糜子EST-SSR分子标记的开发及种质资源遗传多样性分析

基于前期高通量测序结果设计EST-SSR引物, 用于评估国内外不同生态区144份糜子(Panicum miliaceum)种质资源的遗传差异。结果表明, 200对引物中80对呈多态性, 开发效率为40%; 引物分辨率(Rp)为0.67-4.67 (平均值为2.00), 扩增产物大小为50-500 bp。144份材料在80个位点共检测到206个等位变异, 每个位点为2-3个; 多样性指数(I)为0.659 3 (RYW108)-1.087 2 (RYW124), 平均为0.859 9; 多态性信息含量(PIC)为0.222 9 (RYW98)-0.717 2 (RYW124), 平均为0.457 3。基于UPGMA将144份资源划分为3个群组, 其中2个群组主要为北方春糜子区材料, 另一个群组主要为黄土高原春夏糜子区材料。基于Structure (K=4)将材料划分为4个类群, 即2个代表北方资源基因库以及代表黄土高原和国外资源基因库各1个。基于主成分分析将材料聚为7个类群, 划分结果与材料的地理来源一致。     

山西糜子核心种质分子身份证构建

为快速鉴定糜子(Panicum miliaceum)资源, 建立分子标记检测平台, 以272份山西糜子核心种质为研究材料, 利用85对简单重复序列(SSR)引物, 应用ID Analysis 4.0软件, 构建DNA分子身份证。结果表明, 对85对SSR引物进行筛选, 发现20对引物组合(RYW67、RYW53、RYW37、RYW65、RYW62、RYW77、RYW5、RYW49、RYW84、RYW19、RYW11、RYW40、RYW54、RYW28、RYW31、RYW7、RYW16、RYW8、RYW9和RYW18)可区分272份材料。共检测到等位变异(Na) 60个, 平均每个位点检出3个; Shannon多样性指数(I)为0.957 8 (RYW16)-1.096 7 (RYW5), 平均值为1.055 2; 多态性信息含量(PIC)为0.604 4 (RYW77)-0.753 0 (RYW37), 平均值为0.692 1。利用20对引物构建山西糜子核心种质的字符串、条形码和二维码DNA分子身份证, 可为种质身份标识和溯源提供实践路径。     

利用微卫星标记分析山西糜子的遗传多样性

山西是中国糜子主产区之一,有丰富的地方品种和农家种种质资源。利用微卫星标记分析糜子资源的遗传多样性,明确其遗传背景,便于加强糜子各品种之间的基因交流以及优异种质的筛选和利用,同时对种质资源的亲缘关系分析提供科学依据。利用27对SSR引物分析57份山西糜子的遗传差异,采用PowerMarker 3.25计算每对引物的多态性信息含量,采用PopGen1.32计算每对引物和两个生态区的观测等位基因等遗传参数。用MEGA5.0构建Neighbour-Joining聚类图,利用Structure 2.3.4鉴定遗传类群,采用Ntsys2.11进行主成分分析。结果显示27对SSR引物共检测出71个等位变异,平均每个位点扩增出2.6296个等位基因,各引物对的有效等位变异占观测等位变异的76.94%。各引物对的基因多样性指数为0.4140～1.0446,平均为0.7686;PIC为0.0601～0.7158,平均为0.5667。两生态区的观测杂合度等遗传参数相差不大。基于N-J遗传距离将57份材料分为3个类群,类群Ⅰ属于黄土高原春夏糜子区,类群Ⅱ、类群Ⅲ均属均于北方春糜子区和黄土高原春夏糜子区。遗传结构分析将57份糜子材料分为3个类群,绿色类群的基因多样性指数和PIC比蓝色、红色类群高。两种聚类结果基本一致,分布方式均与地理位置相关。主成分分析结果将晋北部材料与晋中、晋南部材料相区别,说明两生态区糜子的遗传背景因地理气候因素有明显差异,与遗传结构群体分析结果一致。研究表明,山西省糜子资源的遗传多样性丰富。     

用ISSR标记分析红麻种质资源的遗传多样性

为明确红麻种质资源的遗传多样性和亲缘关系,以20个国家的32份红麻(Hibiscus cannabinus L.)种质资源为材料,从90个ISSR引物中筛选出22个多态性引物对供试材料进行PCR扩增,最终选用条带最清晰、多态性明显的13个引物的扩增数据进行统计分析.结果表明:(1)13条ISSR多态性引物共扩增出谱带总数59条,多态性条带总数为47条,多态性条带比率达79.66%,其遗传多样性较丰富;(2)在切割线L1取值为0.73时,可将供试材料分为一个由22份栽培品种构成的L1-1大类群,以及由8份野生材料和2份古老地方品种构成的3个独立的个类和3个不同小类群.(3)当切割线L2取值为0.77时,又可将第1个大类群L1-1中22份栽培品种根据其亲缘关系,重新划分为I1、I2、I3、I4 4个不同的亚类群,各亚类群表现出明显的地域性特点.(4)聚类结果显示,红麻多数栽培品种之间的遗传差异较小,亲缘关系较近,其遗传多样性比野生材料明显狭窄.     

观赏南瓜及葫芦种质资源遗传多样性分子评价

利用RAPD和ISSR标记对28份观赏南瓜及葫芦种质资源进行遗传多样性分子评价。结果表明:12个RAPD引物和13个ISSR引物分别扩增出89条和93条清晰谱带,平均每个引物分别扩增出6.1条和6.2条多态性谱带,多态性比率分别为82%和86%。RAPD和ISSR标记检测供试材料的遗传相似性系数(GS)范围分别为0.31～0.99和0.33～0.99,ISSR(平均GS值0.68)检测多态性效果高于RAPD(平均GS值0.73)。利用UPGMA法基于RAPD与ISSR混合聚类,将28份观赏南瓜及葫芦种质分为3类,类群的划分与果实形状明显相关:第Ⅰ类群包括15份种质,为扁圆形、卵圆形、圆球形或圆筒状的早熟或晚熟果实;第Ⅱ类群包括11份种质,为汤匙形、梨形、扁球形或皇冠形的早中熟果实;第Ⅲ类群包括2份种质,为葫芦形的晚熟果实。     

111份大薯种质资源遗传多样性的AFLP分析

采用AFLP分子标记方法对收集于6省不同地区的111份大薯种质资源进行遗传多样性分析。筛选到的8个AFLP引物组合扩增到1291个位点,其中1286个是多态性位点。利用多态性信息含量(PIC)、标记指数(MI)和解析强度(RP)分析不同引物组合的标记效率,获得引物的PIC平均值为0.22,MI平均值为35.67,RP平均值为50.50,表明引物扩增位点的高多态性和对大薯种质资源具有强辨别能力,其中引物E-AAC/CAG-M(PIC 0.24、MI 38.56、RP 56.35)具有较高的标记效率。111份大薯种质的遗传相似系数(GS)在0.30~0.82之间,平均为0.58,表明大薯种质资源的遗传相似性较低。采用UPGMA对大薯种质进行聚类分析,遗传相似系数在0.54时,111份材料被划分为4个类群和3个单独的分支,不同地区来源的大薯材料在聚类图中没有明显界限。     

基于SSR标记的132份甘薯种质指纹图谱的构建及遗传多样性分析

利用SSR分子标记技术,构建132份甘薯种质的DNA指纹图谱,并进行遗传多样性分析,旨在为甘薯种质资源亲缘关系鉴定、分类提供理论依据。利用筛选的核心引物进行PCR扩增,通过聚丙烯酰胺凝胶电泳检测显示,19对引物共扩增出232个条带,其中多态性条带165条,多态性比率为71.1%,平均每对引物扩增出8.68个条带,多态性信息含量变化范围在0.6706~0.9331之间,平均为0.8158;其中引物SSR9和引物C33可将132份种质完全区分开,并构建供试材料的DNA指纹图谱,供试材料遗传距离在0.0363~0.5939之间,平均为0.4087,表明种质资源间遗传多样性丰富。基于SSR标记对供试材料进行聚类分析,将供试材料分为2个类群,第Ⅰ类群分为两个亚类,第Ⅰ-1亚类包括济薯25和3份日本引进品种日本金千贯、安納芋、日本薯;第Ⅰ-2亚类包括济徐薯23、苏丹、济薯09281。第Ⅱ类群分为两个亚类,第Ⅱ-1亚类由S07甘薯品系和与其亲缘关系较近的20份甘薯种质组成;第Ⅱ-2亚类由剩余的70份甘薯种质组成,为甘薯分子辅助育种中亲本的选择提供理论依据。     

茄子种质遗传多样性及群体结构的SRAP分析

采用SRAP标记法对183份茄子(Solanum melongena)种质资源的遗传关系和群体结构进行分析。结果表明, 33对多态性SRAP引物组合共扩增出215条清晰稳定的多态性条带, 平均每对引物组合产生7条多态性条带。183份茄子种质的遗传相似系数介于0.276-0.813之间, 平均值为0.623, 表明茄子种质资源间遗传背景存在一定的差异。在遗传距离为0.345 6处可将183份茄子种质分为4组。通过群体结构分析可将种质划分为4个群体, 不同群体间的界限十分明显, 且群体间的基因渗透较高。     

苦瓜种质遗传多样性的SRAP标记分析

从144对SRAP引物中筛选出61对多态性强、重复性好的SRAP引物,对43份苦瓜种质DNA进行了扩增,共得到2078条谱带,其中多态性谱带863条,平均每对引物扩增得到14.15条多态性谱带,多态性位点百分率为42.11%。用UPM-GA方法进行聚类分析,供试苦瓜种质的遗传相似系数为0.50～0.95,在阈值0.65处(L1)可将苦瓜分为2个类群,第Ⅰ类群为野生种,第Ⅱ类群为半栽培种和栽培种;在阈值0.80处(L2)将第Ⅱ类群分为5个亚类群,L2的划分反映了苦瓜种质间的遗传多样性与果实性状、来源或地理分布有较高相关性;在阈值0.83处,第Ⅱ类群1亚类群又分为4类,大致分为滑身苦瓜(粗棱无瘤)、大顶苦瓜(棱细大圆瘤、倒锥形)、棱细圆瘤苦瓜以及尖刺瘤或凸瘤苦瓜,分类结果与苦瓜的刺瘤有无、棱条粗细、瘤的形状和瓜色等密切相关,初步认为刺瘤苦瓜为较原始类型。     

玉米抗南方锈病种质资源初步鉴定及遗传多样性分析

南方锈病是玉米生产上的重要病害。2013-2015年在广西南宁和北京昌平对903份玉米种质资源进行了抗南方锈病的初步鉴定与评价,并利用SSR标记对筛选出的部分抗性材料进行了遗传多样性分析。结果表明,在903份种质中,8份自交系在广西南宁和北京昌平均对南方锈病表现高抗(HR),占总鉴定种质的0.9%;29份材料表现为抗病(R),占比3.2%,包括27份自交系和2份农家种;中抗种质(MR)100份,占比11.1%;感病(S)和高感(HS)种质分别为181和585份,占鉴定材料的20.0%和64.8%。由此可见,玉米资源中高抗南方锈病的种质较为匮乏,在不同地点均表现高抗的材料是难得的抗源。不同地理来源的玉米种质对南方锈病的抗性水平存在较大差异,其中抗性资源较为丰富的是源自内蒙古和山西的种质。42对多态性SSR引物在50份抗锈病材料中,共扩增出141个条带,多态性条带139个,多态位点百分率(PPB)为98.58%。平均等位基因数(Na)1.98,平均有效等位基因数(Ne)1.59,平均Nei's基因多样性(H)0.34,平均多态性信息含量(PIC)0.78,平均Shannon's信息指数(I)0.51;通过UPGMA聚类分析,50份抗病材料被划分为2个类群,其中,第Ⅰ类群又可划分为5个亚类,表现出较高的遗传多样性,为抗病育种中抗源的选择和利用提供参考信息。     

Assessment of genetic diversity in broomcorn millet （Panicum miliaceum L.） using SSR markers

The genetic diversity of 118 accessions of broomcom millet （Panicum miliaceum L.）, collected from various ecological areas, was analyzed. Using 46 SSR （Simple Sequence Repeat） polymorphic markers from rice, wheat, oat and barley, a total of 226 alleles were found, which exhibited moderate level of diversity. The number of alleles per primer ranged from two to nine, with an average of 4.91. The range of polymorphism information content （PIC） was 0.2844）.980 （average, 0.793）. The expected heterozygosity （He） varied from 0.346 to 0.989, with an average of 0.834. The average coefficient of the genetic similarity of SSR markers among the 118 accessions was 0.609, and it ranged from 0.461 to 0.851. The UPGMA （Unweight Pair Group Method with Arithmetic Mean） clustering analysis at the genetic similarity value of 0.609 grouped the 118 accessions into five groups. Mantel test meant that geographical origin and genetic distance presented positive correlation. The clustering results were consistent with known information on ecological growing areas. The genetic similarity coefficient of the accessions in the Loess Plateau ecotype was significantly lower than those in the other ecotypes. It indicates that the highest level of genetic diversity occurred in the Loess Plateau, which is probably the original site of Panicum miliaceum.     

Development and use of novel SSR markers for molecular genetic diversity in Italian millet (Setaria italica L.)

Italian millet is a commercially important grain crop. Nineteen polymorphic simple sequence repeat (SSR) markers, developed through construction of an SSR-enriched library from genomic DNA of Italian millet (Setaria italica L., P. Beauv.), were used for assessment of molecular genetic diversity against 40 accessions of S. italica. In total, 85 alleles were detected, with an average of 4.5 alleles per locus. The average gene diversity and polymorphism information content (PIC) values were 0.412 and 0.376, ranging from 0.02 to 0.88 and from 0.02 to 0.87, respectively. Values for observed (H _O) and expected (H _E) heterozygosities ranged from 0 to 0.73 and from 0.03 to 0.89, respectively. Nine loci deviated from Hardy-Weinberg equilibrium. The mean similarity coefficient among accessions was 0.6593. Based on the UPGMA algorithm, six different groups were successfully identified. In this clustering analysis, all Korean accessions grouped in one cluster, indicating that Korean accessions are genetically quite distinct from other introduced accessions. These newly developed microsatellite markers should be very useful tools for several genetic studies, including an assessment of diversity and population structure in Italian millet.     

中国黄土高原北部地区新石器-青铜时代农业结构演变及其对区域生态环境的适应

本文分析并测定了从15个位于黄土高原北部的遗址中浮选的炭化植物遗存的年代及数量,讨论了该地区新石器-青铜时代农业结构的变化、发展及自适应。研究表明,该地区粟的占比随着遗址年代的推移呈现出上升趋势,证明了先民的农业技术随时间变化而发展;受季风降水特征影响,东南部灌丛草原区粟的占比随时间变化上升趋势明显,西北部干草原区则变化较弱,证明环境的差异也造成了农业模式的不同;在干旱气候条件限制下,自中全新世以来黄土高原北部地区的主要作物始终为粟和黍,粟作农业奠定了黄土高原乃至中国北方的文明基础。     

中国熊蜂多样性、人工利用与保护策略

熊蜂是众多野生植物和农作物的重要传粉者, 在维持自然和农业生态系统平衡中发挥着十分重要的作用。中国地形多样、植被丰富, 是全球熊蜂多样性的热点地区, 但过去缺乏系统调查研究, 中国熊蜂多样性现状及其利用特性不详。本文介绍了近20年在中国熊蜂资源系统调查及其人工利用方面取得的主要研究结果: (1) 2002-2017年采集熊蜂标本5万余号, 先后揭示了一系列疑难类群的分类地位, 确认中国已知熊蜂125种, 占全球熊蜂已知物种总数的50%, 表明中国是全球熊蜂物种资源最丰富的国家; (2)首次报道了中国熊蜂物种名录, 其中22种为中国特有种。我国青藏高原东部向黄土高原、秦岭山地和四川盆地过渡的地带, 是全球熊蜂多样性分布中心; (3) 1998-2017年, 明亮熊蜂(Bombus lucorum)、密林熊蜂(B. patagiatus)、红光熊蜂(B. ignitus)、火红熊蜂(B. pyrosoma)、重黄熊蜂(B. picipes)和兰州熊蜂(B. lantschouensis) 6种本土熊蜂先后被驯养成功, 其中密林熊蜂和兰州熊蜂的繁殖性状优良, 已应用于我国设施作物传粉服务。同时, 我们从栖息地、食物资源、外来物种、农药使用等方面提出了保护中国熊蜂资源的策略, 以期为野生传粉昆虫特别是熊蜂资源的保护与可持续利用提供参考资料。     

基于SSR标记的谷子遗传多样性研究

用21个分布在谷子9条染色体上的SSR标记,对120份来自于核心种质的谷子材料进行遗传多样性研究。21个标记共检查出305个等位变异,各标记检测出的等位变异数在3～26个之间,平均每个位点检测出的等位变异数为14.5个;21个位点的平均多态信息量(PIC)为0.809。基于21个SSR标记的分子鉴定,计算了120份材料间的遗传相似系数,其变化范围为0.8393～0.9672,平均值为0.8906。根据计算的遗传距离,对120份谷子材料进行UPGMA聚类,在遗传相似系数0.8865处这些材料被划分为4个类群,分类结果与这些谷子来源地生态类型总体上表现一致,分别为西北内陆类群、黄土高原内蒙古高原类群、华北平原类群以及华北平原近年育成种类群。     

黄土高原石松类和蕨类植物的多样性与地理分布

物种编目是了解生物多样性的基础。本文收集已出版的专著和文献, 查阅标本馆的馆藏标本信息, 在此基础上, 对黄土高原的石松类和蕨类植物的多样性和地理分布数据进行统计和分析。科属排列采用Flora of China的分类系统, 科属界定依据分子系统学的最新研究成果。结果表明, 黄土高原共有石松类和蕨类植物18科42属165种2亚种5变种, 其中中国特有种35种, 占总种数的20.35%。种类数量最多的5个科依次为凤尾蕨科(29种, 含种下单位, 下同)、鳞毛蕨科(28种)、水龙骨科(19种)、蹄盖蕨科(16种)和铁角蕨科(16种); 种类数量最多的6个属依次为铁角蕨属(Asplenium, 16种)、鳞毛蕨属(Dryopteris, 15种)、耳蕨属(Polystichum, 12种)、岩蕨属(Woodsia, 11种)、卷柏属(Selaginella, 10种)和瓦韦属(Lepisorus, 10种)。黄土高原的石松类和蕨类植物中, 无珍稀濒危保护植物, 无中国特有属。依据生态类型可划分为4类, 即土生植物(112种)、石生植物(75种)、附生植物(18种)、水生植物(3种), 该区域石松类和蕨类植物土生或石生的种类占总种数的89.53%。在地理分布上, 黄土高原石松类和蕨类处于我国现生类群分布的边缘区域, 这与我国的石松类和蕨类分布规律基本一致。     

Genetic structure of landraces in foxtail millet (Setaria italica (L.) P. Beauv.) revealed with transposon display and interpretation to crop evolution of foxtail millet

Although the origin and domestication process of foxtail millet (Setaria italica subsp. italica (L.) P. Beauv.) has been studied by several groups, the issue is still ambiguous. It is essential to resolve this issue by studying a large number of accessions with sufficient markers covering the entire genome. Genetic structures were analyzed by transposon display (TD) using 425 accessions of foxtail millet and 12 of the wild ancestor green foxtail (Setaria italica subsp. viridis (L.) P. Beauv.). We used three recently active transposons (TSI-1, TSI-7, and TSI-10) as genome-wide markers and succeeded in demonstrating geographical structures of the foxtail millet. A neighbor-joining dendrogram based on TD grouped the foxtail millet accessions into eight major clusters, each of which consisted of accessions collected from adjacent geographical areas. Eleven out of 12 green foxtail accessions were grouped separately from the clusters of foxtail millet. These results indicated strong regional differentiations and a long history of cultivation in each region. Furthermore, we discuss the relationship between foxtail millet and green foxtail and suggest a monophyletic origin of foxtail millet domestication.     

中国谷子潜在地理分布的多模型比较

谷子是中国干旱和半干旱区主要的粮食作物之一.它耐旱、耐瘠薄、抗逆性强、适应性广,是未来应对干旱形势的重要战略储备作物.本文基于谷子的157个地理分布点数据,利用中国谷子产量与环境指标的相关性分析,选出10个气候指标、7个土壤指标和3个地形指标,采用MaxEnt、EMFA、RF和GAM共4个物种分布模型,分析中国谷子的潜在适宜性分布.结果表明: 4种模型均可成功模拟谷子的潜在地理分布,其中,MaxEnt模型的模拟效果最好.选用的环境指标中,水热条件对谷子生长最敏感.模型结果结合ArcGIS空间分析模块的结果表明,中国谷子的潜在适宜生长区(最适宜区和适宜区)总面积为55.68×10⁴ km²,远远大于当前谷子的实际种植面积,主要集中在东北地区的东北平原、长白山以南与牡丹江流域,华北地区的淮河以北,华中地区汉江以东与大别山以北,西北地区的黄土高原、鄂尔多斯高原南部、祁连山脉东部、天山山脉东部与阿尔泰山脉,西南地区的重庆以北和贵州西部局地区域.