四倍体栽培棉品种资源遗传多样性的SSR分子标记研究

摘要

棉属(Gossypium)有51个种，其中46个为二倍体棉种(2n=2x=26)，分属A、B、C、D、E、F、G和K等8个染色体组，其中5个为异源四倍体棉种(2n=4x=52，AD染色体组)，其余为二倍体棉种。棉属中有四个栽培品种：亚洲棉(G.arboreum，2n=26,A2)、草棉(G.herbaccum，2n=26,A1)、陆地棉(G.hirsutum,2n=52，[AD]1)和海岛棉(G.barbadense,2n=52,[AD]2)，其余47个均为野生棉。陆地棉产量占世界棉花总产量的90％，而海岛棉产量占棉花总产量的8％。陆地棉和海岛棉是棉属栽培种中重要遗传资源。本研究以来源于不同国家和地区的陆地棉和海岛棉种质资源为材料，采用SSR分子标记技术。对陆地棉和海岛棉的亲缘关系和遗传多样性研究，并探讨四倍体栽培棉种之间的系统发育和亲缘关系，主要
　　 结果如下：
　　 1、海岛棉品种的SSR分子标记研究：以海岛棉标准系3-79为对照，陆地棉标准系TM-1为参考对照，对来自前苏联、中国、美国、埃及等4个海岛棉生产国的20份海岛棉种质资源的基因组DNA进行SSR分析。108对SSR引物共获得了175条多态性谱带，平均每个引物扩增出1.62条多态性谱带。供试海岛棉品种之间的遗传相似系数为0.66-0.94，平均值为0.81。根据UPGMA聚类分析，以遗传相似系数阀值为0.77，可将20份栽培棉花种质材料分为4大类：第一类均为前苏联品种，第二类均为中国品种，第三类为以美国品种为主，第四类以埃及品种为主。遗传多样性分析结果表明，前苏联海岛棉品种资源的遗传多样性最为丰富，而埃及的海岛棉品种资源遗传距离最狭窄。我国的海岛棉品种资源的遗传多样性居中。研究结果表明供试材料的遗传背景与其产地背景有一定关联性，SSR标记能较好的揭示海岛棉种内的遗传差异和亲缘关系。
　　 2、陆地棉品种的SSR分子标记研究：采取SSR分子标记对国内外十个国家72份棉花种质资源的遗传多样性进行分析，从2278对SSR引物中筛选出82对具有多态性的候选引物，用其共扩增出个435条带，其中多态性带313条，达83.70％，平均每条引物扩增出3.81个条带。UPGMA聚类分析显示，72份材料的相似性系数(GS)变化范围在0.371～0.958之间。其中国内品种遗传相似系数变化范围在0.684～0.916间，平均遗传相似系数大小顺序为：长江流域棉区品种＞特早熟棉区品种＞夏棉品种＞黄河流域棉区品种＞新疆品种。国外品种遗传相似系数变化范围为0.661～0.958间，平均遗传相似系数大小顺序为：乌兹别克斯坦品种＞法国品种＞墨西哥和前苏联品种＞美国和巴基斯坦品种＞乌干达品种＞印度品种＞澳大利亚品种。聚类图0.760处阈值处可以把国内外品种被聚为两类，26个国内品种和一个国外品种(57)被聚为国内品种DG(Domestic group)类，DG类又包括3个亚类(Domestic subgroup)即DSG1、DSG2和DSG3，而大多数国外品种为IG(Introduced group)类，IG类包括4个亚类(Introduced subgroup)，即ISG1、ISG2、ISG3和ISG4。本研究结果表明，SSR具有丰富遗传多样性和稳定性，是一种较好的遗传分子标记，适宜于陆地棉品种种内遗传多样性分析，并能够较好的区分国内外品种。
　　 3、海岛棉和陆地棉种质资源的SSR分子标记联合分析：对来源于不同国家和地区的72份陆地棉种质材料、20海岛棉种质材料和2个对照，用在海岛棉或陆地棉中具有多态性190对SSR引物进行筛选，其中15对引物在两个棉种中具有多态性条带，占7.8％。15对引物共扩增出141条带，其中71条具有多态性，占总条带数的50.35％，平均每个引物扩增出4.73条多态性条带。UPGMA聚类分析显示，国内外不同棉区海岛棉与陆地棉种间平均遗传相似系数总体变化范围为0.2456～0.3194，国内不同棉区的陆地棉品种与4个海岛棉品种间平均遗传相似系数总体变化范围为：0.2456～0.2918。国外不同棉区的陆地棉品种与4个海岛棉品种间平均遗传相似系数总体变化范围为0.2491～0.3194。聚类图0.280阈值处，73个陆地棉品种被聚为GHG(G hirsutum group)一类，GHG共包含4个亚类，分别为GHG1、GHG2、GHG3和GHG4，21个海岛棉品种被聚为另一类GBG(Gbabardense group)，共包含两个亚类，分别为GBG1和GBG2。研究结果还表明，陆地棉和海岛棉的种间遗传亲缘关系远于陆地棉品种间或海岛棉品种间，SSR标记能较好的揭示海岛棉和陆地棉种间的遗传差异和亲缘关系。

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致谢

1 文献综述

1.1形态标记及其在棉花遗传改良中的应用

1.2细胞学标记及其在棉花遗传改良中的应用

1.3生化标记及其在棉花遗传改良中的应用

1.4分子标记及其在棉花遗传改良中的应用

1.4.1 DNA分子标记的特点

1.4.2 DNA分子标记的类型

1.4.3分子标记在棉属起源与进化研究中的应用

1.4.4分子标记在棉花遗传图谱构建及QTL定位研究中的应用

1.4.5分子标记在棉花遗传育种中的应用

1.4.6分子标记在棉花遗传多态性研究中的应用

1.5研究目的和意义

2 材料与方法

2.1试验材料

2.1.1陆地棉种质资源

2.1.2海岛棉种质资源

2.1.3海岛棉和陆地棉种质资源

2.2试验方法

2.2.1基因组DNA的提取与纯化

2.2.2 SSR引物合成

2.2.3 SSR-PCR扩增

2.2.4电泳分析

2.2.5数据分析

3 结果与分析

3.1 SSR标记的多态性

3.1.1海岛棉品种资源的SSR标记的多态性

3.1.2陆地棉品种资源的SSR标记的多态性

3.1.3陆地棉棉和海岛棉品种资源的SSR标记联合分析

3.2品种资源的遗传相似性分析

3.2.1海岛棉品种资源的遗传相似性分析

3.2.2陆地棉品种资源的遗传相似性分析

3.2.3陆地棉和海岛棉品种资源的遗传相似系数联合分析

3.3品种资源SSR分子标记聚类分析

3.3.1海岛棉品种资源SSR分子标记聚类分析

3.3.2陆地棉品种资源SSR分子标记聚类分析

3.3.3陆地棉和海岛棉品种资源SSR分子标记联合聚类分析

4 讨论

5 全文结论

6 研究展望

参考文献