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亚洲栽培稻由野生稻演化而来,在栽培驯化过程中形成籼、粳两个亚种。地方品种是野生祖先在向栽培稻演化过程中,人为选择自然突变而形成的适于人工管理的栽培稻群体。地方品种的遗传组成未经有意识的改造加工,所以地方品种保存了大量野生稻的遗传特性,具有野生稻不具备的栽培型,以及水稻改良品种不具备或已经消失了的遗传基因,是未来水稻改良有用的基因库。研究各种水稻地方品种资源和野生稻群体遗传变异的结构、分布及遗传变异的动力,不仅可以更加有效地保存、管理和利用这些种质资源,而且可以为水稻的起源分化研究提供新的论据。本研究对太湖流域水稻地方品种和老挝野生稻的群体遗传结构进行研究,主要研究结果如下: 1.用21对SSR分子标记、一对叶绿体DNA标记、一对同功酶基因标记(Cat)和一对红米基因标记(Rc)对包括太湖流域籼稻地方品种(27份)、太湖流域粳稻地方品种(35份)、江西省籼稻地方品种(50份)及江西省普通野生稻(12份)和广西壮族自治区普通野生稻(15份)等五个群体(共139份水稻材料)的遗传结构(遗传变异在物种或群体中的一种非随机分布)及相互关系进行了分析。主坐标分析(PCA)结果表明,江西野生稻与广西野生稻两个野生稻群体与三个栽培稻群体完全分开,太湖流域籼稻地方品种与江西省籼稻地方品种等两个群体有小部分的重叠,这两个籼稻群体与太湖流域粳稻地方品种群体也有极个别穿插;聚类分析结果表明,江西野生稻与广西野生稻两个群体各自聚为一群,三个栽培稻群体除个别个体之外,各自聚为一群。Nei遗传距离分析结果表明,两个野生稻群体间有最近的遗传距离,江西籼稻地方品种与两个野生稻群体间的遗传距离基本没有差异,与太湖流域粳稻类群有最远的遗传距离,太湖流域粳稻群体与江西野生稻、广西野生稻群体间的遗传距离没有明显差异,与江西籼稻群体间的遗传距离远大于与两个野生稻类群间的距离;太湖流域籼稻类群与江西野生稻群体比与广西野生稻群体有更近的遗传距离,与江西籼稻群体更近。三种分析方法的结果均表明不同群体之间存在不同程度的基因渗交现象;中国的野生稻(江西与广西野生稻)尚未明显分化成籼粳类型,在遗传距离上与籼稻较近,暗示太湖流域粳稻的起源分化与现存的普通野生稻可能没有直接的联系,同时也表明中国的籼粳稻之间有比中国普通野生稻更近的遗传关系。 2.用33对SSR分子标记对239份太湖流域传统水稻地方品种(1988年以前)和近代品种(1988年以后)的群体遗传结构进行分析。结果显示,33对SSR引物在239份材料中共检测到85个等位基因,每个位点的等位基因数目为2-4,平均2.5个;平均Shannons基因多样性指数为0.751,变幅为0.190(RM280)-1.058(RM1337);平均Neis基因期望杂合度He为0.485,变幅为0.090(RM280)-0.641(RM1337)。RM3703、RM3513、RM1054、RM3628、RM5474、RM1337等标记所在的位点具有较高的多样性。遗传多样性分析表明,太湖流域地方品种具有较丰富的遗传变异,传统品种的等位基因数高于近代品种的等位基因数,尤其是特异等位基因数,传统品种有较高的遗传多样性;籼稻品种的高频等位基因数和特有等位基因数均高于粳稻品种,尤其是特有等位基因更高,籼稻品种的Shannons遗传多样性指数和Neis期望杂合度均略高于粳稻品种,差异不大;水稻品种的等位基因数略高于陆稻品种,特有等位基因数明显高于陆稻品种,陆稻品种与水稻品种有同样高的遗传多样性。主坐标分析(PCA)显示,籼稻与粳稻明显分开,只有少数品种互相穿插;水稻与陆稻、传统品种与近代品种分别相互重叠,仍表现出籼粳的分化。聚类分析显示,在相似系数0.45处,可将这239个品种基本分成籼粳两大类;在籼、粳居群中相同地理来源、水陆生态型和熟期的材料之间具有较近的亲缘关系。这些结果表明太湖流域水稻在品种改良的过程中损失了一部分等位基因;太湖流域籼稻地方品种具有自身的独特性,在水稻育种中具有其独特的利用价值;太湖流域陆稻地方品种与水稻品种具有同等的利用潜力;水稻品种生长的地理位置、所需要的水分、温光条件与水稻的群体遗传结构存在着一定的联系。 3.老挝原地保存区的普通野生稻是一个特殊的群体类型,一年生和多年生类型的普通野生稻在此共生。为阐明该地一年生和多年生普通野生稻的群体内与群体间的遗传结构关系,运用分布在水稻12条染色体上的16对SSR标记对其群体遗传结构关系进行了研究。结果表明,多年生群体比一年生群体有更高的遗传多样性。聚类分析表明一年生和多年生群体之间发生了基因流现象。对原地保存区沼泽内部的多年生群体的聚类分析显示,沼泽内部的多年生群体被分成为了两群,两群的遗传多样性存在一定差异。在地理位置上,两群分别位于沼泽池的两部分,表明多年生群体可能有空间生殖障碍。对两类普通野生稻和籼粳栽培稻之间的遗传关系分析显示,两类普通野生稻有最大的遗传相似性,老挝野生稻尚未明显分化成籼粳类型,在遗传距离上两类普通野生稻均与籼稻较近。 本文的研究表明,处于同一地理位置、生长在相同生态型下的不同稻种群体具有相对较近的亲缘关系;在不同类型或具有不同生长习性的栽培稻或野生稻之间发生过基因交流,具有同一生长习性的野生稻群体内也可能存在空间生殖障碍。 中国和老挝的普通野生稻尚不能看到分化为籼、粳两种类型的趋势,虽然与粳稻相比,野生稻均与籼稻有较近的血缘关系;但籼、粳间的血缘关系更近于它们与普通野生稻间的关系。这可以做为目前关于粳稻的起源先于籼稻,籼稻可能源于粳稻与野生稻间的基因渗交假说的佐证,但需要有进一步的证据采集与分析,确认栽培稻的起源演化和籼粳分化与现存普通野生稻之间的亲缘关系。 本文的研究结果,印证了籼粳起源多元化的学说,对野生稻是否存在籼粳分化,籼粳栽培稻是如何起源于野生稻,以及在人类的驯化过程中籼粳遗传分化是如何与地理的变化相适应等问题进行了分析,重新评价了籼粳种系发生史,在水稻进化学上具有创新意义。在太湖流域地方品种资源库和老挝的普通野生稻中,均存在较高的遗传多样性,含有可供挖掘及利用的特有等位基因,对水稻品种改良具有重要的潜在价值。