云南水稻种质资源的遗传多样性分析_邓伟.pdf

DOI：10.13430/ki.jpgr.20221014002植物遗传资源学报 2023，24（3）：624-635Journal of Plant Genetic Resources云南水稻种质资源的遗传多样性分析邓伟1，2，3，吕莹1，2，3，董阳均4，徐雨然1，2，3，杨华涛5，张锦文1，2，3，张建华1，2，3，奎丽梅1，2，3，涂建1，2，3，相罕章6，管俊娇1，2，3，董维1，2，3，谷安宇1，2，3，安华1，2，3，杨丽萍1，2，3，张笑4，李小林1，2，3（1云南省农业科学院粮食作物研究所，昆明 650205；2云南省主要农作物种子加工工程技术研究中心，昆明 650205；3云南省稻作遗传改良重点实验室，昆明 650205；4水富县种子管理站，云南水富 657800；5孟连县勐马镇农业综合服务中心，云南孟连 665801；6孟连县农业技术推广中心，云南孟连665899）摘要：利用基因芯片GSR40K评估了135份来自云南不同海拔地区水稻种质资源的遗传多样性和群体结构。结果显示云南不同海拔地区水稻种质资源具有较丰富的遗传多样性，利用SNP标记进行籼粳特性分型，将种质资源分为籼稻类型、偏籼类型、中间类型、粳稻类型和偏粳类型；利用单倍型标记和功能标记鉴定了与育种相关的82个基因，结果表明135份材料都含有非落粒性相关的基因，接近70%的水稻品种含有稻瘟病抗性基因，含有抗虫基因及香味基因的品种数量较少；利用聚类和主成分分析将135份材料分成7个亚群，通过遗传分化指数GST值评估每一个标记位点在7个亚群之间的分化程度，结果表明7个亚群间存在高度的遗传分化，且135份水稻品种基因组区域上至少有0.09%的区域是完全不一样的，而有0.08%的区域是频繁交流和固定的，因此不同亚群间的基因交流频率极低。利用亚群间海拔高度的差异，分析群体间的差异基因组区域，推测可能是与海拔适应性相关。本研究结果为云南地方水稻资源的有效保护和高效利用提供科学依据。关键词：遗传多样性；群体结构；基因芯片；SNP标记；遗传分化The Genetic Diversity Analysis of Rice Germplasm Resources in Yunnan Province of ChinaDENG Wei1，2，3，LYU Ying1，2，3，DONG Yang-jun4，XU Yu-ran1，2，3，YANG Hua-tao5，Zhang Jin-wen1，2，3，ZHANG Jian-hua1，2，3，KUI Li-mei1，2，3，TU Jian1，2，3，XIANG Han-zhang6，GUAN Jun-jiao1，2，3，DONG Wei1，2，3，GU An-yu1，2，3，AN Hua1，2，3，YANG Li-ping1，2，3，ZHANG Xiao4，LI Xiao-lin1，2，3（1Institute of Grain Crops，Yunnan Academy of Agricultural Sciences，Kunming 650205；2Yunnan Research Center of Major Crop Seed Processing Engineering Technology，Kunming 650205；3Yunnan Key Laboratory of Rice Genetic Improvement，Kunming 650205；4Seed Management Station of Shuifu，Yunnan Shuifu 657800；5Mengma Town Agricultural Comprehensive Service Center，Yunnan Menglian 665801；6Agricultural Technology Extension Center of Menglian County，Yunnan Menglian 665899）Abstract：The genetic diversity analysis of 135 rice germplasm resources collected from different altitudes in Yunnan province，P.R.China，were genotyped by using the gene chip GSR40K.The rice germplasm resources at different altitudes were found with rich genetic diversity，and they were divided into five subgroups：indica，partial indica，intermediate，japonica and partial japonica.Eighty-two genes with expected breeding value were 收稿日期：2022-10-14 修回日期：2022-10-26 网络出版日期：2022-12-06 URL：https：/doi.org/10.13430/ki.jpgr.20221014002第一作者研究方向为水稻新品种培育，E-mail：；吕莹为共同第一作者通信作者：李小林，研究方向为水稻资源挖掘与新品种培育，E-mail：基金项目：云南省重大科技专项计划（202102AE090016）；现代农业产业技术体系建设专项资金（CARS-01-102）；云南省科技创新平台建设计划（2015DH012）；粮食安全种业支撑专项（530000210000000013809）；云南省科技人才与平台计划（202105AE160009）Foundation projects：Yunnan Major Science and Technology Special Plan（202102AE090016）；Modern Agricultural Industry Technology System Construction Special Fund（CARS-01-102）；Yunnan Science and Technology Innovation Platform Construction Plan（2015DH012）；Food Security Seed Industry Support Special Plan（530000210000000013809）；Yunnan Science and Technology Talent and Platform Plan（202105AE160009）3 期邓伟等：云南水稻种质资源的遗传多样性分析genotyped by haplotype markers and functional markers.All accessions were found with the genes related to the grain shattering.Nearly 70%of rice varieties were detected with rice blast resistant genes，whereas only a small proportion of accessions containing insect resistance and fragrance genes were identified.The accessions in this collection were divided into seven subgroups by cluster analysis and principal component analysis.The differentiation of each marker site among the 7 subgroups was evaluated by the Gst value of genetic differentiation index，indicating that there was high genetic differentiation among the 7 subgroups.Moreover，at least 0.09%of the genomic segments in this collection are completely different，and only 0.08%are frequently communicated and fixed，suggesting an extremely low frequency of gene exchange between different subpopulations.Based on the difference of altitude among subpopulations，the differential genomic regions among populations were proposed associating with altitude adaptability.Collectively，these results provided scientific basis for effective protection and efficient utilization of rice resources in rice breeding.Key words：genetic diversity；population structure；gene chip；SNP markers；genetic differentiation水稻提供了世界上50%以上的口粮，优良的品种是口粮的基本保障。种质资源是现代作物育种的重要物质基础，其遗传多样性的分析是挖掘作物新基因和培育新品种的有效手段1-4。水稻种群内部的多样性多数受到自然和人为因素的影响，例如海拔、土壤条件、洪涝灾害、病虫害以及人类定向选择等非生物与生物胁迫5。云南地处中国西南边陲，气候环境多变，且多民族聚居，在长期自然和人工的共同选择下，形成了籼粳、水陆、粘糯等多种稻种资源类型，含有丰富的地方稻种资源，蕴含着丰富的变异类型和优异基因，是优异种质最富集的地区之一6。随着分子生物学技术的发展，以及功能基因组学研究进展，越来越多的分子标记应用于遗传多样性分析，如限制性片段长度多态性（RFLP）、随机扩增多态性（RAPD）、简单序列重复多态性（SSR）、扩增片段长度多态性（AFLP）、单核苷酸多态性（SNP）等7-11。前人已对水稻资源的遗传多样性进行了大量的研究。Choudhury等12利用分布在12条水稻染色体上的 36 个全基因组非连锁单核苷酸多态性（SNP）标记，评估了6984份来自NER的水稻材料的遗传多样性和相关群体结构。Ndjiondjop 等13利用单核苷酸多态性（SNP）分析非洲 330 个广泛使用的栽培稻的基因型，研究其群体的遗传变异、相关性和群体结构。Tanaka等14基于1394个具有代表性的SNP标记将日本核心地方品种进行系统发育树分析，表明日本核心的地方品种可分为两个大类和一个小类。刘克德等15用7个单拷贝探针对87份云南地方品种进行RFLP分析，研究表明云南籼稻和粳稻都有较高水平的遗传变异，其中粳稻的遗传多样性高于籼稻。崔迪16用10个核基因片段的序列分析了600份（1980年收集的332份和 2007 年收集的 268 份）云南地方品种的遗传多样性的历史变化，发现两个不同时期收集的地方品种群体的核苷酸多样性无显著差异，2007年收集的云南地方品种较好的保留了1980年群体的单倍型类型，维持了云南地方品种遗传多样性水平。刘承晨等17将111份云南元阳哈尼梯田现有栽培水稻作为试验材料，研究其遗传多样性和群体结构，表明其遗传多样性相对丰富