中国养殖海带不同群体的遗传变异分析及海带配子体性别性状初步定位

论文摘要

我国海带年栽培面积4万多公顷，年产量超过84万吨，居世界第一位。随着海带化工和加工业的快速发展，海带栽培已从产量型向多用途转换。但目前海带品种数量少、退化、杂合严重、抗逆性差，已不能满足需求。另外，全球变暖趋势使海水温度持续走高、波动加大，而现有品种耐高温能力差，常出现叶片脱落，导致减产。劳动力和晒场限制也迫切要求培育成熟期不同的品种。克服这些问题必须依赖遗传资源。在获得遗传资源后，必须进行有效评价、管理、维持及合理开发利用。一套适当的分子标记将有助于对已收集的自然遗传变异进行分析。我国的海带栽培和育种远远走在海带遗传研究前面。海带的生物学研究（如分类、生活史阐明、配子体克隆等）对海带栽培发展做出了不可替代的贡献。然而，海带配子体和孢子体重要经济性状和抗逆性状的遗传基础研究缺乏。其主要原因是没有相应的分子生物学研究工具，如分子标记连锁图谱等。海带育种实践还发现，海带雌配子体克隆更多地携带其来源孢子体性状的控制基因，对杂交海带性状表现的贡献大于雄配子体克隆。因此，海带配子体性别及其控制机理是一个重要的生物学问题，也与海带育种，尤其是杂交海带培育关系重大。因此，构建海带分子标记连锁图谱、定位海带配子体性别性状、分离海带配子体性别决定基因具有重要意义。本论文研究拟进行下列研究：（1）试图筛选足够的SSR标记，并用于中国栽培海带遗传多样性分析，为海带遗传资源有效管理建立方法基础；（2）尝试性构建海带分子标记（AFLP和SSR）连锁图谱，定位海带配子体性别性状位点，为分离海带配子体性别决定基因打基础。本研究研制了18个微卫星DNA标记并用于90个海带配子体克隆的遗传多样性分析。这些配子体克隆是从引种中国的海带（L．japonica）（第一组）、引种中国的长海带（L．longissima）（第二组）、从海带选育的优良品种（第三组）和种间杂种衍生品种（来源L．longissima雌配子体克隆x来源L．japonica的雄配子体克隆，第四组）分离的。在总样本中，各标记座位的等位基因数在2-7之间，Nei’s基因多样性在0．369-0．753之间。海带的等位基因多样性和Nei’s基因多样性显著高于引种的长海带（2．9 vs．1．8；0．414 vs．0．161），而选育品种等位基因多样性和Nei’s基因多样性低于海带。这表明海带只有一部分遗传变异存在于从海带选育的品种中。种间杂种海带配子体间存在显著遗传分化，在每组的雌（群体1）、雄（群体2）配子体克隆间也存在显著遗传分化。组间变异占总变异的39．95％，而雌、雄配子体克隆间占21．65％。第一第二组组间遗传距离分别达到1．142和1．036，而第一第三组组间遗传距离只有0．278。第一和第四组组间遗传距离明显长于第二和第四组组间遗传距离（0．686 vs．0．291），说明雌配子体克隆比雄配子体克隆给杂交海带贡献了较多的遗传变异。另外，在四组配子体克隆中都检测到近期群体规模减小效应（瓶颈效应）。这说明引种和品种培育对遗传多样性具有显著影响。这些观察结果将有助于海带配子体克隆资源的保存和开发利用。东方2号是一个商业化栽培的杂交海带，它是以从海带（L．japonicaAreschoug）分离的一个雌配子体克隆为母本和一个从长海带（L．longissimaMiyabe）分离的雄配子体克隆为父本，经过配子体克隆扩繁、杂交及杂交海带育苗获得的。从东方2号杂交海带分离到40个配子体克隆用作作图群体，尝试性地构建了海带AFLP-SSR连锁图谱。图谱包括263个标记，其中AFLP标记255个，SSR标记7个，形态标记一个（配子体性别）。图谱由25个含有≥4标记的连锁群、5个3标记体和15个二标记体组成，总长1629．0cM，覆盖海带基因组的66％。最大标记间距24．63cM。在第二连锁群上存在一个可能的性别决定区。该区域含有配子体性别性状座位，标记遗传重组被显著抑制。连锁图谱的构建及与图谱构建相关的方法将促进海带遗传学研究、海带高密度图谱构建、海带配子体性别决定机制的认识和海带配子体性别决定基因的克隆。另外，本论文研究还根据核糖体转录单元内间隔区单核苷酸变异和两个SSR标记多态性，分析了东方2号细胞核杂合性，从遗传上证明了东方2号是海带-长海带杂种。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 综述
• 1.1 海带生物学、栽培及遗传改良
• 1.1.1 海带名称
• 1.1.2 海带分类
• 1.1.3 海带地理分布
• 1.1.4 海带价值
• 1.1.5 海带形态与生活史
• 1.1.6 海带配子体无性繁殖（克隆）
• 1.1.7 海带苗种生产
• 1.1.8 海带栽培
• 1.1.9 海带遗传改良
• 1.2 分子标记的开发与应用
• 1.2.1 限制性片段长度多态性
• 1.2.2 微卫星（DNA）标记
• 1.2.3 单核苷酸多态性
• 1.2.4 随机扩增多态性DNA
• 1.2.5 DALP分子标记
• 1.2.6 SRAP标记
• 1.2.7 靶位区域扩增多态性
• 1.2.8 扩增片段长度多态性
• 1.2.9 简单序列重复界定区间长度多态性
• 1.2.10 分子标记在藻类中的应用
• 1.3 本论文研究背景、内容和意义
• 2 引种中国的海带、长海带及衍生品种配子体克隆微卫星DNA变异分析
• 2.1 引言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 配子体克隆
• 2.2.2 DNA提取
• 2.2.3 微卫星DNA标记研制
• 2.2.4 配子体克隆基因型分析
• 2.2.5 数据处理
• 2.3 结果
• 2.4 讨论
• 3 海带配子体性别性状初步定位
• 3.1 引言
• 3.2 材料和方法
• 3.2.1 作图群体
• 3.2.2 DNA提取
• 3.2.3 SSR标记研制
• 3.2.4 SSR基因型分析
• 3.2.5 AFLP分析
• 3.2.6 图谱构建
• 3.2.7 图谱特征分析
• 3.3 结果
• 3.3.1 连锁图谱
• 3.3.2 可能的性别决定区
• 3.4 讨论
• 3.4.1 海带图谱及图谱构建方法的应用
• 3.4.2 海带作图群体需要从大于种内但小于种间杂种获得
• 3.4.3 海带SSR标记研制非常困难
• 4 海带-长海带杂种细胞核杂合性分析
• 4.1 引言
• 4.2 材料和方法
• 4.2.1配子体克隆
• 4.2.2 DNA提取
• 4.2.3 ITS区的克隆和测序
• 4.2.4 SSR多样性检测
• 4.3 结果
• 4.4 讨论
• 5 总结与展望
• 文中英文缩略词
• 参考文献
• 致谢
• 发表的学术论文