張海英 范建光 郭紹貴 任毅 宮國義 張潔 翁益群 許勇
目的與意義:西瓜是世界上主要的蔬菜作物,更是中國瓜農增收的高效園藝作物。拓寬西瓜遺傳基礎,發(fā)掘優(yōu)異種質,提高西瓜品種改良效率是目前全球西瓜育種面臨的首要任務,核心種質構建為發(fā)掘與利用優(yōu)異種質提供了一條有效途徑。而已有西瓜種質資源的研究多局限于形態(tài)特征及農藝性狀的鑒定與描述,巨大的工作量使我們無法同時對上千份種質資源進行各種抗病性的細致鑒定,更缺乏對其遺傳多樣性及不同資源群間異同點的系統認識。目前,西瓜全基因組測序與重測序工作已經全面開展,有必要基于西瓜全基因組序列,準確分析不同西瓜不同種之間的遺傳關系,盡快構建含有野生種、地方品種和主要改良種的核心種質,使最少量的樣品代表最豐富的遺傳變異,為品種改良提供材料與技術指導。
材料與方法:利用北京市農林科學院蔬菜研究中心已經開發(fā)的代表最大限度遺傳多樣性的23對SSR核心引物,對中心收集的包含西瓜屬全部7個種的1 197份資源材料進行SSR檢測。將SSR電泳條帶轉換為0、1數據后,利用PowerMarker v3.25軟件計算多態(tài)性信息量、平均等位基因數、主等位基因頻率等;利用POPGENE v1.32軟件計算Nei's基因多樣性指數、Shannon信息指數、觀測雜合度值、期望雜合度值等;利用STRUCTURE v.2.3軟件進行群體結構分析;利用PowerCore軟件進行核心種質構建。
結果與分析:(1)遺傳多樣性分析:采用23對SSR核心引物對1 197份資源材料進行擴增,共檢測到133個等位基因,單個引物檢測到的等位基因數在4~9個,平均為6.05個。PIC值在0.35~0.70之間,平均為0.49。1 197份材料,Neis基因多樣性指數在0.38~0.74之間,平均為0.56。Shannon信息指數平均為0.99。期望雜合度值平均為0.56。(2)群體結構分析:1 197份材料,主要分為2大類群(Pop I和Pop II)和1個混合類群。Pop I 包含450份種質,大部分屬于C. lanatus subsp. Vulgaris(446份),少數屬于C. mucosospermus(4份)。Pop II 包含465份種質,379份屬于C. lanatus subsp. vulgaris,其余86份材料分別屬于C. naudinianus(3份),C. ecirrhosus(2份),C. rehmii(2份),C. colocynthis(11份),C. amarus(58份)和C. mucosospermus(10份)?;旌项惾喊?82份,其中271份屬于C. lanatus subsp. vulgaris,11份屬于C. mucosospermus?;旌项惾褐械姆N質具有多個遺傳背景,可能是由于雜交或種群之間的基因流動造成的。Pop I和Pop II可以進一步分為4個亞群:Pop IA、Pop IB、Pop IIA、Pop IIB。Pop IA主要為美洲和東亞生態(tài)型栽培資源混合亞群,Pop IB主要為東亞生態(tài)型栽培資源亞群,Pop IIA主要為美洲生態(tài)型栽培資源亞群,Pop IIB主要為野生資源亞群。栽培和野生資源之間、美洲和東亞生態(tài)型栽培資源之間存在顯著不同的遺傳差異。群體結構分析與Fst 值的成對比較及依據Neis遺傳距離獲得的聚類結果一致。(3)核心種質構建:結合SSR聚類數據和群體結構分析,采用逐步聚類方法,從1197份資源中,確定了130份核心種質,涵蓋西瓜屬的7個種。其中47份核心種質來自Pop I,68份來自Pop II,15份來自混合亞群。核心種質包括利用23對SSR核心引物對1197份資源材料進行擴增時獲得的全部133個等位基因,但只保留了10.9%的樣品,平均Nei's基因多樣性指數和平均Shannon信息指數分別為0.65和1.25,均高于參試的原始群體(Nei's基因多樣性指數和平均Shannon信息指數分別為0.56和0.99),更高于美國學者利用形態(tài)標記構建的美國核心種質(平均Nei's基因多樣性指數和平均Shannon信息指數分別為0.48和0.92),說明本研究構建的核心種質可以很好地代表西瓜種質資源的遺傳多樣性。
結? ? 論: 在西瓜全基因組測序與重測序工作基礎上,利用代表最大限度遺傳多樣性的23對核心引物組合,對包含西瓜屬全部7個種的1 197份資源材料進行遺傳多樣性和群體結構分析,同時在全基因組水平構建130份核心種質,將有助于提高西瓜優(yōu)異性狀種質篩選與改良的效率,為拓寬西瓜遺傳基礎與親本選配提供材料與技術指導。