120份大豆种质资源遗传多样性和亲缘关系分析
Analysis of Genetic Diversity and Genetic Relationship for 120 Soybean Germplasms
通讯作者:
收稿日期: 2021-03-14 修回日期: 2021-05-24 网络出版日期: 2021-07-05
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Received: 2021-03-14 Revised: 2021-05-24 Online: 2021-07-05
作者简介 About authors
李琼,研究方向为大豆遗传育种与栽培,E-mail:
采用覆盖20条染色体的68对多态性引物在120个大豆品种(系)[包括67个中国大豆品种(系)和53个引自美国的品种(系)]进行遗传多样性及亲缘关系分析。结果表明,120份大豆材料具有丰富的遗传多样性(Na=1.9852,Ne=1.4343,H=0.2776,I=0.4361);中国大豆比美国引进大豆遗传多样性水平高;7个群体遗传多样性由高到低为,黄淮海地区组>引种资源组>热带亚热带地区组>长江流域地区组>北方春大豆组>西南山区组>鲜食大豆组;7个群体间总遗传多样度(Ht)为0.2807,群体内遗传多样度(Hs)为0.2361,群体间遗传分化系数(Gst)为0.1589,基因流(Nm)为2.6468,群体间存在中低度遗传分化,遗传变异主要存在于群体内部,群体间Nm较丰富;以群体和单个品种(系)为单位进行UPGMA聚类的结果基本一致,部分材料相互交错。大豆种质遗传多样性与地理来源具有一定相关性的同时,不同地区间存在丰富的基因交流;黄淮海地区、西南山区、热带亚热带地区和长江流域地区的大豆材料遗传距离较近;引进大豆、北方春大豆和鲜食大豆与其他群体遗传距离较远,可作为拓宽中国栽培大豆遗传背景的物质遗传基础。
关键词:
Using 68 SSR markers covering 20 chromosomes, 120 soybean varieties (lines) including 67 Chinese soybean varieties (lines) and 53 introduced soybean varieties (lines) from America were used for genetic diversity and genetic relationship analysis. The results showed that the average values of the number of alleles (Na), effective alleles (Ne), Nei's gene diversity index (H), and Shannon's information index (I) between the varieties (lines) were 1.9852, 1.4343, 0.2776, and 0.4361, respectively, indicating the genetic diversity of 120 soybean germplasms was high. Genetic diversity in Chinese soybeans was higher than introduced soybeans from America. The genetic diversity index order of the seven populations was Huang-Huai-Hai area group > introduction resource group > tropical and subtropical area group > Yangtze River area group > northern spring soybean group > southwest mountainous group > fresh soybean group. The total genetic diversity (Ht) among all seven populations was 0.2807 while the genetic diversity (Hs) within populations was 0.2361, the coefficient of genetic differentiation (Gst) among populations was 0.1589 and the gene flow (Nm) was 2.6468. Low-medium genetic differentiation was identified among populations while genetic variation mainly existed within each group and gene flow in seven populations was abundant. The results of UPGMA clustering analyses using different populations and individual varieties (lines) as the unit were basically the same and some materials were interlaced in different groups. While soybean germplasms had a certain correlation with geographic origin, there were abundant gene exchanges among different regions. The genetic distances were close between varieties (lines) from the Huang-Huai-Hai area, southwest mountainous areas, tropical and subtropical area, and the Yangtze River area. However, the genetic distance between the varieties (lines) from America, northern spring varieties (lines), and fresh soybean varieties (lines) were distant. In consequence, these materials could provide favorable germplasms for broadening the genetic background.
Keywords:
本文引用格式
李琼, 常世豪, 武婷婷, 耿臻, 杨青春, 舒文涛, 李金花, 张东辉, 张保亮.
Li Qiong, Chang Shihao, Wu Tingting, Geng Zhen, Yang Qingchun, Shu Wentao, Li Jinhua, Zhang Donghui, Zhang Baoliang.
基于SSR分子标记技术对各类大豆种质资源进行发掘、研究,采用野生大豆和国外引进品种(系)等亲缘关系较远的大豆材料来拓宽国内大豆品种(系)的遗传基础,打破我国大豆资源丰富但遗传基础狭隘的局面[5,6]。钟文娟等[7]利用53对SSR标记对190份我国四川大豆和引进大豆资源遗传多样性和群体结构进行分析,证明我国四川大豆可以利用国外资源与直立型野生大豆资源来丰富本地的基因遗传多样性。Wang等[8,9]利用SSR标记分别对中国大豆资源七大生态区域类型的遗传多样性和群体结构进行分析,得出中国大豆种质资源遗传多样性在某种程度上与地理距离相关。Iquira等[10]利用39对SSR引物对100份加拿大本地品种和200份外来种质进行遗传多样性分析,得知外来种质比本地材料具有更高的遗传多样性。本研究利用68对SSR引物对120份大豆种质材料(中国和美国大豆种质)遗传多样性和群体亲缘关系进行探索,为大豆新品种选育提供相应的理论参考。
1 材料与方法
1.1 试验材料
供试材料共120份,其中67份选自2014-2015年国家大豆区域6个参试试验组,53份育成品种(系)来自美国,均由中国农业科学院作物科学研究所提供。67份国内参试材料按照参试区域分为6个群体,群体1(POP-1)为北方春大豆组,群体2(POP-2)为黄淮海地区组,群体3(POP-3)为长江流域地区组,群体4(POP-4)为鲜食大豆组,群体5(POP-5)为西南山区组,群体6(POP-6)为热带亚热带地区组。将53份引进材料设为群体7(POP-7)。详情见表1。
表1 供试大豆种质详情
Table 1
群体Population | 品种(系)Cultivar (line) | 来源Source |
---|---|---|
北方大豆组 | 合交2001-336-7、绥交08-5262、牡602 | 中国黑龙江 |
Northern spring soybean group (POP-1) | 公交04-489-4 | 中国吉林 |
齐黄35 | 中国山东 | |
黄淮海地区组 | K117-3、中品12585、中作J10153、中黄13 | 中国北京 |
Huang-huai-hai area group (POP-2) | 晋科1号、汾豆90 | 中国山西 |
宁豆5号 | 中国宁夏 | |
沧豆11、石豆6号、邯豆5号 | 中国河北 | |
郑豆0689、秋乐1205、濮豆1802、周豆22、许豆0406、驻豆03-16、安豆5156 | 中国河南 | |
蒙0804、皖宿1128、益科豆112-1 | 中国安徽 | |
潍豆80031、鲁97013-1、菏01-7、济087129、齐黄34、圣豆LU05、南圣43 | 中国山东 | |
徐9418-2 | 中国江苏 | |
长江流域地区组 | 苏HT012、泗豆209、苏夏13-13、南农56-10、通豆7号 | 中国江苏 |
Yangtze River basin area group (POP-3) | 兴豆2号、中豆8号、油07-73、天隆一号 | 中国湖北 |
秋乐1302 | 中国河南 | |
蒙11-1 | 中国安徽 | |
鲜食大豆组Fresh soybean group (POP-4) | 杭豆3-2、浙9815、浙鲜豆5号、浙09006、杭鲜豆2号 | 中国浙江 |
K丰77-2、开科源特早、辽04M05-4 | 中国辽宁 | |
西南山区组 | 安07109 | 中国贵州 |
Southwest mountain group (POP-5) | 滇豆7号 | 中国云南 |
黔豆2012-1 | 中国贵州 | |
贡2026R | 中国四川 | |
粤春2011-2 | 中国广东 | |
热带亚热带地区组 | 贡豆723-2 | 中国四川 |
Tropical and subtropical area group (POP-6) | 华春6号、粤春2010-1、华春2号、粤夏2012-1 | 中国广东 |
桂早1号、桂春豆103、桂147 | 中国广西 | |
泉豆7号、泉豆5号 | 中国福建 | |
引进材料Imported materials (POP-7) | AD01~AD53 | 美国 |
1.2 试验方法
1.2.1 大豆DNA的提取 每份材料选取2粒饱满的种子于育苗盘中种植,放置在培养箱内(25℃,光照8h/d)培育。采集鲜嫩叶片,按照CTAB法[11]提取DNA。采用紫外分光光度计检测DNA浓度,并稀释至50ng/μL,放置于-80℃冰箱备用。
1.2.2 引物 参考
1.2.3 PCR扩增及电泳 采用10μL PCR反应体系:2×TranTaq-PCRSuper-Mix 5μL,上、下游引物各0.5μL,DNA模板1μL,ddH2O 3μL。PCR反应程序:94℃预变性5min;94℃变性40s,55℃退火50s,72℃延伸50s,循环34次;72℃延伸10min,4℃保存。PCR产物用6%变性聚丙烯酰胺凝胶电泳检测,电压200V,时长2.5h,银染法染色,即时拍照。
1.3 数据分析
对扩增条带进行人工读带并记录带型,同一位置有条带赋值“1”,无条带则赋值“0”。利用POPGEN 32软件对所选群体的等位基因数(allele number,Na)、有效等位基因数(effective number of allele,Ne)、Shannon’s信息指数[12](Shannon’s information index,I)、遗传相似度(genetic identity,GI)和遗传距离(genetic distance,GD)、多态条带百分比(percentage of polymorphic bands,PPB)、Nei’s基因多样性指数(H)、总遗传多样度(Ht)、群体内遗传多样度(Hs)、群体间遗传分化系数(Gst)和基因流(Nm)进行分析。计算多态性信息含量(polymorphism information content,PIC)[13]。利用NTSYS-PC软件计算遗传相似系数(genetic similarity,Gs),按照非加权配对法UPGMA和SHAN程序进行聚类分析。
2 结果与分析
2.1 SSR引物标记多态性分析
表2 供试材料SSR引物多态性信息
Table 2
编号 No. | 引物 Primer | 连锁群 Linkage group | 多态位点数 Polymorphic locus | PIC值 PIC value | 编号 No. | 引物 Primer | 连锁群 Linkage group | 多态位点数 Polymorphic locus | PIC值 PIC value |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | Sat_143 | G | 4 | 0.914 | 35 | satt272 | B2 | 2 | 0.470 |
2 | Sat_292 | D2 | 4 | 0.871 | 36 | satt279 | H | 3 | 0.865 |
3 | Sat_219 | I | 4 | 0.911 | 37 | satt286 | C2 | 3 | 0.865 |
4 | Sat_304 | N | 4 | 0.899 | 38 | satt300 | A1 | 3 | 0.822 |
5 | Sat_282 | O | 2 | 0.810 | 39 | satt302 | H | 2 | 0.760 |
6 | Sat_271 | A1 | 2 | 0.826 | 40 | satt307 | C2 | 3 | 0.869 |
7 | Satt130 | G | 2 | 0.991 | 41 | satt309 | G | 3 | 0.874 |
8 | Satt132 | J | 2 | 0.400 | 42 | satt334 | F | 2 | 0.823 |
9 | Satt142 | H | 2 | 0.290 | 43 | satt335 | F | 2 | 0.786 |
10 | Satt146 | F | 3 | 0.883 | 44 | satt338 | C1 | 4 | 0.904 |
11 | Sat_020 | K | 3 | 0.901 | 45 | satt339 | N | 3 | 0.891 |
12 | Sat_076 | C2 | 4 | 0.774 | 46 | satt343 | F | 5 | 0.862 |
13 | sat_207 | C1 | 3 | 0.518 | 47 | satt346 | M | 2 | 0.725 |
14 | Sat_342 | B2 | 4 | 0.915 | 48 | satt373 | L | 5 | 0.931 |
15 | Sat_292 | D2 | 3 | 0.871 | 49 | satt386 | D2 | 2 | 0.560 |
16 | Satt001 | J | 4 | 0.847 | 50 | satt423 | F | 2 | 0.805 |
17 | Satt002 | D2 | 3 | 0.822 | 51 | satt429 | A2 | 2 | 0.687 |
18 | Satt005 | D1b | 3 | 0.822 | 52 | satt431 | J | 3 | 0.776 |
19 | Satt022 | N | 2 | 0.800 | 53 | satt429 | A2 | 3 | 0.875 |
20 | Satt168 | B2 | 3 | 0.577 | 54 | satt434 | H | 4 | 0.879 |
21 | Satt182 | L | 2 | 0.880 | 55 | satt453 | B1 | 3 | 0.893 |
22 | Satt184 | D1a | 3 | 0.775 | 56 | satt463 | M | 4 | 0.899 |
23 | Satt187 | A2 | 2 | 0.730 | 57 | satt530 | N | 3 | 0.873 |
24 | Satt191 | G | 3 | 0.748 | 58 | satt553 | D2 | 3 | 0.869 |
25 | Satt194 | C1 | 2 | 0.467 | 59 | satt556 | B2 | 3 | 0.642 |
26 | Satt216 | D1b | 4 | 0.900 | 60 | satt565 | C1 | 4 | 0.893 |
27 | Satt199 | G | 3 | 0.855 | 61 | satt571 | I | 3 | 0.867 |
28 | Satt197 | B1 | 3 | 0.840 | 62 | satt573 | D2 | 2 | 0.768 |
29 | Satt228 | A2 | 3 | 0.744 | 63 | satt577 | B2 | 3 | 0.848 |
30 | Satt239 | I | 2 | 0.752 | 64 | satt588 | K | 3 | 0.821 |
31 | Satt243 | O | 3 | 0.823 | 65 | satt590 | M | 4 | 0.843 |
32 | satt254 | D1a | 3 | 0.764 | 66 | satt599 | A1 | 3 | 0.895 |
33 | satt257 | N | 2 | 0.789 | 67 | satt631 | N | 4 | 0.919 |
34 | satt268 | D2 | 4 | 0.920 | 68 | satt708 | C2 | 3 | 0.842 |
2.2 不同大豆种质群体间的遗传变异分析
由表3可知,供试的120份大豆种质等位基因数(Na)为1.9852,有效等位基因数(Ne)为1.4343,Nei’s基因多样性指数(H)为0.2776,Shannon’s信息指数(I)为0.4361,多态条带百分比(PPB)为98.52%。遗传多样性分析结果表明,120份大豆材料总体遗传多样性水平较高。其中,国内材料与美国引进大豆材料遗传多样性水平差异较为明显,国内大豆种质资源遗传多样性水平更高(Ne=1.4196,H=0.2710,I=0.4282),美国引进资源的遗传多样性略低(Ne=1.3985,H=0.2501,I=0.3916)。
表3 7个群体间大豆种质材料的遗传多样性指标
Table 3
群体 Population | Na | Ne | H | I | 多态位点数 Number of polymorphic sites | PPB (%) | Ht | Hs | Gst | 基因流Nm |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
POP-1~POP-6 | 1.9803 | 1.4196 | 0.2710 | 0.4282 | 199 | 98.03 | ||||
POP-7 | 1.9261 | 1.3985 | 0.2501 | 0.3916 | 188 | 92.61 | ||||
总体Total | 1.9852 | 1.4343 | 0.2776 | 0.4361 | 200 | 98.52 | 0.2807 | 0.2361 | 0.1589 | 2.6468 |
通过Nei’s分析法将总的遗传多样性分为群体内遗传多样性和群体间遗传多样性,遗传分化系数是指群体间变异占总变异量的比重[15]。7个群体间总遗传多样度(Ht)为0.2807,群体内遗传多样度(Hs)为0.2361。群体间遗传分化系数(Gst)为0.1589,基因流(Nm)为2.6468。由此可见,供试大豆资源具有丰富的多样性。大豆材料7个群体遗传变异中,84.11%的遗传变异存在于7个群体内部个体间,15.89%的遗传变异存在7个群体之间。7个群体间存在中低度遗传分化,遗传变异主要存在于群体内部,群体间基因流较为丰富。
对7个群体遗传多样性进一步分析(表4),不同群体各遗传多样指标的排列顺序为POP-2(Ne=1.4208,H=0.2678,I=0.4209)>POP-7(Ne=1.3985,H=0.2501,I=0.3916)>POP-6(Ne=1.3949,H=0.2424,I=0.3753)>POP-3(Ne=1.3850,H=0.2403,I=0.3741)>POP-1(Ne=1.3734,H=0.2254,I=0.3430)>POP-5(Ne=1.3611,H=0.2193,I=0.3329)>POP-4(Ne=1.3429,H=0.2075,I=0.3194)。
表4 7个群体大豆种质材料的遗传多样性指标
Table 4
群体Population | Na | Ne | H | I |
---|---|---|---|---|
POP-1 | 1.6749 | 1.3734 | 0.2254 | 0.3430 |
POP-2 | 1.9606 | 1.4208 | 0.2678 | 0.4209 |
POP-3 | 1.8227 | 1.3850 | 0.2403 | 0.3741 |
POP-4 | 1.6798 | 1.3429 | 0.2075 | 0.3194 |
POP-5 | 1.6453 | 1.3611 | 0.2193 | 0.3329 |
POP-6 | 1.8177 | 1.3949 | 0.2424 | 0.3753 |
POP-7 | 1.9261 | 1.3985 | 0.2501 | 0.3916 |
2.3 不同大豆种质群体间的遗传相似度和UPGMA聚类分析
由表5可知,整体来看,群体间遗传相似度(GI)变幅为0.8950~0.9749,群体间遗传距离(GD)变幅为0.0254~0.1109,7个群体间相似度高,遗传距离小。从群体之间遗传关系来看,POP-1与POP-5 GD最大,POP-2与POP-3最小。
表5 不同大豆群体间的遗传相似度(GI)和遗传距离(GD)
Table 5
群体 Population | POP-1 | POP-2 | POP-3 | POP-4 | POP-5 | POP-6 | POP-7 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
POP-1 | * | 0.9399 | 0.9202 | 0.8992 | 0.8950 | 0.9236 | 0.9485 |
POP-2 | 0.0620 | * | 0.9749 | 0.9257 | 0.9533 | 0.9622 | 0.9633 |
POP-3 | 0.0832 | 0.0254 | * | 0.9068 | 0.9572 | 0.9576 | 0.9345 |
POP-4 | 0.1062 | 0.0772 | 0.0978 | * | 0.8972 | 0.8988 | 0.9205 |
POP-5 | 0.1109 | 0.0478 | 0.0438 | 0.1084 | * | 0.9380 | 0.9160 |
POP-6 | 0.0795 | 0.0385 | 0.0434 | 0.1067 | 0.0640 | * | 0.9475 |
POP-7 | 0.0529 | 0.0374 | 0.0678 | 0.0829 | 0.0878 | 0.0539 | * |
右上为遗传相似度(GI),左下为遗传距离(GD)
Nei’s genetic identity (above diagonal) and genetic distance (below diagonal)
根据7个群体间的Nei’s遗传相似度进行UPGMA聚类分析结果(图1)可知:7个群体分为两大类,不同群体按照1、2、3、4、5和6的步骤演示出群体之间的亲缘关系。其中,类群I包括POP-1、POP-2、POP-3、POP-5、POP-6和POP-7;类群I可分为2个亚类,亚类I-i包括POP-1和POP-7,亚类I-ii包括POP-2、POP-3、POP-6和POP-5。类群II仅包括POP-4 1个群体。总体而言,黄淮海地区组(POP-2)、长江流域地区组(POP-3)、西南山区组(POP-5)和热带亚热带地区组(POP-6)亲缘关系较近。北方春大豆(POP-1)、引进大豆(POP-7)和鲜食大豆(POP-4)与这4个群体的遗传距离较远。
图1
图1
7个群体的大豆种质材料的聚类图
Fig.1
UPGMA tree plot of soybean germplasm materials of seven populations
2.4 120份大豆材料聚类分析
利用NTSYS-PC软件分析68对SSR引物检测出的200个多态性位点数据,计算并建立遗传相似度矩阵,进行UPGMA聚类。由图2可知,120份黄淮海大豆种质的遗传相似系数(Gs)变化范围为0.62~0.98。遗传相似系数(Gs)在0.62处,120份材料被分为2个类群。类群I包括71份材料,分为2个亚类。其中,亚类I-i包括美国引进材料51份、北方春大豆全部材料5份、黄淮海地区材料5份(鲁97013-1、沧豆11、淮豆80031、中品12585和中作J10153)、西南山区组材料1份(贡2026R);亚类I-ii包括鲜食大豆组全部材料8份和美国引进材料1份(AD31)。类群II包括49份材料,分为2个亚类。其中,亚类II-i包括黄淮海地区组材料23份、长江流域地区组材料10份、西南山区材料4份和热带亚热带地区组材料4份;亚类II-ii包括热带亚热带地区组材料6份、长江流域地区材料1份(南农56-10)和引进材料1份(AD48)。以大豆品种(系)为单位的聚类分析进一步印证了2.3部分的结论。
图2
图2
120份大豆种质资源SSR标记UPGMA聚类分析
Fig.2
UPGMA tree of SSR marker cluster analysis of 120 soybean germplasm resources
3 讨论
3.1 供试大豆种质资源遗传多样性和亲缘关系
本试验选取覆盖大豆全基因组的68对SSR标记,对120份大豆种质材料进行遗传多样性分析,以探索中国和美国大豆资源中各群体的遗传背景和群体间的亲缘关系。本研究所选取的68对引物具有较高的多态性。7个群体大豆资源(Na=1.9852,Ne=1.4343,H=0.2776,I=0.4361)总体具有丰富的多样性,多态条带百分比为98.52%。国内大豆种质资源(Ne=1.4196,H=0.2710,I=0.4282)比引进资源(Ne=1.3985,H=0.2501,I=0.3916)遗传多样性水平高。我国是大豆的起源地[16],大豆种质资源较美国更丰富。
3.2 供试大豆种质资源不同群体遗传多样性比较
文自翔[17]研究表明群体遗传多样性是长期形成的产物,遗传多样性越高,遗传变异越丰富,对环境变化的适应能力就越强。国内的6个群体中黄淮海地区组大豆材料的遗传多样性最高,热带亚热带地区组次之,长江流域地区组、北方春大豆组、西南山区组和鲜食大豆组遗传多样性较低。这与以往研究结果一致。朱申龙等[18]认为我国黄淮海地区的大豆较其他地区具有较高水平的遗传多样性。周新安等[19]对国家种质库保存的9个形态性状的遗传多样性分析,判定黄淮夏大豆遗传多样性较为丰富。王彩洁等[20]利用与大豆性状相关的125对SSR标记对东北和黄淮海地区大面积推广的89个大豆品种进行遗传多样性分析,得出黄淮海地区品种的遗传多样性最高,黄淮海流域位于我国南、北大豆产区的交汇处,无霜期较长,大豆品种多样,是不同来源大豆品种相互交融的理想地带。由7个群体遗传多样性比较可知,美国引进大豆资源遗传多样性指数紧随我国黄淮海地区之后,位居第二。美国引进大豆种植区域主要分布在我国西部和北部,育种所用亲本主要与我国少数几个原始亲本有关,比如Mandarin(黑龙江绥化四粒黄)、Manchu(黑龙江宁安黄豆)和Mukedn(沈阳小金黄)等,推测美国大豆资源与中国大豆东北材料具有密切的亲缘关系。栽培大豆起源于中国,且大豆黄河中下游起源学说得到广泛的支持。因此,美国引进资源的遗传多样性相对于黄淮海地区组较低也就有迹可循。美国引进资源的国外的祖先亲本量占祖先总亲本量的50%,而我国各地区大豆育成品种的亲本大部分来源于本地区[21]。推测这就是美国亲本杂交繁育出品种的遗传多样性比除黄淮海地区以外中国其他各地区组均丰富的原因。但各地区参试品种(系)数量存在差异,造成7个群体样本量有所不同,对各群体遗传多样性分析结果存在一定程度上的影响,因此仍需搜集更多的种质资源进一步分析验证。
3.3 供试大豆种质资源两种聚类结果比较
本研究分别以群体和单个品种(系)为单位进行UPGMA聚类比较。结果相似点有:整体来看,中国北方春大豆全部材料(100%)和美国引进资源大部分材料(96.23%)均聚在一起;中国黄淮海地区大部分材料(82.14%)、西南山区大部分材料(80%)、长江流域地区和热带亚热带地区全部材料(100%)聚在一起。2种聚类结果的不同点有:(1)鲜食大豆组与其他6个群体亲缘关系均远,单独分为一类。按品种(系)聚类可知,中国鲜食大豆组材料与美国引进材料、中国北方春大豆材料和中国部分黄淮海地区、中国西南山区材料聚为一类。2次聚类结果不一致,可能是由于鲜食大豆群体取材数较少,品种单一,遗传变异小,多态性低。(2)品种(系)个体聚类可知,2份美国引进材料(AD31和AD48)分布在I-ii亚类(以鲜食大豆为主)中和II-ii亚类(以热带亚热带地区大豆材料为主)中;中国5份黄淮海地区材料(鲁97013-1、沧豆11、淮豆80031、中品12585和中作J10153)和1份西南山区大豆材料(贡2026R)分布在亚类I-i(以美国进口大豆材料为主)中;1份长江流域地区大豆材料(南农56-10)分布在亚类II-ii(以热带亚热带地区大豆材料为主)中。(3)品种(系)个体聚类,黄淮海地区、西南山区、热带亚热带地区和长江流域地区4个群体中大豆材料,只有黄淮海地区部分材料和热带亚热带地区部分材料分别聚到一起,其余材料相互交错,这4个群体大豆品种(系)的亲缘关系与地理来源分布较为分散,表明这4个群体间大豆育成品种种质的基因交流较为频繁。
2次聚类分析结果基本一致,体现出大豆种质资源与地理分布在一定程度上具有显著的相关性。但是部分材料也存在相互融合,从而展现出不同大豆群体之间广泛的基因交流。
3.4 供试大豆种质资源不同群体遗传相似度和遗传距离比较
对120份大豆材料遗传相似度和遗传距离进行研究,得出7个大豆群体的平均遗传距离仅为0.0700。也许与所选引物个数少和品种(系)材料多样性有限有关。材料组间的遗传距离值差异虽小,但仍可明显地发现各群体之间具有一定的差异。大豆种质不同群体遗传相似度、遗传距离的分析结果表明,黄淮海地区材料和长江流域地区材料之间遗传相似度最高(0.9749),遗传距离最小(0.0254)。北方春大豆材料和西南山区材料遗传相似度最低(0.8950),遗传距离最大(0.1109)。推测黄淮海和长江流域地区因地理位置相邻,大豆栽培品种(系)频繁交流造成该片区遗传相似度高,遗传距离缩小的局面。北方地区与西南山区地理位置相距较远,北方地区地域辽阔且西南山区地形复杂均能构成天然屏障,减少了遗传背景相似的可能。除北方春大豆材料以外,其他6个群体均与黄淮海地区材料间遗传距离较近。Wang等[8]鉴定出黄河流域下游地区的种质等位基因丰富度最高,成对遗传多样性估计值最低,并且散布在其他5个群体中,这表明黄河流域可能是中国栽培大豆的多样性中心。然而,盖钧镒等[25]则认为从遗传多样性反推大豆起源中心是有一定风险的。我国北方春大豆材料与美国材料遗传距离相距最近。田清震等[26]曾利用AFLP数据将栽培大豆在地理分布上明显区分南北类型,北方地区和黄淮海区大豆可明确区分,表明品种间遗传关系与地理分布密切相关。盖钧镒[21]曾表示北方地区特别是东北地区大豆种质的南移对拓宽国内大豆遗传背景具有重要意义。盖钧镒等[25,27]研究表明美国及南美洲的大豆在遗传和亲缘关系上与中国北方春大豆最接近。鲜食大豆材料与其他群体材料平均遗传距离较远,但与我国黄淮海地区和美国材料遗传距离较近。我国南方(长江中下游、台湾和东南沿海地区)和日本是世界菜用大豆的主要生产和消费地区。中国传统菜用大豆生产主要采用地方品种(系)。目前,我国东南沿海地区主要种植中国台湾和日本品种(系)。20世纪90年代后期,美国逐渐引进菜用大豆,大部分来自中国,少部分来自泰国和印度尼西亚[28]。推测鲜食大豆材料与中国黄淮海地区和美国个别材料遗传背景相似。
4 结论
用SSR技术对来自中国和美国的120份大豆品种(系)及由其组成的7个群体的遗传背景进行分析,得出中国大豆总体遗传多样性较美国大豆高,美国引进大豆资源遗传多样性稍低于中国黄淮海地区。我国黄淮海地区、长江流域地区、西南山区和热带亚热带地区组这4个群体的大豆种质资源交流频繁,遗传背景极为相似。我国北方春大豆、美国引进大豆和我国鲜食大豆与这4个群体遗传距离最远,可作为拓宽我国栽培大豆遗传背景的遗传基础。
参考文献
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