基于SSR标记的中美紫花苜蓿品种遗传多样性研究

【目的】紫花苜蓿是世界上最重要的栽培牧草。传统的育种方式对其产量及品质的改良幅度多年来徘徊不前，已经远远不能满足生产需要。对于品种的改良，一方面依赖于所掌握资源的数量，另一方面则是对其农艺性状遗传基础的了解程度。本试验基于SSR分子标记，研究现有中美两国的紫花苜蓿品种遗传变异，分析两国紫花苜蓿种质资源的遗传多样性和群体结构，为利用全基因组关联分析发掘紫花苜蓿重要产量与品质性状显著关联的优异标记、等位位点提供基础，为分子育种提供信息，加快育种进程。【方法】利用覆盖紫花苜蓿全基因组的40对SSR分子标记（每条染色体上选取3-9对SSR标记），采用基于测序的基因型鉴定技术对中美16个紫花苜蓿主栽品种的100个基因型个体（中国每个品种8个基因型个体，美国每个品种4个基因型个体）进行全基因组扫描分析。利用基于混合模型的Structure软件分析紫花苜蓿的群体结构。设定群体数K的估计值范围为1-6，将MCMC（Markov chain monte carlo） 开始时的不作数迭代(length of burn-in period） 设为10 000次，将不作数迭代后的MCMC设为100 000次，每个K值重复数为10次。采用了两种方法来确定最优的群体数K的值，结果由Structure Harvester和Distruct软件来展示。对Structure群体结构结果进一步用主成分分析和聚类分析进行验证。根据群体结构结果，对全体材料及不同群体进行遗传多样性分析。【结果】40对覆盖紫花苜蓿全基因组的SSR分子标记共检测到446个等位基因，每个位点等位基因范围为3-27个，平均每个位点等位基因数为11.2个；基因多样性的变异范围为0.542-0.908，平均值为0.742；多态信息含量的变异范围为0.493-0.901，平均值为0.707。这些参数显示了中美紫花苜蓿所包含的遗传多样性信息含量较高。其中，mtic238、mtic188、bf111、afctt1、bf641851、maa660456、aw361等位点上表现较高的遗传多样性，表明这些位点可以较好地反映中美紫花苜蓿品种的遗传多样性，适用于中美紫花苜蓿品种的遗传多样性检测。就不同染色体而言，第二条和第八条染色体上分布的SSR标记揭示的遗传多样性较高，而第一条相对较低。基于混合模型的方法对紫花苜蓿全体基因型进行群体结构分析，两种不同方法均显示确定最优的群体数K值为2，中美两国16个紫花苜蓿品种共100个基因型个体基本按照来源分为两个亚群体，群体间有少量混杂的情况发生。主成分分析和聚类分析与群体结构的分析结果相一致。中国紫花苜蓿品种多样性略高于美国，但差异不显著。【结论】中美两国紫花苜蓿材料蕴含了比较丰富的遗传变异，显示了较高水平的基因多样性。中美群体间的遗传多样性水平存在一定的差异，中国紫花苜蓿种质多样性水平略高于美国。群体结构不严格按照来源国家的划分而区分，这一现象与紫花苜蓿异花授粉与广泛的基因交流有着密切的关系。