苎麻种质资源遗传多样性及分子标记研究

来源 :华中农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liujmjm
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苎麻(Boehmeria nivea L.Gaud)是我国最重要的韧皮纤维作物之一,在我国有着悠久的栽培和加工历史,加入WTO后,市场需求和麻纺工业的发展,对优良品种的需求越来越迫切。我国苎麻新品种选育虽然取得了较大的成绩,但如要进一步提高显得相当困难,其主要原因是缺乏有效的种质资源。此外,苎麻育种存在遗传背景复杂,缺少纯合的亲本材料,品种选育困难及育种周期长等问题。高代自交无性繁殖系是苎麻杂交育种极其珍贵的亲本材料,对其进行遗传多样性研究,有利于苎麻种质资源的收集、保存、鉴定和合理利用。我国野生种质资源十分丰富,但是很多尚未开发利用。因此,苎麻野生种和栽培种野生类型种质资源的考察、搜集、保存与鉴定,对于提高我国苎麻育种水平、促进苎麻产品的开发应用、研究苎麻的亲缘关系及起源等具有重要意义。本研究主要目的在于:(1)进行高代自交无性繁殖系的田间调查和聚类分析,筛选出农艺性状和品质性状均优良的材料,进一步丰富杂交育种亲本资源;(2)明确品质性状和农艺性状的某些内在联系,建立通过田间农艺性状调查来预测部分品质性状的回归方程;(3)建立适合苎麻自交无性繁殖系研究的RAPD、ISSR及SRAP等标记体系;进行苎麻自交无性繁殖系的遗传多样性分析,为亲本选配提供依据。(4)搜集一批苎麻野生种质资源,探索其种内、种间材料的遗传多样性和亲缘关系。分子标记能直接从DNA水平反映种质之间的遗传差异,是研究植物遗传多样性的有效工具。主要研究结果如下:1.应用SAS System for Windows V8.0统计分析软件,根据7个农艺性状和3个品质性状指标对供试90份自交无性繁殖系进行聚类。在Average Distance值为0.5时,可以将90份材料分为5个群,每个群又可以分为1-2亚组。研究表明在育种中,要选择纤维细度较优的自交无性繁殖系要在ClusterⅣ和ClusterⅤ两个群组种选择;而要选择产量高的育种材料则在ClusterⅡ群组内选择。通过聚类分析发现了纤维细度极优质的4份自交无性繁殖系材料(ClusterⅤ),纤维细度超过2000m/g的22份材料(ClusterⅣ),农艺性状优良,高产潜力大的13份自交无性繁殖系材料(ClusterⅡ)。通过田间数据调查分析得知,农艺性状及品质性状之间存在相关关系。建立的农艺性状及品质性状多元一次回归方程如下:y1=2800.82-1.41x1-525.18x2-73.15x3-3.20x4+8.56x5-675.51x6+2614.28x7+0.75x8y2=13.28+0.07x1-2.28x2+1.83x3-0.37x4-0.13x5+13.95x6-46.78x7-0.01x8y3=4.57+0.01x1+0.35x2-0.01x3-0.02x4-0.06x5-0.47x6+2.04x7y1表示纤维细度(m/g);y2表示断裂强度(g);y3表示断裂伸长率(%)。x1-x8分别表示株高(cm)、茎粗(cm)、功能叶片宽度(cm)、叶片长度(cm)、叶柄长(cm)、叶缘锯齿宽度(cm)、叶缘锯齿深度(cm)和有效分株率(%)。2.优化了苎麻RAPD分子标记体系;用32个RAPD引物对40份自交无性繁殖系材料的DNA进行PCR扩增,共扩增出113条带,多态性达到78.76%,Nei’s平均遗传距离为0.2317,平均Shannon指数为0.3568。Mantel检测得出的聚类结果和相似系数矩阵之间的相关系数为0.635,表明聚类结果很好的体现了种质之间的遗传关系。利用NTSYs 2.0软件进行主成分分析,累计贡献率为24.81%,第一主成分的贡献率为10.47%,结果表明主成分分析和RAPD聚类结果不是很吻合。3.优化了苎麻ISSR分子标记体系;30条ISSR引物对40份自交无性繁殖系材料的DNA模板进行扩增和电泳检测,总条带数为116条,多态性达到78.45%,Nei’s平均遗传距离为0.2405,平均Shannon指数为0.3679,每条引物扩增2-10条带不等。按照材料的地理位置,将40份自交无性繁殖系分为6个居群,多态位点百分率(pp)在23.28%-67.24%之间。Nei’s遗传距离在0.0964-0.2285之间,Shannon指数在0.1408-0.3310之间。第一、第二、第三主成分的贡献率分别为72.67%、5.36%和2.11%,累计贡献率为80.15%,结果表明主成分分析与采用ISSR进行聚类的结果十分一致。4.优化了苎麻SRAP分子标记体系;有72条引物均能扩增出有较高稳定性和重复性、丰富多态性的带型,条带总数为386条,多态性达到72.80%,Nei’s平均遗传距离为0.1889,平均Shannon指数为0.2969,每条引物扩增5-11条带不等。根据材料的地理位置,将35份自交无性繁殖系分为6个居群,多态位点百分率(pp)在19.71%-58.81%之间。Nei’s遗传距离在0.0794-0.1742之间,Shannon指数在0.1159-0.2699之间。第一、第二和第三主成分的贡献率分别为13.02%、8.47%和6.09%,累计贡献率为27.58%。只有部分聚类结果与采用UPGMA方法聚类得出的结果一致,研究结果表明,RAPD、ISSR和SRAP标记是进行研究苎麻自交无性繁殖系遗传多样性较好的方法。5.对2003-2007年采集到的45份荨麻科野生材料进行ITS序列分析,以绿叶种苎麻(B.nivea var.tenacissima)、艾麻(Laportea cuspidata)以及冷水花属3个种的ITS序列作为外类群。所得序列采用Clustal X程序进行对位排列,并经手工校正。利用MEGA3.1软件对序列进行分析。启发式搜索得到了最简约树,其中一棵树树长(tree length)777步,一致性指数(consistency index,CI)为0.6735,保留指数(reserved index,RI)为0.9407。聚类分析表明全部材料可以聚为4类7组,支持采用植物学性状分类的结果,两种不同聚类方法的分析结果基本一致:苎麻属(Boehmeria Jacq.)21份材料单独聚为一类,又可以分为3个亚组,第一亚组材料为序叶苎麻(B.clidemioides var.diffusa),其自展支持率(bootstrap values)为89%,主要采集自神农架地区;第二亚组材料为水苎麻(B.macrophylla);余下的7份白叶种苎麻(B.nivea L.)聚为一个亚组,主要包括栽培种及其栽培种野生类型。冷水花属(Pilea Lindl.)的3份材料作为外类群单独聚为一类,自展支持率为100%。采自云南丽江和湖北神农架的3份艾麻属(Laportea Gaudich.)材料单独聚为一类。蝎子草属(Girardinia Gaudich.)6份材料聚为一类。水麻属(Debregeasia Gaudich.)3个种共15份野生材料聚为一大类。此外,对38份野生材料进行的RAPD和ISSR聚类分析结果基本一致。
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