栽培稻种质资源核心种质构建的研究

来源 :华南农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lionfirst
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核心种质是选择整个种质资源的一部分,以最小的遗传重复代表种质资源库最大的遗传多样性。核心种质的研究促进了种质资源的高效利用。而合理的抽样策略是核心种质构建的关键。本研究旨在利用性状数据较为丰富的丁氏稻种种质资源的2262份材料,该材料包含了地理分布、分类、形态及农艺性状等34项质量性状和15项数量性状数据,采用3种抽样方法(大随机、优先取样+多次聚类随机取样和优先取样+多次聚类偏离度取样)、3种类型的性状数据(质量性状、数量性状及整合的质量数量性状数据)、8种系统聚类方法(最短距离法、最长距离法、中间距离法、重心法、类平均法、可变法、可变类平均法及离差平方和法)和调整的欧氏距离构建的巢式核心种质的效果进行比较,选择一种最佳的构建策略构建出一个能够较好地代表原群体遗传多样性的核心种质,同时用多态性较高的¨7个SSR标记详细分析核心种质在分子水平上的遗传多样性。主要结果如下: 1.巢式核心子集规模的比较。基于整合的质量数量性状,采用调整的欧氏距离结合可变类平均法和优先取样+多次聚类随机取样构建60个不同容量的巢式子集,从1500份的子集依次递减25份,直到产生25份的巢式子集。在比较了25~1500份的巢式子集即按抽样比例在1.1~66.3%构建的子集的遗传多样性后,发现50-225份的巢式子集即抽样比例在2.2~9.9%之间所构建的核心子集,足以保持原群体的最大程度的遗传多样性。 2.基于质量、数量及整合的质量数量性状构建核心种质的比较。分别采用质量性状、数量性状及整合的质量数量性状、调整的欧氏距离结合系统聚类法中的可变类平均法聚类,并用优先取样+多次聚类随机取样法抽取8个不同容量(225,200,175,150,125,100,75,50)的巢式子集,记为Coref(i=l~8)。基于3种类型的数据构建的核心子集的遗传多样性的大小是:基于整合的质量数量性状构建的子集>基于数量性状构建的核心子集>基于质量性状构建的核心子集,仅凭质量性状构建核心子集代表性较差。 3.聚类和抽样方法的比较。基于整合的质量数量性状数据,分别采用不经聚类直接随机取样法、优先取样+多次聚类随机取样法和优先取样+多次聚类偏离度取样法3种抽样方法,结合可变类平均法、离差平方和法、中间距离法、最长距离法、最短距离法、重心法、类平均法、可变法等8种聚类方法抽取8个不同容量(225,200,175,150,125,100,75,50)的巢式子集,记为Coref(f=1~8),这样共产生136个核心子集。通过比较这些核心子集数量和质量性状的遗传变异,结果表明采用优先取样结合多次聚类随机取样法和优先取样结合多次聚类偏离度取样法2种抽样方法所构建的核心子集均能较好地代表原群体的遗传多样性,优先取样+多次聚类随机取样法所构建的核心子集的遗传多样性略大于优先取样+多次聚类偏离度取样法所构建的核心子集的遗传多样性,而不经聚类直接随机取样法抽取的核心子集遗传多样性反而较原群体的低,不适于构建核心种质;当采用优先取样+多次聚类随机取样法进行抽样时,聚类方法以可变类平均法和类平均法为优先,其次分别是离差平方和法、最长距离法、最短距离法、重心法、可变法,最后才‘是中间距离法;同样,当采用优先取样+多次聚类偏离度取样法进行抽样时,可变法、离差平方和法、最长距离法、类平均法、可变类平均法等5种聚类方法结果差异不明显,均能较好保存原群体的遗传结构,为优先考虑的聚类方法,其次依次是最短距离法、重心法和中间距离法。 综合以上结果表明,基于整合的质量数量性状数据和调整的欧氏距离,采用优先取样+多次聚类随机取样法结合可变类平均法或类平均法所构建的巢式子集能较好地保存原群体的遗传多样性,其中采用优先取样+多次聚类随机取样法结合可变类平均法所构建的巢式子集Core4能够最大限度地保存原群体的遗传多样性,得到150份核心种质,占原始资源群体的6.6%。 4.栽培稻种质资源核心种质质量性状的评价。对栽培稻核心种质质量性状遗传多样性的评价与验证主要采用平均Shannon—Weaver多样性指数、表型频率方差及其两者的相关系数和表型保留比例等4项指标,核心种质的表型保留比例均达到了100%,几乎保留了原群体的所有特征类型,且较原群体具有较小的平均表型频率方差,较大的多样性指数,两者呈极显著负相关(r=-O.751**);核心种质表型频率方差与多样性指数的相关系数与原群体表型频率方差与多样性指数的相关系数(r=-O.730**)差异不大,结果表明核心种质质量性状能够较好地保存原群体的内在结构关联,能够较好地代表原群体质量性状的遗传变异范围。 5.栽培稻种质资源核心种质数量性状的评价。对栽培稻核心种质数量性状的评价与验证主要采用最大值、最小值、极差、极差符合率、均值、平均均值比、方差、平均方差比、变异系数和变异系数变化率等数量性状的特征值,从这些指标对栽培稻核心种质和原群体全部种质进行了比较。对核心种质和原群体全部种质数量性状平均值进行了比较和t测验,结果表明,除秆长、第二节间长、谷粒长宽比和穗颈长外,其他性状均值在核心种质与原群体全部种质无显著差异,均值比近似于1。核心种质与原群体全部种质的最大值、最小值和极差完全符合,极差符合率达到100%,表明核心种质能较好地代表了原群体的遗传变异范围。核心种质的方差都较原群体全部种质的大,方差都达到极显著水平,变异系数也较原群体全部种质的大,变异系数变化率(VR%)在15.9%~87.3%,表明所得核心种质中各性状的分布越均匀,遗传冗余度越小,能更好地代表原群体全部种质的遗传多样性。 6.原群体和核心种质的样品分布图及部分性状问的相关系数比较。用第1和第2主成分、第1和第3主成分近似描画出样品材料在几何平面上的分布模式和特征。结果表明,核心种质样品分布较好地保存了原群体全部种质分布的几何形状和特征,较多的外围样品被入选到核心种质库中,样品的分布具有较好的均衡性和扩充性,核心种质的大部分性状间的相关系数接近于原群体的性状的相关系数,显著性也与原群体的相同。 综合以上结果表明,构建的150份栽培稻核心种质能很好地保存了原群体性状间的遗传复杂性和关联。 7.栽培稻种质资源核心种质的SSR遗传多样性。随机挑选了分布于水稻12条染色体上的150对SSR引物对150份栽培稻核心种质材料进行遗传多样性的检测分析,其中U7对引物表现了多态性,多态位点百分率为78%,¨7个多态位点共检测到642个等位基因,等位基因数变异范围为2~14个,平均每个位点等位基因数为5.5个,引物多态信息含量变异范围为O.2l~O.88,平均为O.59。同时还发现,SSR序列重复的最大数目与等位基因数呈一定正相关(r=O.4227*,P
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