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榛属(Corylus L.)植物,为落叶小乔木或灌木,较少为乔木,约有20余种,分布于亚洲、欧洲与北美洲。我国有10个种(变种),主要原生分布在西南地区与东北、华北、西北三北地区[1]。榛属植物种子不但含油丰富,还富含蛋白质、维生素及矿物质元素,为世界“四大坚果”之一,可直接食用,在巧克力、糖果、奶制品及焙烤食品产业中也广泛应用,具有较高的经济价值[2]。我国辽宁省经济林研究所等单位自20世纪60—80年代先后开展了欧榛引种、平榛选育以及平榛与欧榛的杂交育种研究,并于1999年开始选育出了一系列平欧杂交榛子良种,目前已在三北地区与山东、安徽等地推广,填补了国内榛子栽培品种的空白,开启了我国榛子园艺化栽培与产业发展的新时代[2-3]。
四川是榛属植物资源的重要分布区,尽管不同文献记述稍有差异,但国内榛子资源至少有7种在本区域有分布,包括滇榛、川榛、刺榛、毛榛、藏刺榛(C. ferox var. thibetica)、华榛(C. chinensis)、披针叶榛(C. fargesii)[1],主要分布在阿坝州、凉山州、甘孜州及秦巴山区等地,目前国内外仅有少量研究将川榛、滇榛作为试验材料的一部分[4-6]。为了有效的利用这些野生榛子资源,首先需要深入了解其分布状况及遗传基础。
简单序列重复(Simple Sequence Repeat,SSR)分子标记在植物中分布广泛、多态性丰富,且具有共显性、表现稳定等特点,已成为植物群体遗传多样性与遗传结构等研究的有效手段,持续推动了遗传改良进程[7-10]。在榛属植物研究中,美国俄勒冈州立大学Mehlenbacher实验室首先开发出了专用的SSR分子标记[11],目前已广泛应用于榛子遗传多样性、遗传结构分析及遗传图谱构建、亲缘关系研究等方面[12-14],有效推动了榛子资源的培育与利用研究。
本研究使用前期筛选的9对引物[15]分析了目前收集到的川榛、滇榛、刺榛、毛榛、欧榛资源的亲缘关系,以利于下一步杂交育种亲本的选择,并期望最终推动四川榛子资源的良种选育与保护利用。
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选择54份榛子资源参与本项目研究,具体信息见表1,其中欧榛为国外引进资源。采集新鲜叶片,使用变色硅胶干燥,并保存于-80℃冰箱备用。
表 1 参试的榛子种质资源
Table 1. General information of the test hazelnut germplasm resources
编号 采集地 参试资源份数 种 A 冕宁 5 滇榛 B 泸定 5 滇榛 M 石棉 5 滇榛 C 茂县 5 川榛 E 盐源 5 滇榛 F 木里 5 滇榛 K 汉源 5 滇榛 L 康定 5 滇榛 J 引进 5 欧榛 N 冕宁 5 刺榛 O 茂县 4 毛榛 总计 54 -
利用9对SSR引物对样品进行分型分析,引物信息、基因组DNA提取、PCR扩增体系、程序与SSR产物电泳分型桐以前研究[15]。遗传参数采用GenAlEx6.51b2软件计算[16],个体Nei’s遗传距离利用NTSYS-pc 2.10s计算、并进行UPGMA聚类分析[17],利用计算的参数对参试榛子群体遗传多样性与亲缘关系进行解析。
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本文使用SSR分子标记技术对54份榛子资源进行了遗传多样性分析,SSR位点遗传参数见表2。其中,等位基因数(Na)、有效等位基因数(Ne)、Shannon's信息指数(I)、观察杂合度(Ho)、期望杂合度(He)分别介于2.455~5.000、1.877~4.083、0.667~1.461、0.445~0.818、0.381~0.732之间。平均每个位点扩增出3.596个等位基因,Ch07检测到的平均等位基因数最多、为5.000,Ch03检测到的最少、为2.455。平均有效等位基因数为2.772,其中最多的位点是Ch07、为4.083,而Ch08最少、为1.877。
表 2 总群体SSR遗传参数
Table 2. SSR genetic parameters of total populations
位点 Na Ne I Ho He F Fis Fit Fst Nm Ch01 3.091 2.285 0.858 0.582 0.478 −0.211 −0.216 0.294 0.420 0.346 Ch03 2.455 1.970 0.669 0.491 0.404 −0.184 −0.216 0.322 0.443 0.315 Ch04 4.364 3.378 1.254 0.782 0.636 −0.242 −0.229 0.115 0.280 0.643 Ch05 4.636 3.721 1.387 0.800 0.718 −0.123 −0.114 0.092 0.185 1.100 Ch06 4.364 3.364 1.268 0.818 0.665 −0.220 −0.230 0.019 0.202 0.987 Ch07 5.000 4.083 1.461 0.736 0.732 −0.009 −0.006 0.164 0.169 1.228 Ch08 2.636 1.887 0.667 0.445 0.381 −0.171 −0.168 0.282 0.385 0.399 Ch09 2.727 2.073 0.767 0.636 0.455 −0.375 −0.400 0.145 0.389 0.392 Ch10 3.091 2.184 0.812 0.505 0.442 −0.107 −0.142 0.293 0.381 0.407 均值 3.596 2.772 1.016 0.644 0.546 −0.180 −0.191 0.192 0.317 0.646 注: Na:等位基因数;Ne:有效等位基因数;I:Shannon's 信息指数;Ho:观察杂合度;He:期望杂合度;F:固定系数;Fis:群体内近交系数;Fit:群体总近交系数;Fst:群体间遗传分化系数;Nm:基因流 有效等位基因数、杂合度与Shannon’s信息指数反映了群体等位基因分布的丰富与均匀程度[18]。本研究中,11个群体的有效等位基因数介于2.030~3.427之间、均值,观察杂合度范围介于0.467~0.756,期望杂合度变动于0.396~0.678,Shannon’s信息指数范围为0.680~1.296,4个参数的均值分别为2.772、0.644、0.546、1.016(见表2)。基于上述数据,参试的11个榛子群体的遗传多样性处于中等水平,且11个群体中茂县川榛(C)与泸定滇榛(B)群体多样性水平较高,而盐源滇榛(E)与茂县毛榛(O)群体遗传多样性水平较低。
遗传分化系数(Fst)是衡量群体间分化程度的指标,根据Fst值(见表2),参试群体31.7%的遗传变异存在于群体间、68.3%存在于群体内,说明群体间、群体内的变异均是榛子总群体遗传变异的来源。同时Fst>0.25表示群体间的遗传分化很大[19-20],因此本文认为参试榛子总群体间的遗传分化很大,与遗传分化很大相一致,群体间的平均基因流值(Nm)仅为0.646,这也与参试材料包括滇榛、川榛、毛榛、刺榛、欧榛相一致。
同时从各群体来说,观察杂合度均高于期望杂合度(见表3),表明参试的各榛子群体杂合子过剩,群体内有较高的基因交流。
表 3 群体遗传参数
Table 3. Genetic diversity of the test populations
群体 Na Ne I Ho He F %P 冕宁A 3.556 2.377 0.920 0.533 0.487 −0.104 100.00% 泸定B 4.556 3.410 1.260 0.711 0.636 −0.134 100.00% 石棉M 4.111 3.063 1.138 0.600 0.591 −0.009 100.00% 茂县C 4.444 3.427 1.296 0.756 0.678 −0.119 100.00% 盐源E 3.000 2.030 0.765 0.467 0.422 −0.117 88.89% 木里F 3.111 2.751 0.934 0.644 0.528 −0.243 88.89% 汉源K 3.333 2.583 1.003 0.733 0.571 −0.281 100.00% 康定L 3.556 2.768 1.024 0.689 0.556 −0.187 100.00% 欧榛J 3.889 3.123 1.143 0.756 0.604 −0.262 88.89% 刺榛N 3.667 2.914 1.012 0.667 0.533 −0.247 88.89% 毛榛O 2.333 2.044 0.680 0.528 0.396 −0.350 66.67% 均值 3.596 2.772 1.016 0.644 0.546 −0.180 92.93% 注: %P:多态性位点比率,其他同表2 -
基于参试个体的遗传距离,分别进行了Population assignment(见图1)分析与主坐标(PCoA)分析(见图2)。Population assignment分析则显示刺榛、毛榛与欧榛为1类,川榛与滇榛为1类。主坐标分析显示榛子资源分为刺榛、毛榛与欧榛、川榛与滇榛3类。说明毛榛与欧榛的亲缘关系较近,川榛与滇榛的亲缘关系也较近。
进一步利用个体Nei’s遗传距离构建UPGMA聚类图(见图3),结果显示相关系数为0.31时,54个榛子种质资源个体可聚类为毛榛、欧榛、刺榛、川榛与滇榛4类。而且从聚类图上可以看出毛榛与欧榛的亲缘关系较近,川榛与滇榛的亲缘关系也较近,与主坐标分析结果相似,也与王艳梅的结果相一致[4]。
Study on Genetic Relationship of Genus Corylus Resources in Sichuan Province Based on SSR Markers
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摘要: 四川是榛子资源的一个重要分布区,国内野生榛子资源至少有7种在本区有分布。本研究使用9个SSR标记分析了川榛(Corylus heterophylla var. sutchuenensis)、滇榛(C. yunnanensis)、刺榛(C. ferox)、毛榛(C. mandshurica)与欧榛(C. avellana)资源的群体遗传多样性与亲缘关系。结果显示检测的11个群体的有效等位基因数、观察杂合度、期望杂合度、Shannon’s信息指数均值分别为2.772、0.644、0.546、1.016,说明群体的遗传多样性处于中等水平,且茂县川榛与泸定滇榛群体多样性水平较高。同时主坐标分析与UPGMA聚类分析显示毛榛与欧榛的亲缘关系较近,川榛与滇榛的亲缘关系也较近。本研究有助于推动四川榛属资源的良种选育与保护利用。Abstract: At least seven domestic wild hazelnut species are distributed in Sichuan province, which is an important distribution area for genus Corylus resources. In this study, nine SSR markers were used to analyze the population genetic diversity and genetic relationships of C. heterophylla var. sutchuenensis, C. yunnanensis, C. ferox, C. mandshurica, and C. avellana. The results showed that the mean number of effective alleles, observed heterozygosity, expected heterozygosity, and Shannon's information index of eleven test populations were 2.772, 0.644, 0.546, and 1.016, respectively, indicating that the population genetic diversity was at a medium level. In addition, the population diversity level of C. heterophylla var. sutchuenensis in Maoxian county and of C. yunnanensis in Luding county were higher than the other populations. Meanwhile, principal coordinate analysis and UPGMA cluster analysis showed that C. mandshurica was closely related with C. avellana, and that C. heterophylla var. sutchuenensis was also closely related with C. yunnanensis. This study was helpful to promote the breeding, protection and utilization of hazelnut germplasm resources in Sichuan province.
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表 1 参试的榛子种质资源
Tab. 1 General information of the test hazelnut germplasm resources
编号 采集地 参试资源份数 种 A 冕宁 5 滇榛 B 泸定 5 滇榛 M 石棉 5 滇榛 C 茂县 5 川榛 E 盐源 5 滇榛 F 木里 5 滇榛 K 汉源 5 滇榛 L 康定 5 滇榛 J 引进 5 欧榛 N 冕宁 5 刺榛 O 茂县 4 毛榛 总计 54 表 2 总群体SSR遗传参数
Tab. 2 SSR genetic parameters of total populations
位点 Na Ne I Ho He F Fis Fit Fst Nm Ch01 3.091 2.285 0.858 0.582 0.478 −0.211 −0.216 0.294 0.420 0.346 Ch03 2.455 1.970 0.669 0.491 0.404 −0.184 −0.216 0.322 0.443 0.315 Ch04 4.364 3.378 1.254 0.782 0.636 −0.242 −0.229 0.115 0.280 0.643 Ch05 4.636 3.721 1.387 0.800 0.718 −0.123 −0.114 0.092 0.185 1.100 Ch06 4.364 3.364 1.268 0.818 0.665 −0.220 −0.230 0.019 0.202 0.987 Ch07 5.000 4.083 1.461 0.736 0.732 −0.009 −0.006 0.164 0.169 1.228 Ch08 2.636 1.887 0.667 0.445 0.381 −0.171 −0.168 0.282 0.385 0.399 Ch09 2.727 2.073 0.767 0.636 0.455 −0.375 −0.400 0.145 0.389 0.392 Ch10 3.091 2.184 0.812 0.505 0.442 −0.107 −0.142 0.293 0.381 0.407 均值 3.596 2.772 1.016 0.644 0.546 −0.180 −0.191 0.192 0.317 0.646 注: Na:等位基因数;Ne:有效等位基因数;I:Shannon's 信息指数;Ho:观察杂合度;He:期望杂合度;F:固定系数;Fis:群体内近交系数;Fit:群体总近交系数;Fst:群体间遗传分化系数;Nm:基因流 表 3 群体遗传参数
Tab. 3 Genetic diversity of the test populations
群体 Na Ne I Ho He F %P 冕宁A 3.556 2.377 0.920 0.533 0.487 −0.104 100.00% 泸定B 4.556 3.410 1.260 0.711 0.636 −0.134 100.00% 石棉M 4.111 3.063 1.138 0.600 0.591 −0.009 100.00% 茂县C 4.444 3.427 1.296 0.756 0.678 −0.119 100.00% 盐源E 3.000 2.030 0.765 0.467 0.422 −0.117 88.89% 木里F 3.111 2.751 0.934 0.644 0.528 −0.243 88.89% 汉源K 3.333 2.583 1.003 0.733 0.571 −0.281 100.00% 康定L 3.556 2.768 1.024 0.689 0.556 −0.187 100.00% 欧榛J 3.889 3.123 1.143 0.756 0.604 −0.262 88.89% 刺榛N 3.667 2.914 1.012 0.667 0.533 −0.247 88.89% 毛榛O 2.333 2.044 0.680 0.528 0.396 −0.350 66.67% 均值 3.596 2.772 1.016 0.644 0.546 −0.180 92.93% 注: %P:多态性位点比率,其他同表2 -
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