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SSR荧光标记毛细管电泳分析24个广西常规香稻品种的遗传多样性

发布时间:2022-08-29 09:27:35

摘    要:分析香稻品种的遗传多样性和理清香稻品种之间的亲缘关系,可为选育优质香稻品种提供参考。为分析广西审定的24个常规香稻品种的遗传多样性,明确其遗传差异,本研究利用SSR荧光标记毛细管电泳技术对24个广西常规香稻品种进行遗传多样性分析。结果表明,48对SSR引物共检测出170个等位基因位点;遗传多样性参数中观测等位基因数(Na)变化幅度为1~9,平均为3.54;有效等位基因数(Ne)的变化幅度为1~4.5534,平均为2.0736,其中有效等位基因数最高是RM21,其次是RM481、RM493和RM258,说明这4对引物有较高的检测效率;Shannon's指数(I)的变化幅度为0~1.7942,平均为0.7726;多态信息含量(PIC)值的变化幅度为0~0.7541,平均为0.3732,属于中度多态位点,说明24个广西常规香稻品种具有一定的遗传变异。24个品种遗传相似系数范围为0.3299~0.9600,其中三香628与农香32遗传相似系数最小,说明这两个品种遗传基础差异最大,亲缘关系最远,万香696与广粮香2号遗传相似性系数最大,说明这两个品种遗传基础差异较小,亲缘关系接近。聚类分析结果显示24个广西常规香稻品种在相似系数0.504处可以分为三个大类群和四个亚类群,第Ⅰ大类2个品种,第Ⅱ大类19个品种,第Ⅲ大类3个品种;第Ⅱ大类在相似系数0.624处可分为4个亚类,第ⅰ亚类1个品种,第ⅱ亚类14个品种,第ⅲ亚类3个品种第ⅳ亚类1个品种。研究结果表明24个广西常规香稻品种的具有一定的遗传多样性,但不够丰富。以数字编码形式构建24个广西常规香稻品种的DNA 指纹图谱。其分析结果可为广西常规香稻品种选育和鉴定的提供参考依据。


关键词:广西;常规香稻; SSR荧光标记;毛细管电泳;遗传多样性;


Genetic Diversity Analysis of 24 Guangxi Common Aromatic Rice Varieties by Fluorescent

SSR Marker Capillary Electrophoresis

TANG Mei SUN Fu HE Cong LU Hongcong HUANG Li XIA Xiuzhong TANG Zhongping

ZHONG Zhjjan LU Guiyao

Rice Research Institute, Guangxi Academy of Agricultural Sciences, Guangxi Key Laboratory of

Rice Genetics and Breeding, Guangxi Talent Base for Rice Breeding Research Seed Quality

Testing Center, Guangxi Academy of Agricultural Sciences Guangxi Seed Association


Abstract:

Analyzed the genetic diversity of aromatic rice varieties and clarifying the genetic relationship of aromatic rice varieties can provide reference for breeding high-quality aromatic rice varieties. In order to analyze the genetic diversity of 24 conventional aromatic rice varieties approved in Guangxi and clarify their genetic differences. The genetic diversity of 24 conventional aromatic rice varieties was analyzed by SSR fluorescence labeled capillary electrophoresis in this study. The results showed that a total of 170 alleles were detected by 48 SSR primers. The number of alleles (Na) varied from 1~9, with an average of 3.54. The range of effective allele number (Ne) ranged from 1 - 4.5534, with an average of 2.0736. The highest effective allele number was RM21, followed by RM481, RM493 and RM258, it showed four pairs of primers have high detection efficiency. Shannon's index (I) ranged from 0-1.7942 with an average of 0.7726. The variation range of polymorphic information content (PIC) ranged from 0-0.7541 with an average value of 0.3732, indicated that the 24 Guangxi conventional fragrant rice varieties had certain genetic variation. The genetic similarity coefficient of the 24 varieties ranged from 0.3299-0.9600, among which the genetic similarity coefficient of Sanxiang 628 and Nongxiang 32 was the lowest, indicated that the genetic basis difference of the two varieties was the greatest and the genetic relationship was the furthest. The genetic similarity coefficient of Wanxiang 696 and Guangliangxiang 2 was the greatest, indicated that the genetic basis difference of the two varieties was small and the genetic relationship was close. Cluster analysis showed that the 24 cultivars could be divided into three large groups and four subgroups at the similarity coefficient of 0.504. There were 2 varieties in the Ⅰ category, 19 varieties in the Ⅱ category and 3 varieties in the Ⅲ category. Category Ⅱ can be divided into 4 subclassesat the similarity coefficient of 0.624, including 1 variety in Subclass ⅰ, 14 varieties in subclass ⅱ, 3 varieties in subclass ⅲ, and 1 variety in subclass ⅳ. The results showed that there was a certain genetic diversity in 24 Guangxi conventional aromatic rice varieties, but it was not rich enough. The DNA fingerprints of 24 Guangxi conventional aromatic rice varieties were constructed in the form of digital coding. The results can provide reference for breeding and identification of conventional aromatic rice varieties in Guangxi.


Keyword:

Guangxi; Conventional aromatic rice; Fluorescent SSR marker; Capillary electrophoresis detection; Genetic diversity;


随着近年来消费者对稻米品质要求的不断提高,优质香稻品种以饭香浓郁和营养丰富等优异品质越来越受到市场的青睐。从1980年我国开始进行香稻育种,目前已经育成一批优质香稻品种[1]。广西在2000年以来也相继育成了八桂香[2]、田东香[3]、玉香占[4]、三香628[5]等香稻品种。但由于广西自育香稻品种的优质米达标率低、产量低和抗病性差等原因,推广的香稻品种数量和质量满足不了市场需求[6]。为了满足当前消费者对稻米品质好闻、好吃、好看、高营养的理想追求,因此广西加快了优质常规香稻新品种的审定。而在香稻育种中,有香味基因的亲本来源较少,且遗传背景较近,从而使得香稻品种的遗传多样性较低[1]。所以通过对香稻品种的遗传多样性进行分析,理清香稻品种的亲缘关系,加强香稻品种的遗传特性研究,可为选育广西优质香稻品种提供技术参考。


DNA分子标记技术分析水稻品种遗传多样性是目前应用最广泛的手段之一,其中简单重复序列(Simplesequence repeat, SSR)标记数量丰富、多态性好、稳定性高、操作方便,可利用SSR标记对香稻进行遗传多样性分析[7,8,9,10,11,12,13]。唐傲等[8]利用 60 个SSR 标记对国内外370 份香稻材料的遗传多样性进行了比较分析,结果发现参试材料可分为籼粳两大类。朱勇良等[9]利用40 对SSR 引物对太湖稻区和国内其他地区的 39 个香稻品种进行遗传多样性分析,试验结果基本反映了不同品种间的亲缘关系。赵凤民等[13]用50 对SSR 分子标记对42 份黑龙江省香稻种质资源进行遗传多样性研究,结果说明香稻资源的区域特征明显,各类群中的香稻资源亲缘关系较近。


然而聚丙烯酰胺凝胶电泳检测的方法步骤繁多,耗时耗力且灵敏度低。而SSR 荧光标记毛细管电泳技术可直接读取目的片段准确大小,大大降低了分辨扩增产物的难度,提高了研究的效率和准确性。利用SSR荧光标记毛细管电泳技术用于香稻特别是涉及广西常规香稻品种遗传多样性的研究还未见报道。本研究采用SSR荧光标记毛细管电泳检测技术,利用48对SSR分子标记对广西审定的24个常规香稻品种进行遗传多样性分析,以期分析广西常规香稻品种间的遗传多样性,阐明广西常规香稻的遗传多样性特点,为广西常规香稻品种的遗传基础拓展、品种选育和鉴定提供技术参考。


1 材料与方法

1.1 试验材料

以通过广西审定的24个常规香稻品种为材料(表1)。种子由广西种子管理站提供。


1.2 广西常规香稻品种DNA的提取方法

将香稻种子发芽7天后,剪取新鲜叶片,采用CTAB法提取幼苗叶片中的DNA。


1.3 SSR荧光引物及PCR反应

48对SSR核心标记引物由农业行业标准(NY/T1433-2014)推荐,荧光引物由上海生工生物公司合成。12μL的SSR反应体系包括2×PCRMaster Mix 5μL,ddH2O 5μL,上下游引物(10μmol/L)各0.5μL,DNA 模板1μL。PCR 反应在 T100 PCR仪(BIO-RAD,USA)上进行,PCR 反应条件为:94 ℃预变性 5 min;94℃变性 30 s,55℃退火 30 s,72℃延伸 30 s,35个循环;72℃延伸 10 min,10℃保温。


1.4 产物分析

取PCR产物0.3μL、分子量内标0.5μL和去离子甲酰胺9.5μL混合加入PCR板,95℃变性5min,迅速冷却到4℃后离心,在ABI3730XL DNA 遗传分析仪上进行毛细管电泳,并用Data Collection 软件收集电泳原始数据。


1.5 数据分析

收集到的原始数据利用 Genemapper 软件分析,计算扩增片段大小。按照毛细管电泳迁移位置,用1 和 0 分别代表检测到扩增片段的有无,建立原始数据表。利用POPGENE 1.32 软件统计观测等位基因数(Na)、Shannon's信息指数(I)、有效等位基因数(Ne),利用 NTSYS 2.10e 软件对各品种进行遗传相似性分析,采用UPGMA(unweighted pair group method with average)法对各品种进行聚类分析,利用 PIC-CAL 计算多态信息含量 (PIC)。


2 结果与分析

2.1 48对SSR标记的多态性分析

本研究利用覆盖水稻12条染色体的48对SSR引物对24个广西常规香稻品种进行等位基因数(Na)、有效等位基因数(Ne)、Shannon's指数(I)和多态信息含量值 (PIC)检测(表2)。结果表明,48个SSR位点在24个广西常规香稻品种中检测到170个等位基因,等位基因数(Na)的变化幅度为1~9个,平均为3.54个,说明这些引物可适于24个广西常规香稻品种的遗传多样性检测。有效等位基因数(Ne)的变化幅度为1~4.5534,平均为2.0736,其中有效等位基因数最高是RM21,其指数为4.5534,其次是RM481、RM493和 RM258,其指数分别为4.5000、4.4825和4.1739。说明这4对引物有较高的检测效率。Shannon's指数(I)的变化幅度为0~1.7942,平均为0.7726。多态信息含量(PIC)大于0.50的位点为高度多态位点,在0.25~0.50为中度多态位点,小于0.25时为低度多态位点[14]。24个广西常规香稻品种的PIC值的变化范围为0~0.7541,平均为0.3732,属于中度多态位点,说明24个广西常规香稻品种具有一定的遗传变异。


2.2 遗传相似性分析

使用 NTSYS 2.10 软件计算 24个广西常规香稻品种的遗传相似性系数(表3),由表3可知,24个品种的遗传相似系数为介于 0.3299~0.9600之间,平均值为 0.5790,其中三香628(11)与农香32(19)遗传相似系数最小,为0.3299,说明这两个品种遗传基础差异最大,亲缘关系最远;万香696(14)与广粮香2号(15),万香696(14)与粮发香丝(16),广粮香2号(15)与粮发香丝(16),其之间的遗传相似性系数大,其数值分别为0.9600,0.9293和0.9216,说明这几个品种遗传基础差异较小,亲缘关系接近。


2.3 聚类分析

在遗传相似性系数的基础上采用UPGMA 法对24个广西常规香稻品种进行聚类分析(图1),在遗传相似性系数0.504处分为3大群类。第Ⅰ大类包括八桂香(1)和农香32(19)2个品种,说明这两个品种遗传背景较为接近;第Ⅲ大类包括早香一号(2)、玉香占(4)和家福香1号(10)3个品种,说明这3个品种具有相近的遗传背景,与其他品种遗传关系较远;其余19个品种被分到第Ⅱ大类。进一步遗传分析表明,第Ⅱ大类在遗传相似系数0.624处又可分为4个亚类,第ⅰ亚类只有桂香2号(3)1个品种;第ⅲ亚类有三香628(11)、桂香99(21)和桂香18(23)3个品种;第ⅳ亚类只有柳丰香占(9)1个品种;剩余14个品种划分到第ⅱ亚类。本试验基本反映了24个常规香稻品种的亲缘关系。


2.4 SSR指纹图谱的构建

从48对标记中筛选出14对等位基因数、基因多样性指数、Shannon's指数和PIC值较高的标记,根据检测到的引物等位基因差异,建立 24个广西常规香稻品种的指纹图谱。对14个标记的扩增片段按分子量大小排列,并进行数字编码(表4)。按表4顺序将14对标记对应的编码组合,每个品种可得到唯一的数字编码,组成每个品种的 DNA指纹图谱(表5)。如“三香628(11)”的SSR指纹编码如下,毛细管电泳检测到14个标记在“三香628(11)”中的扩增片段大小(bp)为 192/192、148/148、169/169、194/194、170/170、179/179、162/162、147/147、136/136、263/263、148/148、186/186、106/106、164/164,转换成 28位的指纹数字代码为1122 5511 2244 4411 3366 3333 3311,其中第 1、第 2 位的“1、1”表示标记 RM583在“三香628(11)”中的扩增片段(192/192)在其多态性片段中两个片段排第 1位,第 3、第 4 位的“2、2”表示标记 RM71的两个扩增片段(148/148)在其多态性片段中两个片段排第2位(表4),其余 24位类推。


3 讨论

广西香稻的种植历史比较悠久[6],早在南宋时靖西香糯就被列为朝廷贡品,目前仍是驰名中外的优良品种。但是由于近年来广西市场上可用的香稻品种不多,无法满足消费者对香稻的需求。因此加快广西香稻品种的选育和推广对广西香稻产业有着十分重要的意义。而研究广西常规香稻品种的遗传多样性,分析香稻品种之间的亲缘关系,挖掘和利用香稻的优异基因,可为广西优质常规香稻品种选育提供技术参考。


已有的水稻品种遗传多样性研究中,SSR 扩增产物主要由聚丙烯酰胺凝胶电泳检测 [15,16,17],较难准确读出扩增片段大小,并且整合不同试验批次和不同胶板的数据是个难题,容易出现人为的误读或错读。SSR 荧光标记毛细管电泳检测可直接读出扩增的目标片段大小,检测数据更为准确[18,19,20],便于遗传多样性分析数据整合及分析。


本研究利用国家农业行业标准(NY/T1433-2014)推荐的48对 SSR引物,应用SSR 荧光标记毛细管电泳检测技术对24个广西常规香稻品种进行遗传多样性,可准确有效地分析24个广西常规香稻品种遗传多样性。结果表明,在48个SSR位点上检测到等位基因数170个,等位基因数变化幅度为1~9个,平均为3.54个;比云南地方香稻品种[21]检测到的平均等位基因5.44 个和黑龙江香稻[13]检测到的平均等位基因4.08个低。PIC值的变化范围为0~0.7541,平均值为0.3732,比云南地方香稻[21]的0.4300和黑龙江香稻[13]的0.4649低。说明广西审定的常规香稻品种的遗传背景比较接近,其遗传多样性不够丰富。这与陈远孟等[22]的研究结果相似。


本研究利用使用 NTSYS 2.10 软件计算 24个广西常规香稻品种的遗传相似性系数,结果显示24个品种的遗传相似系数为介于 0.3299~0.9600之间,平均为 0.5790,低于太湖地区香稻品种的0.6400[10],但高于云南地区香稻的0.4700[21],进一步说明广西香稻品种具有一定的遗传多样性,但不够丰富。在遗传相似性系数的基础上采用UPGMA 法对24份广西常规香稻品种进行聚类分析。结果发现在遗传相似性系数0.504处24个品种可分为3大群类,第Ⅰ大类包括2个品种,第Ⅱ大类包括19个品种,第Ⅲ大类包括3个品种。而第Ⅱ大类在遗传相似系数0.624处又可分为4个亚类。聚类分析结果表明,虽然3大类群间部分品种存在一定遗传差异,但遗传多样性还不够丰富,其原因可能是广西香稻种质资源遗传基础较窄,且育种单位的亲本材料遗传背景相近[22]。因此在育种的亲本选择上可引入国内外地缘关系较远和遗传背景差异较大的香稻种质资源。


DNA 指纹图谱具有特异性,比表型鉴定更能准确地鉴定品种(系),可为品种选育和鉴定提供参考[23]。本研究利用SSR荧光标记毛细管电泳对24个广西香稻品种进行SSR荧光标记毛细管电泳检测,从48对SSR引物中筛选出14对多态性较好的SSR构建了24个广西常规香稻品种的DNA指纹图谱。可完全将24个广西常规香稻品种的区别开来,适于 24个广西常规香稻品种的品种鉴定。本研究建立的24个广西常规香稻品种DNA 指纹图谱,可大幅提高24个香稻品种鉴定的准确度,对广西香稻品种的鉴定和保护具有现实意义。


虽然广西香稻品种具有一定的遗传多样性,但由于其亲本来源较单一,遗传基础狭窄。因此要培育更好的香稻品种或进行品种改良,应多引进国内外丰富的香稻资源,挖掘更多的优异基因导入到广西香稻品种中,以拓宽广西香稻品种的遗传基础,从而培育更好优异的知名香稻品种,打响广西香米品牌。本研究结果可为广西香稻品种的育种亲本选配和开发新的遗传资源提供参考信息。


参考文献

[1] 胡培松,唐绍清,顾海华,王晓焰. 水稻香味的遗传研究与育种利用[J]. 中国稻米,2006(6),1-5.

[2] 韦善富, 李维科.优质香稻八桂香的选育和应用[J].中国农学通报,2005,21(9):188-189,241.

[3] 黄常解. 优质稻田东香的特性及栽培[J].广西农业科学,2002(5):263.

[4] 莫振勇.早籼优质香稻新品种玉香占的选育与应用[J].广西农业科学,2004,35(6):453-454.

[5] 唐梅,莫海玲,陈荣林,孙富.优质香稻品种三香628选育与推广[J].中国种业,2014(3):75-76.

[6] 陈传华,李虎,刘广林,陈远孟,罗群昌. 广西香稻育种现状及发展策略[J]. 中国稻米,2017,23(6):117-120.

[7] 陈远孟,张向军,陈传华,杨新庆,李容柏,李杨瑞. 用SSR标记分析广西香稻与南亚香稻的遗传多样性[J].广西植物,2008,28(2):154-159.

[8] 张涛,郑家奎,徐建第,蒋开锋,吴先军,汪旭东. 香稻品种的遗传多样性研究[J]. 中国农业科学 2008,41(3):625-635.

[9] 唐傲,邵高能,焦桂爱,罗炬,吴建利,唐绍清,胡培松. 香稻资源遗传多样性的比较[J].遗传,2009, 31(4): 412-419.

[10] 朱勇良,谢裕林,黄凌哲,吴建祥,乔中英,王建平,黄萌,陈培峰. 太湖稻区及国内部分香稻 SSR 指纹图谱构建及遗传多样性初析[J]. 植物遗传资源学报,2012,13(4):666-671.

[11] 余亚莹,邵高能,圣忠华,蒋汉伟,贺记外,孙园园,蔡怡聪,胡培松,唐绍清. 国内外香稻资源遗传多样性研究[J]. 植物分类与资源学报,2015,37 (6): 871-880.

[12] 刘之熙,朱克永,赵 杨,陈彦成. 5个常规香稻品种的指纹图谱及遗传相似性分析[J]. 湖南农业科学, 2017(2):6-9.

[13] 赵凤民,李修平,薛菁芳,王立楠,马文东,张献国,单莉莉,郭俊祥. 黑龙江省香稻资源遗传多样性分析[J].分 子植物育种, 2020,18(12): 4120-4127.

[14] DAVID.B, RAYMOND L W, MARK S, DAVIS R W. Construction of genetic linkage map in man using restriction fragmeng length polymorphisms[J].American journal of human genetics,1980,32:314-331.

[15] 从夕汉,施伏芝,阮新民,张效忠,罗志祥. 东南亚 62 个籼型水稻亲本SSR 遗传多样性分析[J].核农学报,2016,30(5):0859-0868.

[16] 陈越, 陈玲, 李春花, 张敦宇, 付坚, 程在全.中国南方地区水稻资源SSR指纹数据库的构建及遗传多样性分析[J].分子植物育种, 2020,18(19): 6502-6517.

[17] 董俊杰,曾宇翔,季芝娟,梁燕,杨长登. 273 份水稻种质资源的遗传多样性、群体结构与连锁不平衡分析[J].中国水稻科学, 2021, 35(2):130-140.

[18] 程本义,夏俊辉,龚俊义,杨仕华.SSR荧光标记毛细管电泳检测法在水稻DNA指纹鉴定中的应用[J]. 中国水稻科学,2011,25(6):672-676.

[19] 陆徐忠,倪金龙,李莉,汪秀峰,马卉,张小娟,杨剑波. 利用 SSR 分子指纹和商品信息构建水稻品种身份证[J]. 作物学报,2014, 40(5): 823-829.

[20] 翟荣荣,叶胜海,朱国富,余鹏,王俊梅,张小明.浙江省 10 个晚粳稻品种 SSR 指纹图谱的构建及遗传差异分析[J].分子植物育种, 2017, 15(3): 944-950.

[21] 白现广,程在全,蔺忠龙,吕广磊,黄兴奇. 云南地方香稻与非香稻遗传多样性比较[J]. 安徽农业科学,2009,37(6):2404-2406.

[22] 陈远孟,张向军,陈传华,李容柏,李杨瑞. 广西非香地方栽培稻与香稻的遗传多样性比较[J]. 河南农业科学,2007(8):21-24.

[23] 张锐剑,常志远,叶胜海,叶靖翟荣荣张小明.常规粳稻品种遗传多样性分析及DNA指纹图谱构建[J].分子植物育种, 2020,18(17):5765-5775.


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