新疆野苹果（Malus sieversii）群体遗传结构与核心种质构建方法

摘要

新疆野苹果(Malus sieversii)可能是现代栽培苹果(M. domestica)的祖先种,遗传多样性极为丰富,主要分布在中亚天山山脉,在中国主要分布在新疆的巩留县、新源县、霍城县和裕民县。但近年来,新疆野苹果遭到严重的破坏,群落面积急剧减少,本文利用分子系统学的原理和方法,采用SSR和SRAP标记对新疆野苹果群体遗传结构和遗传变异进行分析,并采用分子标记和表型数据,分别探讨了新疆野苹果核心种质构建方法,研究结果将为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等具有重要意义。主要研究结果如下： 1.利用SSR标记对新疆野苹果遗传多样性研究表明：8对SSR引物在109个株系中共扩增出128个位点,多态性位点百分比为100％,具有较高的Nei基因多样度和香农信息指数(H=0.2619;I=0.4082)。采用SRAP标记对新疆野苹果遗传多样性进行了研究,10对SRAP引物组合共扩增出209条带,多态性位点百分比为98.56％。结果显示,新疆野苹果遗传多样性较为丰富。 2.利用SSR标记和SRAP标记对新疆野苹果四个群体的遗传多样性进行了研究。SSR标记显示,巩留群体遗传多样性最为丰富,扩增出113个位点,扩增的多态性位点百分比为88.28％,Nei基因多样度和香农信息指数分别为0.2538和0.3912,其次为霍城群体(A=112;P=87.5％；H=0.2501;I=0.388),之后为新源群体(A=108;P=84.38％；H=0.245;I=0.377),而裕民群体遗传多样性最低(A=100;P=78.12％；H=0.2273;I=0.3482)。SRAP标记显示,新疆野苹果巩留群体遗传多样性最为丰富(hs=0.304),其次为霍城群体(hs=0.287)、裕民群体(hs=0.274)和新源群体(hs=0.260)。因此,巩留群体应优先保护。 3.采用SSR和SRAP标记对新疆野苹果四个群体的遗传结构研究都显示,新疆野苹果遗传变异主要存在群体内。对于SSR标记,群体内变异占总变异的93.6％,而群体间变异仅占总变异的6.4％。对于SRAP标记,群体内变异占总变异的77.9％,群体间变异占总变异的22.1％。SSR标记测得的GST基因流为7.265,说明新疆野苹果存在一定的基因交流,而花粉和种子的传播可能是基因交流的主要原因。 4.根据SSR数据,对四个群体UPGMA聚类分析结果表明,巩留群体和新源群体遗传关系最近(D=0.0147;I=0.9854),霍城群体次之,裕民群体远离其它三个群体。对109个株系UPGMA聚类分析显示,所有的株系可以分为10类,来自同一群体的大多数株系都能聚在一起,说明巩留群体、新源群体、霍城群体和裕民群体,四个群体是相对独立的群体,但同时存在部分基因交流。 5.对新疆野苹果四个群体的主坐标轴分析(PCOORD)显示,对于SRAP标记,巩留群体和新源群体之间株系有部分重叠,霍城和裕民群体间株系有部分重叠,位于伊犁野果林的巩留、新源和霍城群体可能是原初起源中心,而裕民群体由霍城群体传播而来,为次生起源中心。 6.对于新疆野苹果,SSR和SRAP标记相比较,SSR具有更为广阔范围的株系间以及群体内株系间遗传变异,而SRAP具有更广范围的群体间遗传变异,因此SSR标记更适于新疆野苹果群体内株系间以及株系间遗传变异的分析,SRAP标记更适于新疆野苹果群体间遗传变异的分析。 7.对SSR数据、SRAP数据和SSR与SRAP联合数据的株系间遗传相似性系数矩阵的相关性进行Mantel矩阵相关性检测显示,三者两两间极显著相关,其中SRAP数据同SSR与SRAP联合数据间具有较高的相关性(r=0.929),因此将SSR和SRAP数据联合并不是估计新疆野苹果群体遗传多样性和群体遗传结构的最佳方案。 8.采用SSR标记,以109个新疆野苹果株系为材料,研究了利用分子标记构建新疆野苹果核心种质的方法。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。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,是构建新疆野苹果较合适的方法。 9.以300个新疆野苹果株系的10个表型性状的遗传多样性为数据,研究了表型性状构建新疆野苹果核心种质的方法。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,优先取样策略优于随机和偏离度取样策略。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,结合优先取样策略构建的核心种质最有代表性,是构建新疆野苹果的最佳的方法。

目录

论文说明：英文缩写符号及其中英文对照表

声明

第一章 引言

1问题的提出

2前人研究进展

2.1新疆野苹果研究进展

2.2群体遗传结构

2.3新疆野苹果群体遗传结构

2.4核心种质研究进展

3本研究的内容及目标

3.1新疆野苹果群体遗传结构

3.2新疆野苹果核心种质构建的方法

第二章新疆野苹果群体遗传结构的SSR和SRAP分析

1材料和方法

1.1材料

1.2方法

2结果与分析

2.1新疆野苹果群体遗传结构的SSR分析

2.2新疆野苹果群体遗传结构的SSR和SRAP比较分析

3讨论

3.1新疆野苹果群体遗传结构

3.2新疆野苹果聚类分析

3.3新疆野苹果SSR和SRAP联合分析

3.4新疆野苹果遗传多样性及其保护

第三章新疆野苹果核心种质构建方法研究

1材料和方法

1.1材料

1.2方法

2结果与分析

2.1分子标记构建新疆野苹果核心种质的方法

2.2形态数据构建新疆野苹果核心种质的方法

3讨论

3.1分子标记构建核心种质的取样策略

3.2分子标记构建核心种质的遗传距离

3.3分子标记构建核心种质的取样比例

3.4形态数据构建核心种质的取样策略

3.5形态数据构建核心种质的遗传距离

3.6形态数据构建核心种质的聚类方法

小结

1本论文的主要结论

2本论文的创新点

3下一步研究设想

参考文献

致谢

攻读学位期间发表论文