薯类作物生物技术专题 | 基于SSR荧光标记毛细管电泳的马铃薯品种遗传多样性分析及分子身份证构建

文摘   科学   2024-10-09 15:11   北京  

基于SSR荧光标记毛细管电泳的马铃薯品种遗传多样性分析及分子身份证构建

毛向红,卢瑶,范向斌,杜培兵,白小东

DOI: 10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2024-0113


马铃薯(Solanum tuberosum L.)已经成为全球粮食系统的一个重要组成部分。中国是马铃薯第一生产国,截至2017年,我国育成的马铃薯品种622个。随着人口增长、极端自然环境的挑战、人们消费观念的变化要求马铃薯育种者不断选育新品种。对引进的马铃薯品种进行遗传多样性分析和评价是筛选优良亲本材料的必要方法。引进马铃薯鉴定方法主要采用传统的形态鉴定(如植株形态、花色、叶色、抗病性、薯型),然而,形态鉴定既耗时又容易受植物生长发育状态等因素影响,除此之外环境因素也会导致识别错误。因此,开发一种快速可靠的方法来评估马铃薯品种间的遗传多样性至关重要。

随着现代生物技术的发展,分子标记技术已广泛应用于作物的遗传分析和育种研究中,简单序列重复序列(SSR)又称微卫星,在植物基因组中的频率高、分布广,具有多态性和共显性,它们一直是分子标记的信息来源,常用于进化研究、遗传多样性评估、基于图谱的克隆和分子育种。目前,借助SSR技术已经对水稻、小麦、玉米、番茄、棉花等多种作物进行了遗传多样性评价。然而这些研究均采用了传统的聚丙烯酰胺凝胶电泳对SSR结果进行判读,步骤繁琐且不能读出DNA片段的准确大小。基于DNA测序仪的SSR荧光标记毛细管电泳检测方法检测结果更加精确、灵敏、高效,更适用于引进品种的快速筛选。

近日,《生物技术通报》在线发表了题为基于SSR荧光标记毛细管电泳的马铃薯品种遗传多样性分析及分子身份证构建研究报告本研究使用前人筛选的41对SSR引物,基于荧光毛细管电泳技术,对山西省晋北地区引进的51份马铃薯品种进行遗传多样性分析并构建分子身份证,以期为山西省马铃薯品种鉴定提供技术支持。

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本文主要包括以下几部分内容:    

1 材料与方法
1.1 材料
1.2 方法
2 结果

2.1 马铃薯SSR标记多态性分析

2.2 马铃薯品种的遗传距离分析

2.3 马铃薯品种的亲缘关系聚类分析

2.4 马铃薯指纹图谱及分子身份证构建

3 讨论

3.1 供试马铃薯品种遗传多样性

3.2 供试马铃薯品种聚类分析

3.3 供试马铃薯品种分子身份证构建

4 结论




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3.1 供试马铃薯品种遗传多样性

      
      遗传多样性决定了植物对环境的适应能力和生产种的利用潜力,鉴定育种材料的遗传多样性和种群结构对于改良作物的育种工作至关重要。本研究首次使用41对SSR荧光引物对51份来源于不同选育单位的马铃薯品种进行遗传多样性分析,所有引物总共扩增出327个等位位点,平均多态性位点百分率达到91.26%。多态性信息含量(PIC)和期望杂合度(He)是衡量种群遗传多样性的重要指标,PIC反映SSR位点的变异程度,当PIC ≥ 0.5时表示位点具有高度多态性;He反映群体遗传多样性水平,其数值越大表示群体遗传一致性越低,遗传多样性越高。SSR分析结果表明,供试的51份马铃薯品种平均PIC值为0.71,平均He值为0.20,表明引进的马铃薯品种具有高度多态性但遗传多样性水平低;有效等位基因(Ne)介于1-1.66 之间,平均为1.34,与观察等位基因数存在一定的差距,表明等位基因在群体中的分布不均匀本研究结果表明中国的马铃薯品种遗传基础狭窄,因此,需要继续引进国外优良种质资源用于选育新品种。


3.2 供试马铃薯品种聚类分析


      SSR分子标记聚类结果可为育种和选种提供更加科学的选择参考,本研究中51个马铃薯品种均来源于北方地区,基于SSR分子标记分为6大类,其中第II类群最大,包括30个品种,占供试品种的58.82%,其中山西农业大学高寒区作物研究所育成品种均分布于这一类群,表明来源于同一选育单位的品种遗传基础比较狭窄,亲本材料较为单一。第I类群中大西洋和凯薯2号聚为同一类,表明这两个品种可能存在同种异名现象。维拉斯、定薯4号、克新33号和东农312单独聚为一类,与其他供试材料亲缘关系较远,可以考虑以这些品种作为育种材料。


3.3 供试马铃薯品种分子身份证构建


      构建品种的分子身份证是解决市场和育种中品种混乱,良种推广混乱的有效方法。本研究依照最少的引物区分品种原则,筛选出STM0037、SSR0387、SSR01054这3对核心引物用于构建51份马铃薯品种的分子身份证,可用于马铃薯品种鉴定和溯源。















本研究使用41对SSR荧光标记引物分析了51个来源于不同选育单位的马铃薯品种,共扩增出327个等位位点,多态性比例是95.11%。聚类分析发现维拉斯、定薯4号、克新33号和东农312这4个品种可作为马铃薯育种材料。基于最少引物鉴定最多种质的原则,利用3对核心引物STM0037、SSR0387、SSR01054,构建了51个马铃薯品种的指纹图谱和分子身份证,可用于山西省引进马铃薯品种的鉴定。

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