蚕豆种质资源遗传多样性分析及分子标记开发

摘要

蚕豆(Vicia faba L.)是一种重要的高蛋白食用豆类作物,在中国的栽培历史超过2100年。中国是世界上蚕豆栽培面积最大、总产量最多的国家。蚕豆因其高效的生物固氮、土壤改良和环境友好特性,已成为中国现代农业种植结构调整、西部经济欠发达地区和丘陵山区农民脱贫致富的重要经济作物。目前,多种DNA标记已广泛应用于大豆、菜豆、豌豆等豆类作物,并取得了一系列重要进展,但蚕豆分子遗传学的研究进展相对缓慢。本研究利用ISSR标记对中国春播区和秋播区蚕豆资源的遗传相似性进行了比较研究,全面深入地分析了世界蚕豆资源的遗传多样性、遗传关系和群体结构,为国内外蚕豆资源的深入研究和利用提供参考。目前应用于蚕豆的分子标记非常有限,本研究对ISSR扩增产物进行回收、克隆并测序,设计STS引物,并对其进行了多态性筛选。主要研究结果如下:
　　 1.11条ISSR引物在802份国内外蚕豆资源中共扩增出271条清晰的条带,其中多态性条带253条,多态性百分率为93.36％。不同地理来源蚕豆资源群遗传多样性参数表明,华北地区蚕豆资源遗传变异丰富、遗传多样性较高,华中地区和非洲资源的遗传多样性相对较低。中国不同省份的蚕豆资源群中,云南和内蒙古蚕豆资源的各项遗传多样性参数均处于较高水平,遗传多样性相对较高。
　　 2.UPGMA法聚类分析和主成分分析结果表明,中国蚕豆资源群体与国外资源群间的遗传相似性较远,明显与国外资源相分离；中国春播区和秋播区蚕豆资源明显不同,浙江和四川的资源形成独立的组群,明显不同于其他省份,其遗传背景独特。中国春性和冬性蚕豆资源的遗传关系与其地理来源密切相关,来自同一省份或相邻省份的蚕豆资源基本都能聚在一起。
　　 3.分子方差分析结果表明,蚕豆资源的遗传变异主要来自组群内的变异。中国冬性蚕豆资源群体间遗传分化程度最高,中国春性和冬性蚕豆资源组群内遗传变异最大。中国不同省份或不同生长习性的蚕豆资源群体间遗传变异水平远大于国外资源群。
　　 4.聚类结果表明,蚕豆资源群体遗传多样性差异和遗传相似性与其地理来源、生长习性和生态分布密切相关。亚洲、欧洲、非洲及中国的蚕豆资源群之间具有明显的地域分布规律。北非和欧洲的蚕豆资源遗传相似性较近,和之前AFLP研究结果一致,从分子水平验证了蚕豆由北非传入欧洲的传播路线。
　　 5.对ISSR扩增产物进行回收、克隆并测序,基于序列信息设计出了86对STS引物。利用32份国内外蚕豆资源检测这些引物的多态性,最后筛选出20对多态性蚕豆STS引物。