中国野生荔枝的遗传多样性及栽培荔枝的起源研究

摘要

荔枝是著名的热带水果，其野生群体即野生荔枝目前仍残留分布于中国南部和越南北部。中国的野生荔枝具有较多的变异性状，但目前尚未见到从分子水平上全面研究野生荔枝遗传多样性的报道。中国存在大量关于荔枝的古代文献以及野生荔枝的分布现状表明，中国南部很可能是栽培荔枝的起源中心。本文利用SSR标记分析了中国境内野生荔枝的遗传多样性，探讨其遗传结构、受威胁程度和原因，从而为合理保护和利用野生荔枝提供理论依据。同时还利用SSR标记研究了栽培荔枝和野生荔枝的亲缘关系，并初步探讨了栽培荔枝的起源地点。 使用8对SSR引物，在7个野生群体和15个栽培品种共241个体中共发现了54个等位基因。这一数据远高于Viruel和Hormaza(2004)使用同样引物在21个荔枝栽培品种上的扩增结果(共29个等位基因)。多态位点的百分比在野生群体中除广西大新群体为75﹪外，其余6个群体均为100﹪，平均值为96.4﹪，远高于栽培品种(平均值为49.2﹪)。所有位点中，野生群体的等位基因数目均高于栽培品种。19个等位基因存在于野生荔枝而不见于栽培品种；野生和栽培共有34个等位基因，而只见于栽培品种的等位基因仅有1个。以基因多样性为计算指标，则荔枝栽培品种的遗传变异仅占野生群体变异的43.8﹪。这揭示了野生群体拥有更大的SSR等位基因库。在荔枝品种的改良过程中，野生荔枝丰富的基因库将具有极大的利用价值。 7个野生荔枝群体中，以海南吊罗山群体的遗传多样性最高，其期望杂合度(H<,e>)、多态信息含量(PIC)及香农指数(I)分别为0.636、0.590、1.254；云南景洪群体的遗传多样性最低，对应值分别为0.367、0.307、0.603，其余的5个群体中，广西大新群体的遗传多样性各指标均为最低，广东廉江群体的遗传多样性低于海南的3个群体；海南的3个群体多样性较为接近。 对野生荔枝各群体遗传距离和基因流的分析表明，遗传分化系数(F<,ST>)最小为0.017，最大为0.511；相应的基因流(Nm)从14.804到0.239。广西大新群体(Fst值0.296-0.511)及云南景洪群体(F<,ST>值0.341-0.511)较其他群体表现了极为明显的遗传分化。其余群体两两间遗传分化程度较低，FST值均小于0.075。遗传关系最近的两个群体为海南五指山群体和海南霸王岭群体(F<,ST>=0.017)。 AMOVA分析显示，野生荔枝绝大部分的遗传变异均来自群体内(75.96﹪，F<,sT>=0.240，P<1×10<'-5>)，来自地区间的遗传变异次之(20.75﹪，．F<,CT>=0.207，P=0.089)，来自地区内群体间的遗传变异最小(3.30﹪，F<,sc>=0.043，P<1×10<'-5>)。Mantal检测结果也显示，野生荔枝群体的遗传距离与地理距离有显著的相关性(r=0.772，P=-0.034)。 F-统计(F-statistics)也显示野生荔枝出现了较高的群体间遗传分化(F<,st>=0.249)，群体间基因流小于1(Nm=0.753)也证实了这一结论。在群体内水平上，固定指数为正值(Fis=0.137)。所有7个野生群体在8个SSR位点上的平均观测杂合度变化范围为26.6﹪～74.7﹪。对单位点进行Hardy-Weinberg平衡检测，发现在总共56个位点(7个群体×8个位点)中有19个显著偏离了平衡(P<0.05)。从群体水平上看，有5个群体显著杂合不足(P<0.05)，其中，尤以海南五指山群体表现的较为突出(Fis=0.363)。综合上述分析，野生荔枝在群体内的交配很可能为非随机的。 本文的研究结果显示：①荔枝野生群体可清楚的分为3大支：广西个体自成1支；云南个体先构成1支，再与部分海南个体共同组成1支；海南个体和广东个体共同组成1支。这3大支两两间的遗传分化较大。②特早熟品种三月红、拟三月红和广西野生群体关系较近；早熟品种妃子笑、白蜡、水东黑叶及1个中晚熟品种红荔聚为一支，和上述3支的关系待定；其余中晚熟品种和海南广东的相似性较高。这揭示了荔枝的栽培品种很可能是多地点驯化起源的，特早熟品种三月红和拟三月红起源于广西(可能还包括越南北部)；多数中晚熟品种起源于广东一海南；早熟品种妃子笑、白蜡、水东黑叶和1个中晚熟品种红荔可能是两广野生群体杂交起源或由“中间群体”驯化起源。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明

第1章引言

1.1分子标记的发展

1.1.1第一代分子标记

1.1.2第二代分子标记

1.1.3第三代分子标记

1.1.4分子标记技术的展望

1.2作物的起源与进化

1.2.1关于作物起源的学说

1.2.2果树驯化过程中的群体遗传学研究

1.3荔枝种质资源的研究概况

1.3.1荔枝的经济意义和栽培历史

1.3.2分类地位和生物学习性

1.3.3野生荔枝种质资源的研究进展

1.3.4荔枝栽培品种分类的研究

1.3.5栽培荔枝的繁殖方式及其育种

1.4本文研究目的及意义

第2章生境考察及样品采集

2.1野生荔枝的生境调查

2.1.1样地调查

2.1.2其它采集点群落概况

2.1.3石斑木属(Rhaphiolepis Lindley)新种的发现

2.2样品采集

2.2.1荔枝野生群体样品的采集

2.2.2栽培品种样品的采集

第3章实验材料和方法

3.1实验材料

3.1.1试剂

3.1.2仪器

3.2总DNA的提取和浓度的测定

3.2.1总DNA的提取(FastPrep法)

3.2.2总DNA浓度的测定

3.3 SSR引物来源及合成

3.4 PCR扩增

3.5聚丙稀酰胺凝胶电泳

3.6银染

3.7 SSR带型判别与目标条带大小的计算

3.8数据处理与分析

3.8.1群体遗传多样性及遗传结构分析

3.8.2聚类分析

3.8.3主坐标分析

3.8.4相关性分析

第4章结果

4.1总DNA提取及银染

4.2荔枝等位基因的数目和多态位点

4.3等位基因的分布和频率

4.4荔枝遗传多样性和遗传结构的分析

4.4.1野生荔枝的遗传多样性分析

4.4.2野生荔枝的遗传结构

4.2.5遗传距离和基因流

4.5聚类分析及主坐标分析

4.5.1野生荔枝群体间关系的分析

4.5.2荔枝各栽培品种和野生群体的关系

第5章讨论

5.1微卫星标记的选择

5.2野生荔枝的遗传多样性

5.3野生荔枝的遗传结构

5.3.1繁育系统

5.3.2遗传分化和基因流

5.4野生荔枝种质资源的保护

5.5荔枝栽培品种的分类及其起源

5.5.1品种分类

5.5.2荔枝栽培品种的起源

5.6野生荔枝的分类地位

第6章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

附表

图版

附：攻读博士学位期间发表的研究论文

致谢