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文檔簡(jiǎn)介
1、雜草稻是滋生在水稻稻田里的一種栽培稻的近緣種。在我國(guó),其蔓延面積已經(jīng)超過(guò)300多萬(wàn)公頃,導(dǎo)致每年水稻總產(chǎn)量減少10~20%,因此雜草稻起源與演化的研究對(duì)于田間雜草防控和保障糧食安全具有重要意義。本研究以來(lái)源于黑龍江、吉林、遼寧、寧夏、江蘇、廣東、廣西和韓國(guó)等地的雜草稻、地方品種、選育品種和野生稻共524份稻種作為試驗(yàn)材料,通過(guò)對(duì)其表型性狀、SSR標(biāo)記、核基因單倍型和比較轉(zhuǎn)錄組等分析,研究了雜草稻與選育品種、地方品種和野生稻之間的親緣演化
2、關(guān)系,為解析雜草稻的起源提供了有力的證據(jù)。其主要研究結(jié)果如下
1、對(duì)供試材料主要農(nóng)藝性狀的分析表明,雜草稻的株高、穗長(zhǎng)和稈長(zhǎng)稍小于地方品種,但遠(yuǎn)大于選育品種,其有效穗數(shù)多于地方品種和選育品種,莖粗(外徑)稍小于地方品種,其表型值的聚類分析顯示雜草稻與地方品種聚類在一起,總體上雜草稻與地方品種具有相似的農(nóng)藝性狀。
2、基于耐冷性和抗旱性分級(jí)聚類分析表明,所有供試品種聚類為三種類型,即冷(旱)敏感型、中間型和耐冷(旱)型
3、。黑龍江雜草稻W(wǎng)R19等、遼寧雜草稻Y4、黑龍江地方品種小白粳子和江蘇的旱白衣等都屬于耐冷型。黑龍江雜草稻W(wǎng)R11等、江蘇地方品種早稻等屬于抗旱型??傮w上黑龍江雜草稻的耐冷性和抗旱性較強(qiáng),雜草稻的耐冷性和抗旱性與地方品種亦具有相似性。
3、遺傳多樣性分析顯示,不同類型種質(zhì)遺傳多樣性指數(shù)大小順序?yàn)橐吧荆倦s草稻>地方品種>選育品種。AMOVA分子方差分析表明,各種質(zhì)類型間遺傳分化系數(shù)大小順序?yàn)?雜草稻/野生稻>雜草稻/選育品種>
4、雜草稻/地方品種,雜草稻與地方品種間的分化程度較低,遺傳關(guān)系較緊密。NJ聚類結(jié)果顯示,所有供試種質(zhì)聚類為粳型類群Ⅰ(雜草稻和地方品種為主)和Ⅲ(選育品種為主)及秈型類群Ⅱ(野生稻和秈稻)。
4、群體結(jié)構(gòu)分析表明,當(dāng)K=2時(shí),群體出現(xiàn)秈粳分化,所有種質(zhì)被劃分為粳型類群P1和秈型類群P2(野生稻和秈稻),粳型類群P1又被劃分為兩個(gè)小類群,即P1-1(雜草稻和地方品種)和P1-2(選育品種為主)。當(dāng)K=4時(shí),秈型類群P2破劃分為4個(gè)
5、小類群,即P2-1、P2-2、P2-3和P2-4。PCA主成分分析顯示,所有種質(zhì)的散點(diǎn)聚集為4個(gè)區(qū)域,分別為a(雜草稻和地方品種)、b(選育品種為主)、c(野生稻)和d(秈稻)。綜合驗(yàn)證對(duì)比顯示,通過(guò)NJ聚類、群體結(jié)構(gòu)和PCA三種分析方法,對(duì)所有種質(zhì)的分群結(jié)果具有一致性。因此,雜草稻與地方品種的演化關(guān)系較緊密,北方雜草稻與相應(yīng)地方品種聚類在一起,地方品種在雜草稻的演化過(guò)程中具有重要的地位。
5、基于7個(gè)馴化基因序列的中性分析表
6、明,核酸多樣性P1值、單倍型多樣性Hd和群體動(dòng)態(tài)參數(shù)θω等參數(shù)值大小順序?yàn)?野生稻>雜草稻>地方品種>選育品種。分子方差分析顯示,各種質(zhì)類型間遺傳分化系數(shù)大小為.雜草稻/野生稻>雜草稻/選育品種>雜草稻/地方品種。單倍型演化分析顯示OsBADH2基因擁有最多數(shù)量的單倍型,DL基因擁有最少數(shù)量的單倍型,主要單倍型為雜草稻、地方品種和選育品種所共有。有些單倍型為特有單倍型,如DL基因的Hap_4單倍型為野生稻特有,Hd1基因的Hap_9單倍
7、型為雜草稻特有。有些主要單倍型的頻率在群體中占有壓倒性比例,如雜草稻群體中OsBADH2基因的Hap_2占有比例為4375%,Pita基因中的Hap_1占有比例高達(dá)9032%,D3基因的Hap_4占有比例為45%。對(duì)于OsBADH2基因,其特殊單倍型whap29(雜草稻)、Lhap31(地方品種)和Chap16(選育品種)序列比對(duì)顯示.Chap16和whap29間擁有371bp位點(diǎn)處的G/A變異,617bp位點(diǎn)處的G/A變異,619bp
8、位點(diǎn)為A/A,無(wú)變異,而whap29和Lhap31之間擁有371bp位點(diǎn)處的A/G變異,617bp位點(diǎn)處A/A,無(wú)變異,619bp位點(diǎn)處的A/G的變異。因此,在雜草稻單倍型的演化過(guò)程中,堿基突變或回復(fù)突變可能發(fā)揮了重要的作用。
6、OsSPY基因?yàn)樗炯?xì)長(zhǎng)稈基因,主要調(diào)控水稻細(xì)長(zhǎng)稈性狀,在雜草稻和地方品種群體中,OsSPY基因序列比對(duì)結(jié)果顯示,雜草稻與地方品種基因組中均包含有18bp的InDel,選育品種群體基因組中并未包含1
9、8bp的InDel。所以,雜草稻與地方品種的OsSPY基因組序列更相似,在雜草稻的演化過(guò)程中,某些基因序列中的InDel可能發(fā)揮了重要作用。
7、基于上述聚類結(jié)果選出15份材料(5份雜草稻、5份地方品種和5份選育品種),其比較轉(zhuǎn)錄組分析顯示,雜草稻與地方品種聚類在一起,雜草稻與地方品種間的皮爾遜相關(guān)系數(shù)均大于09;差異表達(dá)基因聚類顯示雜草稻與地方品種間的基因表達(dá)模式相似?;?5份材料的比較轉(zhuǎn)錄組分析,選出3份典型材料(WR2
10、1、MDL和JD106),其共有SNP和InDel分析顯示,雜草稻W(wǎng)R21和地方品種“滿大路”間共有最多數(shù)量的SNP和InDel,共有區(qū)域主要分布在1、2、4、6、7和8號(hào)染色體上,其中4號(hào)染色體上共有區(qū)域最多,A/G和T/C類型SNP及單堿基InDel是主要形式,這可能是雜草稻與地方品種在表型及遺傳基礎(chǔ)上存在相似性的重要原因之一。
綜上所述,雜草稻與地方品種在表型性狀、抗逆性、遺傳多樣性、單倍型演化選擇、變異位點(diǎn)選擇區(qū)域和基
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