切花菊品种遗传多样性及观赏性状、抗逆性与分子标记的关联分析

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菊花(Chrysanthemum morifolium Ramat.)原产中国,是菊科菊属多年生宿根草本植物。切花菊在我国和世界鲜切花产业中都占有重要位置,其品种繁多,种质资源丰富,蕴含着丰富的遗传变异信息。切花菊品种选育时关注的很多观赏性状和抗逆性为数量性状,其遗传机制复杂。因此,了解切花菊品种资源的多样性和亲缘关系,挖掘与数量性状紧密关联的分子标记有利于开展相关性状优异等位基因位点挖掘和分子标记辅助选择育种。本研究以来源广泛、性状类型丰富且无直接亲缘关系的159个切花菊品种自然群体为材料,优化确立菊属植物SCoT分子标记体系后,分别利用SRAP、SCoT和EST-SSR三种标记技术对其进行全基因组分子扫描,根据扫描结果分析该群体的遗传多样性、群体结构和亲缘关系,结合对该群体所有品种连续两年的观赏性状表型数据及抗旱性、耐盐性鉴定评价数据,运用关联分析方法寻找与目标性状相关联的分子标记位点并得到相应的表型变异解释率。主要研究结果如下:  1.确立了菊属植物SCoT分子标记体系,即PCR总体积25μ L,其中Mg2+1.20mM、dNTPs0.15 mM,引物4μM,Taq DNA聚合酶1U,模板DNA50 ng;最适退火温度为49.4℃。  2.利用筛选出的引物组合对159个切花菊品种进行全基因组分子标记扫描,38对SRAP引物组合检测到406个多态性条带,平均每对引物扩增出10.68条;7个SCoT单引物共扩增出50条多态性条带,平均每对引物扩增出7.14条;31对EST-SSR引物共扩增出297条多态性条带,平均每对引物扩增出9.58条。SRAP、SCoT和EST-SSR标记条带得到的基因多样性值和多态性信息含量(PIC)分别为0.349、0.402、0.343和0.278、0.315、0.276,相比之下,SCoT标记得到的基因多样性值和PIC值最大,在P值0.05水平上有显著差异。  3.根据分子标记结果,用STRUCTURE软件进行群体结构分析,结果显示,159个切花菊品种分为2个主要亚群,将其中26个Q值小于0.60的品种划入混合群后,亚群1包含86个品种,由53个多头切花小菊品种和33个单头切花大菊品种组成;亚群2包含47个品种,其中只有2个单头切花大菊品种,其余均为多头切花小菊品种;分子方差分析结果(AMOVA)显示亚群间的遗传变异为5.8%,亚群内的遗传变异为94.2%。用PowerMarker3.25软件分别计算由三种标记得到的切花菊品种间平均Neis遗传距离为0.379、0.413和0.355,Mantel测验结果显示它们两两之间存在显著相关性(P<0.0001),但相关系数较低。UPGMA法聚类分析和主坐标分析(PCoA)结果都与群体结构分析结果有较高的一致性。用SPAGeDi软件检测品种间的亲缘关系,结果显示52.7%的品种间的亲缘关系系数为0,21.3%的品种间亲缘关系系数小于0.05,所选切花菊品种群体的平均亲缘关系系数为0.074,说明供试群体品种间的亲缘关系很弱。综合上述三种分析结果表明供试的159个切花菊品种群体的结构较为简单,亚群差异不明显,是进行关联分析的合适群体。  4.分别于2011年和2012年秋季花期测定159个切花菊品种的11个观赏性状,测定结果显示观赏性状在供试品种间的差异很大;方差分析(ANOVA)显示,除了株高(PH)、茎粗(SD)和花期(FT)以外其余性状两年的测定值之间没有显著差异。相关性分析结果显示有多对性状间存在着不同程度的相关性,其中相关性达到极显著水平(P<0.01)的成对性状有13对,达到显著水平的(P<0.05)有7对。切花菊品种抗旱性和耐盐性评价在2012年和2013年春季重复进行了两次,结果显示不同品种的抗逆性差异很大;方差分析显示两年的抗旱性鉴定结果有显著差异(P<0.001),耐盐性鉴定结果没有显著差异(P=0.106)。按照各品种的抗逆性大小将159个切花菊品种分级,整合两年的鉴定结果最终得到抗旱性很强的多头切花小菊品种20个,单头切花大菊2个;耐盐性很强的多头切花小菊品种6个,单头切花大菊1个。  5.应用TESSLE软件检测三种标记整合数据所有位点组合的连锁不平衡(LD)水平,结果显示,全部249571个位点组合中有3230对位点组合(1.30%)的r2>0.1(P<0.01),452对位点组合(0.18%)的r2>0.2(P<0.01)。选择混合线性模型(MLM),分别进行观赏性状测定值及抗逆性评价结果与分子标记的关联分析,结果表明,2011年与11个观赏性状显著关联的标记位点有87个,2012年有103个,其中共有的标记位点有54个。所有检测到的关联位点的表型变异解释率范围是4.31%-21.8%,平均为5.71%。分别有13个和11个标记位点与两年的抗旱性显著关联,其中有8个显著标记位点在两年中重复出现,关联位点的表型变异解释率范围是4.40%-7.57%,平均为5.63%。两年各检测到3个标记位点与品种的耐盐性显著关联,未检测到同时与两年耐盐性数据都显著相关的位点,关联位点的表型变异解释率范围是4.48%-8.35%,平均为5.95%。
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