【文献速递】基于SSR标记的青藏高原野生大颖草遗传多样性分析
文摘
三农
2024-10-16 09:28
内蒙古
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DOI：10.16742/j.zgcdxb.20230360
钟怡均，陈文杰，刘瑞娟. 基于SSR标记的青藏高原野生大颖草遗传多样性分析[J].中国草地学报,2024,46(9):15-22.
ZHONG Yijun，CHEN Wenjie，LIU Ruijuan. Analysis of the genetic diversity of wild Kengyilia grandiglumis on the Qinghai-Tibet Plateau based on SSR markers[J].Chinese Journal of Grassland,2024,46(9):15-22.
钟怡均1,2，陈文杰1，刘瑞娟1,*
1. 中国科学院西北高原生物研究所；2. 中国科学院大学生命科学学院
大颖草是分布在青藏高原且适应沙生和高寒环境的一种多年生禾草，对其进行遗传多样性评估是种质资源利用的前提，但目前其在居群水平的遗传多样性仍不清楚。本研究应用SSR标记对4个代表性生境下大颖草居群的55份材料进行了遗传多样性分析。结果表明，4个居群的平均等位基因数、有效等位基因数、香农信息指数和遗传多样性指数分别为1.3750、1.1685、0.1624和0.1042，指示大颖草遗传多样性偏低。4个居群之间的遗传多样性存在差异，其中，GN居群最高，YS居群最低。有70.21%的遗传变异存在于居群内不同个体间，说明居群内变异可以作为遗传多样性主要来源。群体基因流为1.1783，说明居群间存在一定的基因流能有效抑制种群间的遗传分化。UPGMA和群体遗传结构分析结果显示，55份大颖草材料被划分为7个亚群，并与其地理分布具有一定的相关性。
大颖草；遗传多样性；SSR标记；群体结构
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大颖草（Kengyilia grandiglumis）隶属于禾本科小麦族以礼草属，为多年生疏丛型草本植物，具有适应性强和产量高等优点，是沙化草地和高寒地区生态修复和饲用较为理想的可选牧草。此外，作为小麦和大麦的野生近缘种，大颖草是改良麦类作物的宝贵遗传资源。早期，关于大颖草的研究工作主要集中在核型分析、系统发育和遗传多样性研究3个方面，但对于其居群水平遗传多样性评估以及抗逆、品质和产量性状的鉴定等方面研究鲜见报道，仍需进一步研究。本研究对采自青海的4个大颖草野生居群材料应用SSR标记分析，获得大颖草居群和个体水平的遗传多样性信息，旨在加强对野生大颖草种质资源的研究和利用。
1.1 试验材料
选择分布大颖草的代表性生境，分别于青海省贵南县（GN）、玉树市（YS）、海晏县（HY）和共和县（GH）4个居群共采集55份大颖草材料。使用改良的CTAB法对55份大颖草材料进行全基因组DNA的提取。大颖草为StStPPYY基因组组成的异源六倍体，首先从冰草（基因组组成为PPPP）中选取20对开发的SSR引物，其次从垂穗披碱草（基因组组成为StStYYHH）中选取20对开发的引物，从中筛选扩增效果和多态性较好的引物。某一位点的 PCR 产物统计为“有”或“无”，分别记为“1”和“0”。使用 POPGEN 32 软件计算等位基因数（Na）、有效等位基因数（Ne）和香农信息指数（I）等参数。采用 NTSYS 2. 10e 软件进行聚类分析。应用 STRUCTURE 2. 3. 4 软件进行基于数学模型的亚群划分。
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2.1 居群的遗传多样性分析
通过预试验从40对SSR引物中筛选出6对重复性好且具有多态性的SSR引物，这 6 对引物在4个居群55份野生大颖草材料中共扩增出 34 个条带，其中多态性条带为 30 条；不同引物扩增的条带数在 2~10 之间，多态性条带数在 1~9 之间。POPGENE软件分析4个居群总多态位点百分比为88.24%，平均值为37.50%，变化范围从YS居群的20.59%到GN居群的50.00%。4个居群的平均等位基因数、有效等位基因数、香农信息指数和遗传多样性指数分别为1.3750、1.1685、0.1624和0.1042，指示大颖草遗传多样性偏低。SSR位点的平均遗传分化系数为0.2979，即有29.79％的遗传变异存在于居群间，而居群内不同个体之间的遗传变异占70.21%。平均基因流为1.1783，说明居群间存在一定的基因流。数值大于1，说明发生遗传漂变的概率较小。应用NTSYS2.10e软件生成的聚类树如图1所示。55份大颖草材料在遗传相似系数0.64处被分为两大类群，其它54份材料在遗传相似系数0.79处进一步分为两个亚类，余下的52份材料在遗传相似系数0.82处再进一步分为5个亚组。
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2.3 群体遗传结构分析
利用Structure2.3.4软件对55份样品进行群体遗传结构分析。确定本研究中K值为7（图2-a和图2- b）。55份材料可分为7个亚群，其遗传结构如图2-c所示。![]()
POP1亚群的9份材料全部来自于GH居群；POP2亚群仅有一份材料为GN11；POP3亚群的11份材料分别来自GN（4）、HY（6）和GH（1）居群；POP4亚群中的10份材料分别来自GN（3）、HY（2）和GH（5）居群；POP5亚群的4份材料均来自HY居群；POP6亚群包含YS居群的10份材料和1份HY居群的材料；POP7亚群的9份材料为来自GN居群的4份和GH居群的5份材料。
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物种遗传多样性水平的高低是决定其能否长期生存的主要原因之一，尤其是对大颖草这类青藏高原特有的狭域分布物种。本研究获得的4个大颖草居群的香农信息指数和遗传多样性指数分别为0.25和0.1493，这与任建东等在以礼草属物种遗传多样性研究中报道的大颖草结果较为接近（分别为0.2495和0.1687）。本研究以大颖草4个居群为对象分析遗传多样性时，观察到多态位点百分比、等位基因数、有效等位基因数、香农信息指数和遗传多样性指数等均是GN居群最高，GH和HY居群次之，YS居群最低。影响大颖草不同居群间遗传多样性差异的因素目前还不明确，在今后的大颖草种质资源收集保护工作中，应对不同分布地和生境的居群加大覆盖度，并对代表性居群进行重点研究。本研究获得的遗传分化度显示大颖草居群的遗传多样性主要存在于居群内的不同个体间，只有29.79%的遗传变异存在于居群间。一般认为基因流强弱对群体遗传分化具有重要影响，基因流大于1时即能有效抑制由遗传漂变而引起的种群间遗传分化；基因流小于1时，遗传漂变是群体间遗传分化的主要因素。本研究中基因流为1.1783，数值大于1，推测基因流作为主要作用导致居群间遗传的均质化，使各居群间表现出较高的遗传一致性和较小的遗传距离。本研究利用遗传相似系数的UPGMA聚类和群体遗传结构分别对55份大颖草材料进行了群体结构分析。聚类结果与居群的地理分布具有一定的相关性，地理来源相近的材料更倾向于聚为一类。虽然UPGMA聚类和群体遗传结构结果都将55份材料划分为7个亚群，但两者没有完全对应。相较前者，群体遗传结构结果更能体现出地理分布对亚群划分的影响。.
通过SSR分子标记法对野生大颖草4个不同居群的55份样本进行了遗传多样性评估，结果表明55份野生大颖草材料的平均等位基因数为1.3750、有效等位基因数为1.1685、香农信息指数和遗传多样性指数分别为0.1624、0.1042，遗传多样性水平偏低；平均遗传分化系数为0.2979，平均基因流为1.1783，遗传变异主要存在于居群间，且居群间存在一定的基因流，发生遗传漂变的概率较小；UPGMA和群体遗传结构分析结果均显示55份大颖草材料均被划分为7个亚群，这与其地理分布具有一定的相关性，地理距离相近的材料更倾向于聚为同一类。
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