长白落叶松种子园遗传多样性分析及无性系鉴别

来源 :东北林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ajing819
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长白落叶松因为生长迅速、适应能力强和材性优良等特点,是我国主要的造林用材树种,近年来,通过建立无性系种子园助推长白落叶松遗传改良发展迅速,但是无性系间由于形态学上的差异微小,难以进行有效的区分,影响品种的选育及推广。而分子标记不受环境等因素影响,广泛用于林木品种的鉴定以及遗传背景的分析。本研究以长白落叶松初级无性系种子园无性系及单株为研究材料,利用SSR和ISSR标记进行种子园遗传多样性的分析,并利用SSR分子标记技术开展长白落叶松无性系鉴别及其指纹图谱构建,为落叶松遗传改良和品种鉴定提供理论依据。研究结果如下:SSR引物通用性分析。利用270对SSR引物对长白落叶松单株进行PCR扩增,有108对引物可以扩增出条带,通用率为40%,50对引物具有多态性,多态性引物率为46.3%。其中与长白落叶松亲缘关系较远松属中的大别山五针松(Pinus dabeshanensis)、华山松(Pinus armandii)、红松(Pinus koraiensis),引物通用率平均为24.67%,多态率平均为5.92%。落叶松属中日本落叶松(Larix kaempferi)、兴安落叶松(Larix gmelinii)通用率分别为67.16%、28%,多态率分别为62.5%、14.28%,华北落叶松(Larixprincipis-rupprechtii)引物通用率为95%,多态率为73.68%。长白落叶松近缘树种SSR引物通用性较高。初级种子园单株遗传多样性评价。利用30对高多态性SSR引物对105株长白落叶松样本材料进行遗传多样性分析,共检测到258对等位基因,位点范围为100bp-300bp,多态位点比率高达99.05%。群体观测等位基因数(Na)为2.8330,有效等位基因数(Ne)为1.8136,观测杂合度(Ho)为0.5956,期望杂合度(He)为0.4025;群体内近交系数Fis、群体总近交系数Fit平均值为负,说明群体存在杂合体轻微过量的情况,Shannon多样性指数(I)为0.6939,Nei’s基因多样性指数(H)为0.4006,多态性信息含量PIC值范围为0.0866-0.6486。利用11对高多态性ISSR引物对347株长白落叶松样本材料进行遗传多样性分析,共检测到172个位点,位点范围为100bp-3000bp,每个引物平均扩增15.63个位点,多态位点有169个,多态位点比率高达98.26%,群体观测等位基因数(Na)为1.9826,有效等位基因数(Ne)为1.4795,Shannon指数(I)为0.4360,Nei’s基因多样性指数(H)为0.2855,计算其中105单株的遗传多样性参数,多态位点比率高达91.28%,单株观测等位基因数(Na)为1.9128,有效等位基因数(Ne)为1.3400,Shannon指数(I)为0.3481,Nei’s基因多样性指数(H)为0.2178。SSR和ISSR遗传多样性对比分析表明,SSR标记的多态性百分数(99.05%)高于ISSR标记的多态性百分数(98.26%和91.28%),其余遗传参数均是SSR标记高于ISSR标记,说明SSR标记的条带平均信息量更高;两种标记双变量相关分析结果表明,两种标记显著相关,相关系数为0.979,所以两种标记结果可以互相验证,长白落叶松遗传多样性分析结果具有高度的一致性和可信度,说明两种标记均可以用于落叶松遗传多样性研究,长白种子园具有较高的遗传多样性。初级种子园无性系多样性分析。对16个无性系进行遗传多样性分析,平均等位基因数(Na)为2.6923,平均有效等位基因数(Ne)为1.6474,引物的多态性信息含量(PIC)在0.110-0.624之间。长白落叶松无性系群体的Nei’s基因多样性指数(H)为0.3349,变幅范围为0.1172-0.6758,平均Shannon’s信息指数(I)为0.5909,变幅范围为0.2338-1.2420。为了进一步分析无性系间的亲缘关系,构建了长白落叶松UPGMA聚类图,遗传相似系数在0.5882-0.9444之间,结合Structure群体结构分析以及主坐标分析的结果,将16个无性系分为了 3个类群。16个无性系的遗传参数与单株遗传参数对比发现,引物的多态性信息含量(0.297)略低于单株的多态性信息含量(0.354),其余遗传参数均小于单株的遗传多样性参数,但两种标记获得的遗传多样性参数总体上趋势一致,且差异不显著,说明基于单株和无性系2个水平的种子园遗传多样性均较高。初级种子园无性系鉴别及指纹图谱的构建。采用13对多态性高、稳定性好的SSR引物组合,利用毛细管电泳检测到的DNA分型与聚丙烯酰胺凝胶电泳的谱带,对132个单株进行鉴别。参考种子园无性系配置,将参试样品鉴定为16个无性系。每对SSR引物可区分2-5个长白落叶松无性系,利用引物组合法进一步鉴别,只需13对引物就可将16个长白落叶松无性系区分,并依此建立了基于13对SSR引物的16个长白落叶松无性系的指纹图谱,为长白落叶松新品种选育和无性系鉴定提供了有效的分子标记技术。综上所述,长白落叶松近缘树种SSR引物通用性较高,SSR及ISSR分子标记技术均可以用于长白落叶松种子园遗传多样性的分析,且种子园遗传多样性较高。利用SSR引物能够对长白落叶松无性系进行分子鉴别,并构建长白落叶松指纹图谱。以上研究结果为长白落叶松杂交育种亲本的选择以及高世代育种等提供理论指导,为制定长白落叶松长期育种策略奠定基础。
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