中国主要花生改良品种遗传多样性及品质性状关联分析

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花生(Arachis hypogaea L)是我国主要的油料与经济作物之一,在保障食用油安全和促进农民增收方面具有重要作用。在我国大宗油料作物中,花生的总产和总产值已跃居首位,而进一步提高花生综合生产效率的关键是改良主栽品种的产量、含油量和脂肪酸组成等重要性状。我国已先后培育出550余个具有不同生态适应性和利用价值的花生品种,其中不同年代育成并在生产上广泛推广种植的主栽品种约200个,有力地推动了生产发展,同时这些改良品种也是育种研究重要的亲本资源。但是,迄今对于这些具有良好农艺性状和特殊生态适应性的花生改良品种在分子水平的遗传多样性、含油量等重要品质性状的分子标记方面尚缺乏系统研究。本研究以我国育成和应用的196个主要花生改良品种为材料,用SSR标记进行了分子遗传多样性的分析,对含油量、油酸、亚油酸含量等品质性状作了关联分析,同时探讨了不同代表品种油脂合成代谢途径关键基因DGAT3序列的多样性,初步发掘出了相关SNP位点。取得的主要研究结果如下。1、首次明确了我国主要花生改良品种在分子水平的遗传多样性。SSR标记分析结果表明,主要花生改良品种的有效等位变异数平均为2.99个,明显低于品种资源的4.29个;遗传多样性指数为0.15,明显低于中国、美国核心种质相应值;随着花生育种年代的推进,含有稀有等位变异品种的比例呈递减趋势,二十世纪七十年代以前含有稀有等位变异的比例为77.8%,而到本世纪初的10年下降到43.8%,表明人工改良过程尤其是育种亲本少和定向选择导致花生品种的遗传基础趋于狭窄。通过利用Structure软件进行群体结构分析,将上述我国主要花生改良品种划分为5个类群,即Pla、Plb、P2、P3a和P3b。聚类分析表明,我国北方、长江流域、南方三大生态区的花生改良品种分属不同的类群,但由于不同生态适应性亲本的交叉应用,三大区域改良品种在聚类分析中也有一定的交叉。花生改良品种聚类分析、主坐标分析结果均与按群体结构的分类相吻合。群体结果分析表明,Pla和Plb分别包含42个和35个品种,其中64个来自长江流域以南,7个来自长江流域以北的山东、河南和吉林;P2包含27个品种,主要来自长江流域;P3a和P3b分别包含44个和48个品种,其中72个来自长江流域以北的山东、河南、河北和江苏等省份,10个来自长江流域的四川省。2、通过主要花生改良品种的关联分析获得了一批与含油量、油酸含量、亚油酸含量等品质性状相关的分子标记。鉴定出18个标记与含油量相关,位于6个连锁群上(A07和A10连锁群上分别分布3个标记),它们对含油量变异的解释率在7%~20%,而且ARS205、GM1445、GNB1062、Seq2E6等标记在不同环境中被重复检测到,3个对含油量增效效应较大的标记GA24-1、AC1C11和lSeq1E6分别存在于中花15和豫花9326(效应值2.22)、皖花7号和鄂花2号(效应值4.97)、豫花9326和中花15(效应值1.66)中。鉴定出7个标记与油酸含量相关、11个标记与亚油酸含量相关,其中6个油酸含量关联标记与亚油酸相同,与油酸含量相关联的标记:3eq1B9、TC4F10在2个环境中被重复检测到,标记Seq4E10在2个环境中检测到与亚油酸相关联。增效效应较大的标记GM2246、HAS0969、Seq1B9的对应效应值分别为16.70、6.33和15.37,其载体均是高油酸品种开农H03-3。关联标记TC4F10、Seq4E10的效应值分别为12.69和7.23,其对应载体分别为睢宁二窝和鄂花2号。这些关联标记对于花生高含油量、高油酸育种的亲本选配和后代处理具有辅助选择价值。3、通过分析主要花生改良品种代表性材料的DGAT基因序列差异,发现花生中存在3种AhDGAT3的类型,分别为AhDGAT3-1、AhDGAT3-2和AhDGAT3-3。AhDGAT3-1与基因序列gi/58324011的编码区完全一致,编码区全长为1020bp,编码339个氨基酸;而AhDGAT3-2与基因序列gi/62084564的编码区完全一致,编码区全长为1038bp,编码345个氨基酸;AhDGAT3-3的编码区为1026bp,编码341个氨基酸。AhDGAT3-1比AhDGAT3-2和AhDGAT3-3在501-512位置的编码区缺少12个碱基,在588~594位置的编码区缺少6个碱基;AhDGAT3-3比AhDGAT3-1和AhDGAT3-2在193-198位置的编码区多6个碱基。发掘出86个SNP位点,其中8位点可能与高含油量相关,对含油量性状的解释率变幅为18%~45%。分析关联标记的SNP位点变异,在85位A-G、109位A-C、915位A-G替换时,对含油量具有增效作用,效应值分别是1.5、1.0和1.5,其对应载体都为鄂花2号。
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