卡尼弗拉咖啡全基因组SSR评估以及基于SSR和ISSR分子标记的咖啡物种间遗传多样性分析

来源 :中国科学院大学(中国科学院武汉植物园) | 被引量 : 0次 | 上传用户:dzsw2009
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咖啡是世界性的重要饮料作物之一并对肯尼亚经济产生了深远影响。由于咖啡的驯化历史短、栽培品种基因交流低而导致咖啡的基因多样性十分低。基因组分析有利于育种家改良并创制咖啡新品种。基于此,本研究分析了来源于肯尼亚和中国的咖啡品种基因多样性以及关键性状的群体结构。本研究还调查分析了 710Mbp卡尼弗拉咖啡(Coffea canephora)基因组组装序列中微卫星的分布及其出现频率,总共159,041个SSR得以鉴定。此外,11条染色体和未锚定序列上SSR的分布频率为308 SSRs/Mbp。SSR中四核苷酸重复序列(TtNRs)出现频率最高,占比达32%,而二核苷酸重复序列(DNR)、三核苷酸重复序列(TNRs)、五核苷酸重复序列(PNRs)和六核苷酸重复序列(HNRs)所占比例分别为29.2%、21.4%、11.3%和6.1%。我们还观察到SSR数量减少伴随着重复基序数量的增加。99.3%SSR的长度通常短于30bp,因而二核苷酸重复序列(DNR)、三核苷酸重复序列(TNRs)、四核苷酸重复序列(TtNRs)、五核苷酸重复序列(PNRs)和六核苷酸重复序列(HNRs)的重复单位数目分别为6、4、3、3和3。绝大多数SSR重复序列均富含AT基序,而富含GC的基序则通常很少见。为了评估肯尼亚野生和栽培的咖啡品种间的遗传多样性和群体遗传结构,本实验利用100对SSR引物检测采自Mt.Marsabit的96个咖啡品种,包括86个栽培种及10个野生品种。其中33对SSR引物在96份咖啡种质资源中均能产生清晰的多态性条带,这些多态性条带包含129个等位基因。此外,每个SSR位点平均覆盖3.9个等位基因,其多态信息含量(PIC)平均值为0.54。一方面,有效等位基因数的变化范围为1.286-2.364,而成对群体分化参数FST的变化范围为0.047-0.454。另一方面,观测杂合度和和期望杂合度分别为0.170-0.480和0.216-0.447,且多样性指数(Shannon index)为0.577。来自肯尼亚马萨比特山的咖啡野生品种与肯尼亚咖啡栽培品种亲缘关系很近,这表明肯尼亚马萨比特山的咖啡野生品种对于肯尼亚栽培咖啡的驯化具有重要意义。我们观察到肯尼亚咖啡栽培品种和野生品种之间的遗传差异极小,而且通过种群结构和主成分(PCoA)进一步分析显示肯尼亚咖啡主要有两种基因型。聚类分析也表明来自肯尼亚的所有咖啡种质资源其遗传分化系数显著较小而且亲缘关系更近。此外,肯尼亚栽培咖啡和野生咖啡与其他国家的咖啡品种遗传分化较大,这种分化差异可应用于种质改良。我们的研究结果不仅为咖啡遗传研究提供了分子工具,而且有助于保护咖啡遗传资源并推进肯尼亚咖啡育种计划。群体遗传分析可以深度了解种质资源内的连锁不平衡度,这对关联分析和育种策略的制定至关重要。我们用19个ISSR标记分析了中国的咖啡种质资源的群体结构模式和遗传分化。在没有地理隔离的情况下,所有被检测的材料都显示出与预先确定的物种起源相关的聚类模式。C.liberica和C.excelsa Chavalier具有紧密的遗传相关性,但是C.canephora和C.Arabica之间却有明显的分化差异。通过配对分化指数(FST)和Nei氏标准遗传距离分析发现C.Arabica系列的品种内也出现了这种明显的分化差异。我们利用FST离群值检验Fsr与期望杂合度之间偏离期望分布的情况,确定了五个被选择的假定位点。
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