马褂木种质资源生长适应性与遗传多样性研究

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中国马褂木(Liriodendron chinense(Hemsl.)Sarg.)为国家二级濒危树种,同时也是优良的用材及园林绿化树种。开展马褂木种质资源评价与优良种质选育对其保育和开发具有重要意义。本研究以种植于马褂木自然分布区南缘(广西全州)15年生马褂木种源试验林为材料,分别对15个参试种源进行生长适应性及SSR遗传多样性评价;并对从试验林选出的优良基因型、以及从优良种源地再收集的部分优良基因型组建核心育种群体进行了苗期生长适应性(嫁接成活率、苗期生长和叶片表型)评价及遗传多样性(KASP-SNP、SSR)分析。主要研究结果如下:(1)不同种源在参试地点的生长适应性差异较大,且生长适应性性状明显受到种源地经纬度、温度、湿度的影响。方差分析表明,马褂木生长性状(树高、胸径、材积、抗性性状)在种源间均存在极显著差异。列联表检验表明,保存率在种源间有极显著差异(χ2=51.021,p<0.001)。相关分析表明,胸径、树高与种源地经度(R2=0.421,p=0.005;R2=0.326,p=0.015)、纬度(R2=0.424,p=0.005;R2=0.319,p=0.017)均呈现显著负相关,胸径与年极端最低温(R2=0.265,p=0.029)、树高与年平均相对湿度呈现显著正相关(R2=0.339,p=0.013)。BLUP分析表明,云南金平和贵州黎平种源的综合育种值较高,在参试地具有较好的遗传表现,可作为广西马褂木遗传资源收集首选区域。(2)20个SSR位点遗传多样性分析表明,种源试验林具有较高的遗传多样性。15个种源的观察等位基因数(Na)、等位基因丰富度(Ar)、Shannon多样性指数(H)、等位基因均匀度(E)、观察杂合度(Ho)和期望杂合度(He)平均值分别为8.73、6.22、1.69、0.72、0.83和0.72。绝大部分(82.67%)SSR位点在种源中显著偏离哈温平衡(p<0.05),表明原马褂木种群可能普遍存在非随机交配。AMOVA显示种源间变异为10.74%。距离隔离检验表明,种源间遗传距离与地理距离呈现极显著正相关(R2=0.171,p<0.001)。群体共祖度(遗传结构)分析表明,参试种源可分为4组(K=4)。其中云南金平种源与其他种源分化最大;湖北利川、湖南城步、湖南长沙、福建柘荣种源共祖度较高;贵州黎平、江西南昌、江西庐山、安徽休宁、福建武夷山、浙江安吉、浙江丽水种源共祖度较高;而广西环江、湖北鹤峰、浙江松阳种源共祖度较高。(3)基于种源试验林生长表现,筛选收集了 89个优良基因型(包括种源试验林优树50株,优良种源原产地再收集优树26株,亚美马褂木13株)嫁接组建了优良核心育种群体。对其苗期生长适应性分析表明,不同来源优树嫁接成活率(χ2=67.515,p<0.001)及苗高生长(F=243.2,p<0.001)存在极显著差异。不同来源优树叶片表型变异丰富,主要体现在顶部凹陷以及侧边凹陷深度。主成分分析结果显示,叶片大小以及叶片的开裂程度为马褂木种源间变异的主要因素。聚类分析显示亚美马褂木、云南金平、麻栗坡种源与其他种源的叶片表型有着明显的差异。(4)基于20个SSR标记、以及从中国及亚美马褂木顶芽转录组差异基因中筛选出的17个SNP位点,对核心育种群体进行了遗传多样性分析。核心育种群体的SSR遗传多样性显著高于种源试验林。基于SNP标记的聚类结果与SSR聚类结果显著不同,推测两组标记受到了截然不同的选择作用。SNP个体杂合度与个体的胸径生长呈现显著的正相关(R2=0.262,p<0.001),与高生长的相关不显著(R2=0.069,p=0.07),但表现出递增趋势;而SSR个体杂合度与树高和胸径表型均无显著相关性,表明参试SNP位点与马褂木的生长量可能有明显关联。综上,本研究揭示了马褂木遗传资源在其自然分布区南缘的生长适应性,并选育了一批生长表现优良的种质,为马褂木遗传资源的保育与利用提供了重要参考。
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