發(fā)布時(shí)間：2017-12-25 19:25

  本文關(guān)鍵詞：刺槐不同來(lái)源無(wú)性系種質(zhì)的表型變異與遺傳多樣性分析　出處：《中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：刺槐(Robinia pseudoacacia L.)為豆科(Leguminosae)刺槐屬(Robinia)闊葉喬木,耐干旱、耐瘠薄、耐輕度鹽堿、抗污染能力強(qiáng)、自然更新能力強(qiáng),是荒山造林和水土保持先鋒樹種,且具有觀賞、材用、蜜源和飼用價(jià)值。刺槐作為外來(lái)物種,在我國(guó)已經(jīng)栽培了近120年,栽培范圍自青島逐漸擴(kuò)大至27個(gè)省(市、自治區(qū))。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于刺槐生態(tài)特性、適應(yīng)性、無(wú)性繁殖和有性生殖方面的研究較多,而遺傳信息相對(duì)匱乏,遺傳學(xué)基礎(chǔ)研究比較薄弱。中國(guó)各地區(qū)栽培的刺槐無(wú)性系來(lái)源記載不清,遺傳關(guān)系不明,遺傳多樣性狀況信息甚少,同物異名現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生,急需系統(tǒng)開展刺槐無(wú)性系遺傳多樣性分析和指紋圖譜構(gòu)建,為下一步開展新品種選育、遺傳改良和品種鑒定打好基礎(chǔ)。本研究得到的結(jié)果如下:(1)調(diào)查了來(lái)自美國(guó)、山東和遼寧三個(gè)地域75個(gè)無(wú)性系全年、開花、結(jié)果物候以及葉、花、果、枝刺等形態(tài)差異,分析了地域之間和無(wú)性系之間的差異情況,結(jié)果表明75個(gè)無(wú)性系之間大部分指標(biāo)變異顯著,但三個(gè)地域之間大部分物候指標(biāo)和表型變異不顯著。結(jié)實(shí)率與千粒重等指標(biāo)與開花期物候的相關(guān)性大于果實(shí)生長(zhǎng)期的相關(guān)性,說(shuō)明開花期對(duì)果實(shí)發(fā)育具有重要影響。生育期性狀與花量和出實(shí)率負(fù)相關(guān),表明萌芽后生長(zhǎng)較迅速的無(wú)性系,特別是開花較早的無(wú)性系,在花量和結(jié)實(shí)率方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。通過(guò)針刺平均長(zhǎng)度分析發(fā)現(xiàn),山東的主干針刺平均長(zhǎng)度最高,而枝條針刺的平均長(zhǎng)度依次為美國(guó)山東遼寧。美國(guó)刺槐的枝條針刺變異系數(shù)最大,達(dá)84.82%,遼寧的主干針刺變異長(zhǎng)度相對(duì)最小,為43.63%,枝條與主干的針刺相關(guān)性都在0.01水平上顯著。分析2014~2016年三年開花性狀變異系數(shù)時(shí)發(fā)現(xiàn),相同性狀在不同年份間的變異系數(shù)變化明顯,有可能是受到環(huán)境因素如降雨量和溫度的影響。75個(gè)無(wú)性系沒有嚴(yán)格按照不同地域聚類到一起,而是按照形態(tài)特性聚到一起。(2)開展了刺槐轉(zhuǎn)錄組測(cè)序和基因功能注釋工作,獲得12.2 Gb刺槐花序和葉片轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù),得到141 948個(gè)unigenes,平均長(zhǎng)度1 209 bp,N50為1 997 bp。將這些Unigenes注釋到Nt、Swiss-Prot、KOG和KO這4個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù),分別有104 239(73.43%)、67 194(47.34%)、60 814(43.15%)和81 439(57.37%)個(gè)Unigenes獲得功能注釋。挖掘SSR位點(diǎn)35 423個(gè),平均每4.84 kb出現(xiàn)一個(gè)SSR位點(diǎn),SSR檢出率為24.95%。分析了刺槐SSR的分布規(guī)律,起始位點(diǎn)主要集中于unigene的0~2 000 bp之間,SSR序列長(zhǎng)度主要集中在12~20 bp之間,平均16.5 bp。二核苷酸、三核苷酸和五核苷酸為優(yōu)勢(shì)重復(fù)類型,二、三核苷酸重復(fù)基元的主要類型分別為GA/CT和GGC/CCG。刺槐只有二、三核苷酸重復(fù)微衛(wèi)星豐度和重復(fù)基元長(zhǎng)度呈顯著負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)為-0.5003186。(3)開發(fā)了25 882個(gè)EST-SSR分子標(biāo)記,引物設(shè)計(jì)成功率為73.07%。隨機(jī)挑選30對(duì)進(jìn)行了引物有效性和通用性研究,擴(kuò)增成功率為80%,其中有9對(duì)引物多態(tài)性較高,都位于UTR區(qū)域,對(duì)385個(gè)無(wú)性系的分子鑒定率為95.32%。9對(duì)引物能夠在3個(gè)刺槐屬物種中通用,并且具有明顯的多態(tài)性。(4)8對(duì)SSR引物在383個(gè)刺槐無(wú)性系中共擴(kuò)增出68個(gè)等位變異,每個(gè)位點(diǎn)的等位變異數(shù)為4~16個(gè),平均每對(duì)引物擴(kuò)增出8.5個(gè)等位變異;不同位點(diǎn)的多態(tài)性信息量PIC(polymorphism informative content)值變化范圍很大,在0.146~0.898之間,平均PIC值為0.527 9。(5)8對(duì)SSR引物在9個(gè)地域共318個(gè)樣本中擴(kuò)增出66條多態(tài)性條帶,每個(gè)位點(diǎn)的等位變異數(shù)為4~16個(gè),平均每對(duì)引物擴(kuò)增出8.25個(gè)等位變異;9個(gè)地域的平均等位基因數(shù)是5.617,其中國(guó)內(nèi)8個(gè)地域的平均值是5.597,山東6.00;實(shí)際觀察雜合度Ho在0.479(遼寧)~0.555(山東)之間,平均值為0.519,其中山東的Ho值略高于國(guó)內(nèi)8個(gè)地域的平均值0.514;平均期望雜合度He在0.509(遼寧)~0.553(美國(guó))之間,平均He值為0.533,其中山東的He值為0.548,略高于國(guó)內(nèi)8個(gè)地域的平均值0.533。9個(gè)地域的He值均大于0.5,表明遺傳多樣性均比較豐富。其中山東和山西Ho/He大于1,表明這兩個(gè)地域的無(wú)性系雜合度較高。以上數(shù)據(jù)表明山東的刺槐無(wú)性系遺傳多樣性水平略高于國(guó)內(nèi)遺傳多樣性水平,擁有比較豐富的遺傳多樣性。山東、甘肅等有私有等位基因,雜交育種時(shí)可以選擇作為親本;國(guó)內(nèi)不同省份之間可以進(jìn)行適當(dāng)引種,以增加地域內(nèi)的遺傳多樣性。9個(gè)地域318個(gè)無(wú)性系之間的遺傳變異分析表明只有2%來(lái)源于地域間,8%來(lái)自于無(wú)性系間,90%來(lái)自于無(wú)性系內(nèi)。不同地域主坐標(biāo)分析和親緣關(guān)系分析結(jié)果基本一致。山東、美國(guó)、遼寧、河南和山西無(wú)性系親緣關(guān)系比較近,聚為一大類群;甘肅和河北親緣關(guān)系較近,聚為一大類群;陜西和北京親緣關(guān)系較近,聚為一大類群。山東和美國(guó)的無(wú)性系遺傳距離最小為0.011,說(shuō)明這兩個(gè)地域的無(wú)性系遺傳分化差異較小。(6)來(lái)自山東、美國(guó)和遼寧的75個(gè)無(wú)性系基于SSR和表型的聚類關(guān)系差異顯著,表明表型數(shù)據(jù)和SSR數(shù)據(jù)基本不相關(guān),原因是表型是基因互作和環(huán)境影響共同作用的結(jié)果。(7)8對(duì)SSR引物在山東省49個(gè)無(wú)性系中共擴(kuò)增出51個(gè)等位變異,每個(gè)位點(diǎn)的等位變異數(shù)為2~15個(gè),平均每個(gè)位點(diǎn)擴(kuò)增出6.375個(gè);不同位點(diǎn)的PIC值變化范圍很大,在0.092~0.879之間,平均為0.5098。聚類分析結(jié)果表明無(wú)性系分組與現(xiàn)有栽培區(qū)沒有明顯的規(guī)律。引物Rply109和rops16對(duì)49份無(wú)性系的分子鑒定率為91.84%,可作為指紋圖譜構(gòu)建、分子鑒定的高效分子標(biāo)記。(8)建立了以SSR標(biāo)記為技術(shù)基礎(chǔ)的刺槐無(wú)性系分子鑒定體系。利用18對(duì)引物可以區(qū)分378份刺槐屬植物無(wú)性系,分子鑒定率為96.36%。利用18對(duì)引物對(duì)收集到的國(guó)內(nèi)外383份刺槐種質(zhì)資源進(jìn)行NJ分析,結(jié)果表明所有無(wú)性系并沒有嚴(yán)格按照不同來(lái)源地區(qū)聚集到一起,但是又有一定的規(guī)律,大部分來(lái)源相同或相近的種質(zhì)聚到一起。相同種源無(wú)性系沒有聚到一起主要是由于互相引種和遺傳變異造成的。(9)研究結(jié)果表明熒光SSR毛細(xì)管電泳檢測(cè)技術(shù)是一種簡(jiǎn)便、快速、高效的初步鑒定植物是否是多倍體的方法。利用引物RP13檢測(cè)出293個(gè)無(wú)性系有三至六個(gè)等位變異,占76.1%,確定該引物為刺槐指紋圖譜構(gòu)建、分子鑒定、尤其是多倍體初步鑒定的高效分子標(biāo)記。(10)本研究在利用18對(duì)熒光SSR引物構(gòu)建指紋圖譜時(shí),意外發(fā)現(xiàn)385個(gè)無(wú)性系中有343個(gè)在1個(gè)位點(diǎn)或者多個(gè)位點(diǎn)(最多7個(gè)位點(diǎn))出現(xiàn)了3~6個(gè)等位變異,占89.09%。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：S792.27
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本文編號(hào)：1334131