结构和核心种质构建方法

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板栗(Castanea mollissim Blume)起源于中国大陆，种质资源极为丰富。在长期的生态适应过程中，中国板栗在各地迥异的地理气候条件下形成了不同的生态群，分为长江流域、华北、西北、东南、西南生态群。其中中国野生板栗被认为是世界栽培板栗的原生起源种，曾在世界栽培板栗的驯化过程中起过决定性的作用，并且蕴藏着大量的优良珍稀类型。但是，近二十年来，由于国内外市场的巨大需求，板栗良种产业化进程加快，从野生和半野生种质向良种集约化栽培迈进，野生资源遭到严重破坏，致使一些珍贵的种质消失。本文利用分子系统学的原理和方法，结合传统的表型研究体系，采用荧光AFLP标记对中国野生板栗群体遗传结构和遗传变异进行分析，并应用分子标记和表型数据，分别探讨了中国野生板栗核心种质构建方法，研究结果将对这一珍贵资源的科学保护和有效利用以及丰富生物进化理论有重要意义。主要研究结果如下： 1.对中国板栗秦岭山脉生态区、泰沂山脉生态区和燕山山脉生态区的3个种下居群118个野生株系的叶片、果实形态和坚果主要营养成分进行了调查研究，结果表明，3个居群的叶片大小、叶柄长度和粗度以及果实形状、大小等形态性状的变异系数均在10％以上，表现出丰富的遗传多样性，其中以叶面积及单粒重变异幅度和变异系数最大；而果形指数变异幅度和变异系数最小，是较稳定的植物学性状，3个居群的变异趋势基本一致；3个居群118个野生株系果肉中水分、总糖、淀粉、蛋白质、脂肪、灰分和维生素C等各种主要营养成分的含量在单株间差异显著，变异系数6.2％-28.3％，其中以坚果蛋白质含量的变异幅度和变异系数最大，遗传多样性丰富，3个居群的变异趋势基本一致； 2.对中国野生板栗的同一性状在秦岭山脉、泰沂山脉和燕山山脉的3个不同生态区下的遗传变异研究表明：同一性状在不同居群间大都存在显著或极显著差异，其中单叶面积和单粒重以秦岭山脉居群最小，分别为56.34cm2和2.95g，而维生素C含量最高(96.7mg/100g鲜果)，分别是燕山山脉和泰沂山脉居群的2.29倍和2.22倍。相关分析结果显示，单粒重和单叶面积与降雨量和经度显著正相关，与海拔高度显著负相关，而维生素C含量与降雨量显著负相关，与海拔高度正相关，表明环境对板栗表型性状的遗传变异具有较大影响； 3.以长江流域生态群、华北生态群、西北生态群、东南生态群和西南生态群的120个中国板栗株系为试材，利用荧光AFLP标记对中国野生板栗五个生态群的群体遗传结构进行了研究，结果表明：8对EcoR I/Mse I引物(其中Mse I引物为FAM荧光标记物)平均扩增多态位点数为180.88，平均多态位点百分比为83.31％。五个生态群的多态位点数和多态位点百分比比较表明：长江流域生态群(A=150.38；P=73.80％)>华北生态群(A=147.75；P=71.93％)>西北生态群(A=137.88；P=68.00％)>东南生态群(A=90.50；P=50.32％)>西南生态群(A=86.00；P=48.29％)；中国板栗在种级水平Nei's基因多样度(H=0.206)和Shannon信息指数(I=0.326)显著或极显著高于群体水平。在群体水平上，长江流域生态群的Nei's基因多样度和Shannon信息指数(H=0.191；I=0.302)高于华北生态群(H=0.185；I=0.295)和西北生态群(H=0.182；I=0.289)，但无显著性差异，显著高于东南(H=0.142；I=0.229)和西南生态群(H=0.139；I=0.218)；对中国野生板栗5个生态群的群体遗传多样性和群体遗传结构分析认为，长江流域生态群的遗传多样性最为丰富，揭示了长江流域为中国板栗遗传多样性中心的可能性； 4.本研究对中国野生板栗群体遗传结构的参数---遗传分化系数和基因流进行了分析。中国野生板栗5个生态群的遗传分化系数(Gst=0.0952)显示，中国野生板栗的遗传变异主要存在于群体内，占总变异的90.48％，而群体间的遗传变异仅占总变异的9.52％。通过遗传分化系数计算得Gst基因流Nm=4.752，说明中国野生板栗5个生态群存在适度的基因交流，这种遗传变异空间结构模式的形成可能是长距离基因流、自然气候、地理距离隔离等诸因素综合作用的结果； 5.中国野生板栗5个生态群的Nei's群体遗传一致度在0.8876-0.9665之间，遗传距离在0.0341-0.1193之间，说明群体间的相似程度较高，遗传距离较小。对5个生态群用UPGMA法进行聚类分析发现，西南和东南生态群首先聚在一起，之后华北和西北生态群聚在一起，最后长江流域生态群同西北和华北生态群聚在一起，此聚类图从直观上表明西南生态群和东南生态群相似性最高，遗传关系最近； 6.以297个中国野生板栗株系的19个表型性状的遗传多样性数据为基础，探讨了采用表型性状构建中国野生板栗核心种质的方法，结果表明，采用马氏距离聚类优于欧氏距离，5种聚类方法比较，类平均法、离差平法和法和最长距离法优于最短距离法和中间距离法，偏离度取样策略优于随机和优先取样策略。对构建的核心种质采用主成分分析(PCA)对其进一步的确认，分布图显示核心种质遍布整个主成分图，并且远离中心的，具有特异性状的株系都入选为核心株系，确保了核心种质的代表性。本研究显示，当取样比例为20％时，采用马氏距离，利用离差平法和法进行多次聚类，结合偏离度取样策略构建的核心种质最有代表性，是采用形态学数据构建中国野生板栗核心种质的最佳的方法； 7.采用荧光AFLP分子标记，以120个中国板栗野生株系为材料，研究了利用分子标记构建中国野生板栗核心种质的方法。同对照随机取样策略比较，位点优先取样策略能构建一个更有代表性的核心种质。采用主坐标对位点优先取样策略构建的核心种质的代表性进行确认，分布图显示核心种质遍布了整个坐标图，确保了核心种质的代表性。当选取25个株系时，根据SM、Jaccard或Nei& Li遗传距离进行多次聚类，采用位点优先法，是构建中国野生板栗核心种质较合适的方法。

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作者
马玉敏;
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作者单位

山东农业大学;

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授予单位山东农业大学;
学科果树学
授予学位博士
导师姓名陈学森,束怀瑞;
年度 2009
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类栗;
关键词
野生板栗; 遗传结构; 遗传多样性; 核心种质;

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