豇豆遗传多样性及豆荚着色模式和种皮颜色的遗传分析

论文摘要

在非洲、亚洲和美洲的半干旱地区,豇豆(Vigna unguiculata L.)是一种非常重要的食用豆类。然而,豇豆遗传多样性低,缺乏抗性种质,在栽培中,常易受到生物或非生物胁迫而导致减产。豇豆的种皮色和嫩荚的颜色决定了豇豆的消费方式。本研究用具有不同豆荚着色模式和种皮颜色的三个豇豆纯合亲本,构建了F2和BC1分离群体,在此基础上研究了豆荚着色模式和种皮颜色的遗传规律,同时采用卡方测验对各个遗传比率的适合度进行了分析。结果表明,具有绿色荚尖和脊线的纯紫色豆荚性状对绿色带紫色斑点的豆荚性状和具有紫色荚尖的绿色豆荚性状均为显性,并表现出单基因遗传特征。绿色带紫色斑点的豆荚性状和具有紫色荚尖的绿色豆荚性状都受一对隐性等位基因控制,并且两者以不完全显性的方式进行互作。同时结果还表明,黑色种皮对褐色种皮为显性,并表现出单基因遗传模式。对种荚颜色和种皮颜色的双杂交分析表明,控制带紫色荚尖的绿色豆荚性状和黑色种皮性状的基因表现出了连锁遗传。此外,本研究用形态标记、SSR标记和ISSR标记,对来自于5个国家的67分豇豆地方品种的遗传多样性进行了分析。形态标记的分析结果表明：品种内不同单株之间,在质量性状上并无差异,在数量性状上变异很小；除了种荚颜色外,品种间质量性状的差异很有限,而在数量性状上表现出了显著的多样性。同时,大多数数量性状之间存在着显著的相关关系。基于形态标记,采用非加权成对算术平均数(UPGMA)对种质进行了聚类分析。聚类结果将豇豆种质分为两组,其中一组仅包含一份种质,其它的种质聚为一组,该组又可以细分为7个亚组,而聚类结果与种质的来源和形态性状之间并无明显的相关性。SSR分析时,8对多态性SSR引物共扩增出22条带,其中19条带(86%)在测试种质之间表现出了多态性,平均多态性比率为81.3%。SSR标记的多态性信息含量分布范围为0.06～0.61,平均为0.44。ISSR分析时,12个多态性ISSR标记共扩增出56条带,其中有42条带(75%)在测试种质之间表现出了多态性,多态性比率为71.5%。ISSR标记最少扩增出2条带,最多扩增出8条带,平均每个标记扩增出4.7条带。根据SSR标记结果计算的种质间的遗传相似系数最小为0.25,最大为1.00,平均为0.73。而根据ISSR标记计算出的遗传相似系数分布范围为0.43～1.00,平均为0.77。将ISSR和SSR标记的结果合并在一起,得到的种质间的遗传相似系数分布范围为0.45～0.98。分别根据SSR和ISSR标记的结果,对豇豆种质进行了聚类分析。结果表明SSR和ISSR标记所获得的聚类图在结构上具有很高的相似性,只是在聚类图中种质的分布方式上表现出了差异,但聚类结果都没有反映出种质在来源和形态性状上的共同特征。Mantel测验表明SSR、ISSR、SSR和ISSR的整合数据,以及形态标记所获得的矩阵之间并没有相关性,这也说明分子标记因没有选择压力而表现出来的中立性,以及不同的标记系统在基因组上检测的的目标区域不同。总之,本研究结果表明：1)栽培豇豆种质的遗传基础狭窄,今后需要采用常规育种的手段中的远缘杂交的方法,或者采用生物技术手段引入外源基因,来拓展豇豆的遗传多样性；2)在评价豇豆种质之间的遗传多样性和亲缘关系上,与ISSR标记相比,SSR标记是一种更加高效和优异的工具。

论文目录

• Table of contents
• Abstract
• 摘要
• Dedication
• Acknowledgements
• Chapter 1
• 1.0 Introduction to cowpea
• 1.1 Importance of cowpea
• 1.2 Origin, domestication and taxonomy of cowpea
• 1.2.1 Origin
• 1.2.2 Domestication
• 1.2.3 Taxonomy
• 1.3 Morphological and botanical description of cowpea
• 1.4 Reproductive biology of cowpea
• 1.5 Ecology of cowpea
• 1.6 Pigmentation in cowpea
• 1.6.1 Pigmentation and Preference of cowpea seed and pod
• 1.6.2 Seed and pod colour inheritance in cowpea
• 1.7 Genetic diversity
• 1.7.1 Meaning of genetic diversity
• 1.7.2 Importance of genetic diversity
• 1.8 Genetic markers
• 1.8.1 Types of Genetic markers
• 1.8.2 Genetic markers and Diversity assessment in cowpea
• 1.9 Motivation and objectives of study
• 1.9.1 Motivation
• 1.9.2 Objectives of the study
• Chapter Ⅱ
• 2.0 The Inheritance of pod pigmentation pattern and seed coat colour in asparagus bean [Vigna unguiculata ssp. Sesquipedalis （L.） Verdc.]
• 2.1 Introduction
• 2.2 Materials and methods
• 2.2.1 Planting materials
• 2.2.2 Study site description
• 2.2.3 Experimental design and sowing conditions
• 2.2.4 Hybridization procedures
• 2.2.5 Data collection
• 2.2.6 Data analysis
• 2.3 Results
• 2.3.1 Pod pigmentation pattern
• 2.3.2 Seed coat colour
• 2.3.3 Joint phenotypic analysis of pod pigmentationpattern and seed coat colour （dihybridinheritance）
• 2.4 Discussion
• 2.4.1 Pod pigmentation pattern
• 2.4.2 Seed coat colour
• 2.4.3 Joint phenotypic analysis of pod pigmentation pattern and seed coat colour （dihybrid inheritance）
• Chapter Ⅲ
• 3.0 Genetic diversity and relationships among 67 cowpea [Vigna unguiculata （L.）Walp]landraces revealed by morphological, simple sequence repeats and inter simplesequence repeats markers
• 3.1 Introduction
• 3.1.1 Importance of cowpea
• 3.1.2 Problem statement
• 3.1.3 Aim and Objectives of the study
• 3.2 Material and Methods
• 3.2.1 Planting materials
• 3.2.2 Morphological characterization
• 3.2.3 Molecular characterization
• 3.2.4 Data Analysis
• 3.3 Results
• 3.3.1 Morphological characterization
• 3.3.2 Molecular characterization
• 3.4 Discussion
• 3.4.1. Morphological evaluation
• 3.4.2 Genetic evaluation
• Chapter Ⅳ
• 4.0 Conclusions and Recommendations
• 4.1 Conclusions
• 4.2 Recommendations
• References
• Appendices
• Appendix A
• Appendix B
• Appendix C