中国小麦地方品种遗传多样性与遗传异质性研究

论文摘要

小麦（Triticum aestivum L. em. Thell.）是世界上主要的粮食作物之一,在农业生产中占有重要的地位。由于在培育高产、优质、抗病等新品种过程中频繁使用一些相同的亲本,导致育种亲本的遗传基础日趋狭窄。这不仅使小麦育种难以获得突破性的进展,而且还会降低育成品种对不良环境的抵抗能力。因此,研究和评价小麦种质资源的遗传多样性,对种质资源的搜集、保存以及育种家有效地利用资源、有针对地拓宽育种材料的遗传基础等都具有重要意义。地方品种就是一类利用前景广阔的种质资源。我国拥有丰富的小麦地方品种资源,但是,限于技术上的原因,过去对于小麦地方品种的研究缺乏系统性,已有的研究大多停留在对个体和性状的表现型观察阶段,这样就限制了地方品种资源在小麦品种改良中发挥更大的作用。现代分子生物学技术的发展为全面深入研究地方品种资源提供了技术上的保障。本研究以我国10个麦区的地方品种为材料,利用SSR分子标记进行了遗传多样性分析;采用SDS-PAGE技术对地方品种间和品种内的HMW-GS及其组成进行了研究;在形态和农艺学性状观察基础上,利用A-PAGE和SDS-PAGE,对地方品种“酒泉金包银”内的遗传变异进行了研究;利用形态和农艺学性状分析、A-PAGE和SDS-PAGE、以及SSR分子标记技术,对来自不同生态环境的地方品种“蚂蚱麦”和“大青芒”的遗传关系和遗传变异进行了研究。取得的主要研究结果如下:1.选用均匀分布于小麦各个染色体臂上的42对SSR引物,对来自我国10个麦区81个地方品种遗传多样性的研究结果表明,我国小麦地方品种具有丰富的遗传变异。在分析的SSR引物中,多态性引物占95.2%。共检测到316个等位变异,单个引物扩增的等位变异数范围为117个,平均为7.5个。遗传多样性指数（PIC值）变异范围为00.90,平均PIC值为0.63。从不同基因组看,平均等位变异数为A基因组（8.4）>D基因组（7.3）>B基因组（6.5）;而平均PIC为B基因组（0.64）、A基因组（0.63）>D基因组（0.61）。第7部分同源群的遗传多样性最高,第4部分同源群的遗传多样性最低。遗传多样性最丰富的麦区是黄淮冬麦区和西南冬麦区;遗传多样性最低的麦区为华南冬麦区和东北春麦区。冬麦区的遗传变异明显高于春麦区。聚类结果表明,我国小麦地方品种遗传变异的地域特征并不特别明显,来自同一生态区的大多数材料没有完全聚在一起,但冬麦区和春麦区之间差异较明显。2.对77份地方品种间和品种内HMW-GS及其组成研究结果表明,在编码HMW-GS的Glu-1位点上,有26.0%的材料在品种内不同个体间具有异质性,它们分别具有26种不同HMW-GS组成类型。在Glu-A1、Glu-B1和Glu-D1三个位点表现出丰富的多态性,共检测到16个亚基类型和19种亚基组合形式。其中,Glu-B1和Glu-D1位点检测到的等位变异数最多,均为7个,Glu-A1位点上只有2个等位变异。并在Glu-B1和Glu-D1两个位点发现了4个新的亚基类型（7.1*+8,7+8.1*,1.5*+10和2+12*亚基）。不同麦区之间,异质性频率不同,其中,北部春麦区品种的异质性频率最高,达80.0%。我国小麦地方品种HMW-GS等位变异类型最丰富的麦区主要有:黄淮冬麦区、长江中下游冬麦区、西南冬麦区和北部春麦区。3.为进一步了解品种内不同基因位点的异质性水平,运用SDS-PAGE和A-PAGE技术,采用分单株内和单株间的研究方法,对我国西北春麦区的一个小麦地方品种“酒泉金包银”的HMW-GS及其组成和醇溶蛋白组分的遗传变异进行研究。研究结果表明同一单株内的不同种子在编码HMW-GS和醇溶蛋白组分的基因位点是纯合的,而不同单株间却表现出丰富的等位变异。在Glu-1位点共检测出7种亚基类型和6种HMW-GS组合形式;在Glu-D1位点还发现两个新的亚基类型1.5*+10和2+12.2*。在醇溶蛋白的α、β、γ和ω和四个区域中,共检测到21种不同的变异类型,10种不同的醇溶蛋白带型（表现型）。4.对黄淮冬麦区不同地理来源的8份“蚂蚱麦”研究结果表明,材料间在编码HMW-GS的Glu-1个位点和61.9%的SSR位点表现出很高的一致性,但在主要农艺性状、醇溶蛋白组分以及38.1%的SSR位点上,表现出一定程度的遗传差异。材料内在醇溶蛋白组分和部分SSR标记位点上具有异质性。聚类结果表明,材料间遗传变异的大小与地域分布有关,同一生态环境下不同地理来源的材料间相似程度最大。SSR分析结果表明,材料间的遗传变异具有以下特点:在小麦的21条染色体中,2A染色体的遗传变异最大,1A、1D、2D、5B和7A等五条染色体上均没有检测到等位变异;在3个基因组水平上,B基因组的遗传变异最大,D基因组等位变异最小;从部分同源群来看,第2、3和6部分同源群的遗传变异较高,而第1部分同源群遗传变异最低。5.对东北春麦区5份不同地理来源的“大青芒”品种的研究表明,材料间在形态和农艺性状上表现出极大的相似性,但在编码种子醇溶蛋白的Gli-1位点和编码高分子量麦谷蛋白亚基的Glu-B1位点,以及57.1%的SSR位点上存在较大的遗传变异。材料内在编码贮藏蛋白的基因位点和部分SSR引物位点上具有一定程度的异质性。多态性SSR引物标记研究表明,参试5份材料间的遗传变异具有以下特点:在21条染色体水平上,6A染色体的遗传变异最高,而1D染色体上的4个SSR位点均未检测到任何等位变异;在小麦的三个基因组水平上,A基因组遗传变异最大,D基因组的遗传变异最小;在小麦7个部分同源群水平上,第4部分同源群的等位变异最高,而第1和7部分同源群的遗传变异最低。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章文献综述
• 1.1 生物遗传多样性研究概况
• 1.1.1 生物遗传多样性的概念及研究意义
• 1.1.2 生物遗传多样性研究的方法及原理
• 1.2 小麦资源形态学标记遗传多样性研究
• 1.3 小麦资源贮藏蛋白遗传多样性研究
• 1.4 小麦资源DNA 分子标记遗传多样性研究
• 1.4.1 小麦资源RFLP 标记的遗传多样性研究
• 1.4.2 小麦资源RAPD 标记的遗传多样性研究
• 1.4.3 小麦资源AFLP 标记的遗传多样性研究
• 1.4.4 小麦资源EST-SSR 标记的遗传多样性研究
• 1.4.5 小麦资源SSR 标记的遗传多样性研究
• 1.5 中国小麦地方品种资源遗传多样性研究
• 1.5.1 中国小麦地方品种概况
• 1.5.2 中国小麦地方品种遗传多样性研究现状及存在问题
• 1.6 本研究的目的意义和研究内容
• 1.6.1 研究目的意义
• 1.6.2 主要研究内容
• 第二章中国小麦地方品种SSR 分子标记遗传多样性的研究
• 2.1 材料和方法
• 2.1.1 材料
• 2.1.2 方法
• 2.1.3 SSR 数据分析
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 SSR 引物多态性分析
• 2.2.2 染色体长臂和短臂间遗传多样性分析
• 2.2.3 基因组间遗传多样性分析
• 2.2.4 七个部分同源群遗传多样性比较分析
• 2.2.5 不同麦区遗传多样性比较
• 2.2.6 聚类分析
• 2.3 讨论
• 2.3.1 Xgwm261 引物标记位点的等位变异
• 2.3.2 不同基因组的遗传多样性分布
• 2.3.3 不同染色体部分同源群遗传多样性分析
• 2.3.4 不同麦区的品种遗传多样性分布
• 2.4 结论
• 第三章中国小麦地方品种高分子量麦谷蛋白亚基等位变异分析
• 3.1 材料和方法
• 3.1.1 材料
• 3.1.2 十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 HMW-GS 组成的异质性分析
• 3.2.2 HMW-GS 等位变异及其频率
• 3.2.3 HMW-GS 组合形式及其频率
• 3.2.4 HMW-GS 及其组合在不同麦区的分布
• 3.3 讨论
• 3.3.1 关于小麦地方品种异质性
• 3.3.2 小麦地方品种HMW-GS 等位变异分析
• 3.4 结论
• 第四章中国小麦地方品种“酒泉金包银”种子贮藏蛋白多样性研究
• 4.1 材料和方法
• 4.1.1 材料
• 4.1.2 十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）
• 4.1.3 酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳（A-PAGE）
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 HMW-GS 变异分析
• 4.2.2 醇溶蛋白变异分析
• 4.3 讨论
• 4.4 结论
• 第五章中国小麦地方品种“蚂蚱麦”遗传多样性研究
• 5.1 材料和方法
• 5.1.1 材料
• 5.1.2 形态学观察
• 5.1.3 A-PAGE 和SDS-PAGE
• 5.1.4 SSR 分析
• 5.2 结果和分析
• 5.2.1 形态和农艺性状分析
• 5.2.2 贮藏蛋白组分的变异分析
• 5.2.3 SSR 标记分析
• 5.3 讨论
• 5.4 结论
• 第六章中国小麦地方品种“大青芒”遗传多样性研究
• 6.1 材料和方法
• 6.1.1 材料
• 6.1.2 形态学观察
• 6.1.3 A-PAGE 和SDS-PAGE
• 6.1.4 SSR 分析
• 6.2 结果和分析
• 6.2.1 供试材料间形态和农艺性状分析
• 6.2.2 供试材料的贮藏蛋白组分的变异分析
• 6.2.3 SSR 标记的遗传变异分析
• 6.3 讨论
• 6.4 结论
• 第七章 全文结论
• 参考文献
• 附件
• 致谢
• 作者简介