王瑞云 季 煦 陸 平 劉敏軒 許 月 王 綸王海崗 喬治軍,*

?

利用熒光SSR分析中國糜子遺傳多樣性

王瑞云1,2,*,**季 煦1,**陸 平3劉敏軒3許 月4王 綸2王海崗2喬治軍2,*

1山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院, 山西太谷 030801;2山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)作物品種資源研究所 / 農(nóng)業(yè)部黃土高原作物基因資源與種質(zhì)創(chuàng)制重點實驗室 / 雜糧種質(zhì)資源發(fā)掘與遺傳改良山西省重點實驗室, 山西太原030031;3中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所, 北京100081;4吉林大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院, 吉林長春130012

分析糜子種質(zhì)資源的遺傳多樣性, 有助于了解糜子起源與進化, 可為糜子優(yōu)異種質(zhì)發(fā)掘及資源高效利用提供理論基礎(chǔ)。本研究利用15個糜子特異性熒光SSR標(biāo)記檢測來源于中國11個省(區(qū))的132份糜子種質(zhì)資源, 檢測到107個等位變異, 每個位點等位變異數(shù)為2~14個, 平均7個; 基因多樣性指數(shù)為0.0936~0.8676, 平均0.5298; 多態(tài)性信息含量為0.0893~0.8538, 平均0.4864。采用遺傳距離的聚類將試驗材料分為4類, 類群I來自東北春糜子區(qū), 類群II來自黃土高原春、夏糜子區(qū), 類群III來自于北方春糜子區(qū), 類群IV來自北方春糜子區(qū)和黃土高原春、夏糜子區(qū)。分析模型的遺傳結(jié)構(gòu)表明, 中國糜子資源來自4個(東北地區(qū)、黃土高原、北方地區(qū)和西北地區(qū))基因庫, 與基于遺傳距離的聚類結(jié)果基本一致, 均與材料的地理起源相關(guān)。糜子遺傳變異豐富, 主要存在于糜子材料間。該結(jié)果從分子水平上準(zhǔn)確揭示了中國糜子的遺傳多樣性。

糜子; 熒光SSR; 遺傳多樣性; 聚類分析; 遺傳結(jié)構(gòu)

糜子(), 禾本科黍?qū)僖荒晟静荼局参? 主要分布于歐亞大陸干旱、半干旱地區(qū), 在俄羅斯、中國、印度、中東和中歐大面積種植[1-2]。目前俄羅斯、中國、烏克蘭等國家種質(zhì)資源庫中至少保存有24 680余份糜子資源[3-5]。糜子抗旱、耐瘠、耐鹽堿, 需水量少, 作為備荒作物及畜禽飼料被廣泛栽培[6-7]; 因其含有中和酸的堿性物質(zhì)及抗性淀粉, 作為保健食品在治療乳糜瀉、預(yù)防糖尿病和心血管病等方面已得到廣泛運用[8-9]。

中國國家資源庫有8700余份糜子資源, 黃土高原和內(nèi)蒙古高原是糜子主產(chǎn)區(qū), 年均栽培面積50~60萬公頃。目前, 糜子遺傳多樣性研究主要集中在表型性狀[10-15]、品質(zhì)特性[4]、抗逆性[4, 16-19]、抗病蟲性[4, 20]等方面。劉峰等[10]、董孔軍等[11]、胡興雨等[12-13]和董俊麗等[14]研究了中國8643份糜子生物學(xué)特性差異, 發(fā)現(xiàn)穗重、生育期等在糜子種質(zhì)間存在豐富的遺傳變異。王瑞云等[15]調(diào)查了糜子葉片性狀特征(葉脈和氣孔密度)的解剖學(xué)差異, 發(fā)現(xiàn)氣孔密度遺傳變異豐富。王綸等[4]分析了中國6020份糜子資源的營養(yǎng)品質(zhì)(蛋白質(zhì)、脂肪和賴氨酸), 篩選出優(yōu)異品質(zhì)種質(zhì)342份。王綸等[16]和王海崗等[17]評價了山西省520份糜子資源的抗旱性, 篩選出I級高度抗旱種質(zhì)和抗旱性強的地方品種“黃糜子”, 從生理、農(nóng)藝指標(biāo)方面揭示了糜子的抗旱機制。王綸等[18]和劉敏軒等[19]鑒定了6534份糜子資源的耐鹽性, 篩選出22份耐鹽種質(zhì)和衛(wèi)大黃糜等3份耐鹽性較強的糜子, 從芽苗期指標(biāo)揭示了糜子的耐鹽機制。王綸等[20]對中國6526份糜子資源進行了抗黑穗病鑒定, 篩選出11份高抗種質(zhì)和574份抗病種質(zhì), 部分材料可直接用于黑穗病高發(fā)區(qū)。

分子標(biāo)記是評估作物遺傳多樣性的有效工具, 其中, SSR標(biāo)記在染色體上分布廣泛、再現(xiàn)性好、多態(tài)性信息含量高, 在糜子遺傳多樣性研究中最為實用。Hu等[21]和Rajput等[22-23]用385個種間SSR標(biāo)記(來自柳枝稷、小麥、大麥、燕麥和水稻)分析了中國和美國糜子資源的遺傳多樣性。Hunt等[24]、董俊麗等[14]和Liu等[25]用90個糜子特異性SSR標(biāo)記研究了中國和歐亞大陸糜子的遺傳差異。常規(guī)SSR的聚丙烯酰胺凝膠電泳檢測由于不同批次的擴增條件、電泳時間和染色條件不一致, 無法準(zhǔn)確識別等位變異, 基因分型結(jié)果準(zhǔn)確性差。自動熒光SSR (正鏈引物5'端標(biāo)記有熒光染料)檢測系統(tǒng)能準(zhǔn)確讀出基因片段大小、定量擴增產(chǎn)物、分析通量大、費用低[26], 已經(jīng)在玉米、高粱等植物中運用[27-28], 但在糜子上應(yīng)用很少[24]。本試驗利用15個糜子特異性熒光SSR標(biāo)記研究糜子主產(chǎn)區(qū)的132份試材, 從分子水平上分析糜子資源的遺傳多樣性和群體結(jié)構(gòu), 旨在為糜子的種質(zhì)資源研究、品種遺傳改良、優(yōu)異種質(zhì)鑒定和基因挖掘提供分子依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

132份糜子資源(見附表1)來源于11個省(區(qū)), 一部分由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所(60份)、山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)作物品種資源研究所(4份)和山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高寒區(qū)作物研究所(11份)提供; 另一部分為本實驗室近5年收集的當(dāng)?shù)仄贩N(57份)。根據(jù)糜子栽培生態(tài)區(qū)劃[21, 25, 29-30], 132份糜子資源所屬生態(tài)區(qū)包括東北春糜子區(qū)(17份), 黃土高原春、夏糜子區(qū)(48份), 北方春糜子區(qū)(57份: 包括西北地區(qū)31份、山西高寒區(qū)21份和蒙古高原5份), 北方夏糜子區(qū)(10份)。將材料種植在溫室的直徑10 cm塑料盆中。

1.2 DNA提取

取生長15~20 d的幼苗葉片, 用改良CTAB法[31]提取糜子基因組DNA。從每份樣品取3~5株幼苗葉片混合提取(約2 g)。用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測DNA質(zhì)量, 終濃度調(diào)至30 ng μL–1。

1.3 SSR引物、PCR擴增和自動熒光檢測

參照Cho等[32]的引物序列(見附表2), 由上海生工生物工程技術(shù)服務(wù)有限公司合成。25 μL PCR體系含2.5 μL 10×緩沖液、2 μL MgCl2(25 mmol L–1)、正向引物(1 mmol L–1) 0.5 μL [5￠端標(biāo)記熒光素FAM (藍色)、ROX (紅色)、HEX (綠色)或TAMRA (黃色)(見附圖1)]、反向引物(1 mmol L–1) 0.5 μL、0.5 μL dNTPs (10 mmol L–1)、0.2 μLDNA聚合酶(5 U L–1)、1 μL模板DNA和17.8 μL ddH2O。反應(yīng)程序為95℃ 3 min; 95℃ 30 s, 60℃ 30 s, 72℃ 30 s, 10個循環(huán); 95℃ 30 s, 55℃ 30 s, 72℃ 30 s, 20個循環(huán); 72℃ 6 min。用15對引物(見附表2)擴增糜子試材, 用ABI3730XL (美國應(yīng)用生物系統(tǒng)公司) DNA分析儀對PCR產(chǎn)物進行自動熒光檢測。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Genemapper 4.0 (美國應(yīng)用生物系統(tǒng)公司)軟件自動生成每個位點的圖譜文件, 給出PCR擴增片段長度和峰值(熒光強度值), 以PDF和Microsoft Excel數(shù)據(jù)導(dǎo)出。在每個位點對所有材料的等位基因依據(jù)最大峰值打分。

每個標(biāo)記檢測一個位點, 每一條多態(tài)性條帶視為一個等位基因。用PowerMarker 3.25[33]計算每對引物的多樣性參數(shù), 包括等位基因數(shù)(a)、等位基因頻率、基因多樣性指數(shù)()、多態(tài)性信息含量指數(shù)(PIC)和稀有等位基因數(shù)等。用PopGen1.32[34]計算不同樣品間的Nei’s遺傳距離。用MEGA 5.0[35]構(gòu)建Neighbour-Joining聚類圖。用Structure 2.2[36]鑒定132份糜子資源的遺傳類群。用GenALEx 6.5[37]分析分子變異、評價群組內(nèi)和群組間的遺傳分化。

2 結(jié)果與分析

2.1 SSR標(biāo)記的多態(tài)性位點擴增分析

用15個標(biāo)記在132份糜子材料中擴增出可賦分峰譜(見附圖1)。其中12個標(biāo)記(GB-PaM-004、GB-PaM-013、GB-PaM-014、GB-PaM-025、GB-PaM- 023、GB-PaM-061、GB-PaM-096、GB-PaM-107、GB-PaM-115、GB-PaM-121、GB-PaM-126、GB-PaM- 134)擴增出一組峰譜, 為單位點擴增, 3個標(biāo)記(GB-PaM-066、GB-PaM-094和GB-PaM-145)擴增出2組峰譜, 為雙位點(用a和b表示)擴增, 共擴增出18個位點。其中標(biāo)記GB-PaM-094b在全部樣品中的擴增片段相同, 不具多態(tài)性, 因此15個標(biāo)記共擴增出17個多態(tài)性位點(表1)。

表1 15個SSR標(biāo)記的遺傳參數(shù)

主要等位基因和稀有等位基因分別為基因頻率大于或小于5%的等位基因。

Major allele or rare allele indicates its gene frequency was higher or less than 5%, respectively.

2.2 SSR標(biāo)記的遺傳多樣性分析

從表1可以看出, 17個位點共有107個等位變異; 每個位點等位變異數(shù)為2~14個(平均7個), 其中, GB-PaM-134最高, 其次是GB-PaM-023和GB-PaM-126, GB-PaM-013和GB-PaM-145最低。PIC為0.0893~0.8538, 平均0.4864; GB-PaM-126最高, GB-PaM-066b最低。8個位點的PIC均大于0.5, 為高度多態(tài)性位點; 6個位點(GB-PaM-004、GB-PaM- 013、GB-PaM-014、GB-PaM-025、GB-PaM-061和GB-PaM-066a)的PIC為0.25~0.50, 為中度多態(tài)性位點; 3個位點(GB-PaM-066b、GB-PaM-145a和GB- PaM-145b)的PIC小于0.25, 為低度多態(tài)性位點?；蚨鄻有灾笖?shù)為0.0936~0.8676, 平均0.5298。其中, GB-PaM-126最大, GB-PaM-066b最小。

2.3 基于遺傳距離的聚類分析

聚類分析(圖1)表明, 132份糜子材料聚為4個群組。群組I共6份材料, 青海(4份)、寧夏(1份)和內(nèi)蒙(1份), 均屬于北方春糜子區(qū)。群組II為31份材料, 黑龍江(2份)、吉林(2份), 河北(1份)、山東(3份), 甘肅(9份)、寧夏(7份), 山西(5份), 陜西(2份); 屬于黃土高原春、夏糜子區(qū)、東北春糜子區(qū)、北方春糜子區(qū)和北方夏糜子區(qū)。群組III包括8份材料, 山西(5份)、陜西(2份), 甘肅(1份); 屬于黃土高原春、夏糜子區(qū)和北方春糜子區(qū)。群組IV包括87份材料, 山西黃土高原生態(tài)區(qū)(36份)、陜西(1份), 黑龍江(10份)、吉林(1份)、遼寧(2份), 山西高寒區(qū)(18份)、內(nèi)蒙古(4份)、甘肅(5份)、寧夏(3份)、青海(1份), 河北(5份)、山東(1份), 主要來自黃土高原春、夏糜子區(qū)、北方春糜子區(qū)和東北春糜子區(qū)。從圖1還可以看出, 來自山西的地方品種有93%聚在群組IV中, 育成品種中有71.4%聚在群組III中?；诙鄳B(tài)性SSR位點劃分的類群與地理來源關(guān)系密切, 說明不同省區(qū)的糜子資源具有地域特色。

2.4 中國糜子種質(zhì)資源群體遺傳結(jié)構(gòu)

用Structure 2.2軟件評估中國不同省(區(qū))的糜子材料, 發(fā)現(xiàn)遺傳群體數(shù)在=2和=4處有明顯的峰(圖2), 因此在2種模式下分析糜子的遺傳結(jié)構(gòu)。=2時, 劃分為2個類群(圖3)。類群I為紅色部分(80份), 主要來自北方春糜子區(qū)和東北春糜子區(qū), 包括山西(14份)和甘肅(13份), 其次是黑龍江(12份)和寧夏(10份); 類群II為綠色部分(52份), 主要來自黃土高原春、夏糜子區(qū), 山西最多(31份)(圖4)。從圖4可以看出, 紅色和綠色群組以長城為界, 分別分布在長城以北(北方春糜子區(qū)和東北春糜子區(qū))和長城以南(黃土高原春、夏糜子區(qū))。=4時, 劃分為4個類群(圖3)。類群I為紅色部分(25份), 主要來自東北春糜子區(qū), 黑龍江最多(12份), 代表東北糜子基因庫。類群II為綠色部分(37份), 主要來自黃土高原春、夏糜子區(qū), 山西最多(34份), 代表黃土高原基因庫。類群III為藍色部分(30份), 主要來自北方春糜子區(qū)。類群IV為黃色部分(39份), 主要來自北方春糜子區(qū)和黃土高原春、夏糜子區(qū), 山西最多(17份),甘肅(8份)和寧夏(7份)次之(圖4)。

紅色群組(=2)分化成紅色、藍色和黃色(=4)。21份山西糜子資源中10份(47.6%)為藍色, 10份(47.6%)為黃色; 13份甘肅糜子資源中3份(23.1%)為藍色, 8份(61.5%)為黃色。

綠色群組(=2)在=4模式下絕大部分仍為綠色, 小部分為黃色和藍色, 極少部分為紅色。43份山西資源中33份(76.7%)仍為綠色; 7份(16.3%)為黃色; 2份(4.7%)為藍色; 1份(2.3%)為紅色。

=2和=4結(jié)構(gòu)圖中各群組的遺傳多樣性衡量指標(biāo)見表2。=2時, 紅色群組資源的多樣性比綠色群組豐富, 說明長城以北(北方春糜子區(qū)和東北春糜子區(qū))資源的遺傳多樣性高于長城以南(黃土高原春、夏糜子區(qū))的資源。=4時, 各個分類群組的遺傳多樣性參數(shù)值差別較小。

Delta根據(jù)Evanno等[38]的方法計算得到, 針對基因庫數(shù)目()建模。

Deltawas calculated by the method of Evanno et al.[38]and model was established by the number of genepools ().

2.5 分子遺傳變異(AMOVA)分析

對Structure遺傳結(jié)構(gòu)劃分類群的方差分析(表3)表明, 遺傳結(jié)構(gòu)分類群的遺傳變異極顯著(< 0.001)。其中, 65%發(fā)生在樣品間, 26%發(fā)生在地區(qū)內(nèi)樣品間, 說明糜子種質(zhì)資源的遺傳變異主要存在于糜子資源間。

2.6 遺傳距離和遺傳結(jié)構(gòu)聚類分析的比較

比較遺傳距離聚類和遺傳結(jié)構(gòu)(=4)分析結(jié)果表明(表4), 內(nèi)蒙古、寧夏、青海和山東4個省(區(qū)) 2種聚類結(jié)果完全一致; 甘肅省除1份材料外, 分為3個群組; 黑龍江省除2份材料外, 分為1個群組; 吉林省除1份材料外, 分為2個群組; 遼寧省除1份材料外, 分為1個群組; 山西省除1份材料外, 分為3個群組; 陜西省除1份材料外, 分為2個群組?？梢娀谀Ｐ偷倪z傳結(jié)構(gòu)聚類與基于遺傳距離聚類結(jié)果基本一致, 均與糜子資源的地理起源相關(guān)。

3 討論

3.1 基于SSR標(biāo)記的多樣性分析

分子標(biāo)記是揭示糜子遺傳多樣性的有效手段, 已經(jīng)有不少標(biāo)記, 如ITS、ISJ、AFLP、ISSR、RAPD、SSR、SNP等[6, 21, 25, 30, 39-44]用于分析糜子遺傳差異。其中, SSR以共顯性好、多態(tài)性豐富成為糜子最實用的檢測標(biāo)記。2009年, Hu等[21]首先用其他作物的SSR標(biāo)記研究中國糜子資源的遺傳多樣性, 由于存在種間差異, 引物通用性低, 開發(fā)糜子特異性SSR并篩選出多態(tài)性高的核心引物, 對準(zhǔn)確評價糜子遺傳差異具有重要意義。Cho等[32]首次構(gòu)建了25個糜子微衛(wèi)星標(biāo)記, 隨后, 董俊麗等[14]、季煦等[45]和連帥等[46]用其中的部分標(biāo)記分析了中國糜子的遺傳多樣性。然而, 由于傳統(tǒng)SSR檢測所用的聚丙烯酰胺凝膠電泳以分子量Marker作對照, 用肉眼粗略估計擴增片段大小, 難以區(qū)分幾個堿基對的差異, 檢測到的變異數(shù)低[14, 25, 45-46]。2011年, Hunt等[24]首次利用SSR熒光標(biāo)記分析歐亞大陸糜子資源的遺傳多樣性, 但僅包括少量中國材料(33份), 不足以準(zhǔn)確反映中國糜子的遺傳變異情況。本試驗15個SSR標(biāo)記中, 12個與董俊麗等[14]所用相同, 但由于引物標(biāo)記了熒光, 能檢測到聚丙烯酰胺凝膠電泳識別不出的等位變異。本研究檢測到每對引物的平均等位基因數(shù)為7個, 而前人研究結(jié)果均小于6個[14, 24-25, 32]。本研究每對引物檢測到的PIC值為0.4864, 而前人研究結(jié)果最高為0.3926[14, 24-25, 32]。黃河流域的黃土高原是中國糜子的起源中心[21], 本研究所用材料多數(shù)來源于該區(qū)域, 故檢測到豐富的遺傳多樣性。

橫坐標(biāo)的數(shù)字代表糜子材料序號。

Numbers in the horizontal axis represent serial number of the accession.

表2 遺傳結(jié)構(gòu)圖中各分類群的多樣性統(tǒng)計

表3 遺傳結(jié)構(gòu)圖中糜子資源的AMOVA分析

本研究糜子試材來自11個省(區(qū)), 以每個地區(qū)為一個群體, 借助SSR標(biāo)記在DNA水平上分析了糜子種質(zhì)資源的遺傳差異。其中, 3對引物(GB-PaM- 066、GB-PaM-094和GB-PaM-145)均擴增出2個變異位點, 且GB-PaM-066的2個變異位點均有多態(tài)性, GB-PaM-094僅一個位點具有多態(tài)性, 這與Hunt等[24]研究結(jié)果一致。本研究發(fā)現(xiàn)GB-PaM-145有2個多態(tài)性位點, 而Hunt等[24]僅檢測到1個(位點b), 這可能與研究材料不同有關(guān), 本研究用的中國資源(132份)是Hunt等[24](33份)的4倍。

王銀月等[43]用高通量測序結(jié)合PCR擴增篩選出糜子特異性SSR引物116對(雙堿基重復(fù)102對、三堿基重復(fù)14對)。前人用到的引物多為雙堿基和三堿基重復(fù), 四堿基重復(fù)僅一個(EF117731)[14, 32]。今后研究需要開發(fā)五堿基和六堿基重復(fù)及復(fù)合堿基SSR, 為糜子品質(zhì)和抗性優(yōu)異基因挖掘、遺傳多樣性、群體遺傳結(jié)構(gòu)及遺傳連鎖圖譜構(gòu)建等研究提供更多可靠的分子檢測工具。

3.2 糜子種質(zhì)資源遺傳結(jié)構(gòu)分析

132份糜子資源聚類結(jié)果中, 山西的地方品種93%聚在群組IV中, 育成品種71.4%聚在群組III中, 說明中國不同省的糜子資源具有地域特色, 這很可能與人們的食物偏好和文化差異有關(guān)。分析發(fā)現(xiàn), 山西的地方品種在4個群組中均有呈現(xiàn), 反映出山西糜子資源類型比較豐富, 這與董俊麗等[14]的研究結(jié)果一致。山西的育成品種大多集中在群組III中, 說明當(dāng)代育成品種遺傳基礎(chǔ)狹窄, 可能與種質(zhì)資源的利用不充分有關(guān)。建議當(dāng)代的糜子育種家要加強育種材料的交換, 擴大育成品種的遺傳基礎(chǔ), 提高品種的適應(yīng)性和育種水平。

表4 基于遺傳距離和遺傳結(jié)構(gòu)(K=4)各分類群組在不同省份的糜子分布

本研究基于遺傳距離的聚類將132份糜子分為4個群組, 與基于模型的遺傳結(jié)構(gòu)(=4)分類結(jié)果相符。不同地理來源糜子的遺傳多樣性分析表明, 山西資源的多項遺傳多樣性衡量指標(biāo)(等位基因數(shù)、H和PIC)均最高, 說明山西的糜子資源多樣性相對較豐富, 這與前人研究結(jié)果[14, 47]相符, 可能也與本研究中山西糜子材料數(shù)多有關(guān)。分析山西64份糜子資源的遺傳結(jié)構(gòu)表明大部分資源屬于黃土高原春、夏糜子區(qū), 其中, 山西資源在不同類群中均有呈現(xiàn), 這與以往研究結(jié)果相符[14, 25]。

3.3 糜子群體遺傳結(jié)構(gòu)類群間的遺傳分化

群體間存在顯著遺傳分化的物種分化系數(shù)大于0.15[48], Hunt等[35]研究歐亞大陸糜子資源的遺傳多樣性發(fā)現(xiàn),=2和=6時糜子材料的分化系數(shù)分別為0.162和0.324, 均高于本研究結(jié)果, 原因在于其材料來源廣泛, 地理差異明顯。本研究AMOVA分析發(fā)現(xiàn)=2和=4時糜子材料的分化系數(shù)分別為0.088和0.084, 說明中國糜子結(jié)構(gòu)類群間遺傳分化不明顯, 這與遺傳結(jié)構(gòu)類群間的多樣性豐富程度類似相符。今后研究需進一步豐富育種材料, 以取得更加可靠的結(jié)果。

4 結(jié)論

中國糜子資源遺傳多樣性豐富, 利用模型的遺傳結(jié)構(gòu)聚類和基于遺傳距離的聚類結(jié)果一致, 均可以把材料劃分為4個群組。

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媒體報道稱，一項報告顯示，共享經(jīng)濟已經(jīng)擴展至中國全國，2017年的交易額達到4．92萬億元，比上年增長47%。正因為此，大公司和中國政府正在力推這個經(jīng)濟潮流，認(rèn)為它是推動經(jīng)濟發(fā)展的力量。據(jù)預(yù)測，到2020年，共享經(jīng)濟規(guī)模將占到中國國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）的10%，而在2015年這一數(shù)字僅為3%。

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(附圖1)

(附圖1)

附圖1 64號糜子樣品15個引物擴增產(chǎn)物熒光標(biāo)記峰型圖

Supplementary fig. 1 SSR amplicon graph of common millet No. 64 sample by 15 primers

Analysis of Genetic Diversity in Common Millet () Using Fluorescent SSR in China

Wang Rui-Yun1,2,*,**, Ji Xu1,**, Lu Ping3, Liu Min-Xuan3, XU Yue4, Wang Lun2, Wang Hai-Gang2, and Qiao Zhi-Jun2,*

1College of Agriculture, Shanxi Agricultural University, Taigu 030801, China;2Institute of Crop Germplasm Resources, Shanxi Academy of Agricultural Sciences, Key Laboratory of Crop Gene Resources and Germplasm Enhancement on Loess Plateau, Ministry of Agriculture / Shanxi Key Laboratory of Genetic Resources and Genetic Improvement of Minor Crops, Taiyuan 030031, China;3Institute of Crop Science, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China;4School of Life Sciences, Jilin University, Changchun 130012, China

Understanding of the genetic diversity of common millet germplasm resources is a basis of research on its origin and evolution, as well as the effective utilization of elite germplasm. In this study, we analyzed the genetic diversity of 132 common millet accessions collected from 11 provinces of China using 15 millet-specific fluorescent-labelled simple sequence repeat (SSR) markers. A total of 107 alleles were detected with 7 alleles per locus ranging from 2 to 14. The expected heterozygosity ranged from 0.0936 to 0.8676 with the mean value of 0.5298. The polymorphism information content (PIC) ranged from 0.0893 to 0.8538 with the mean value of 0.4864. The 132 accessions were clustered into four groups according to genetic distance between accessions, which showed geographic and eco-regional distributions. Group I is a collection of germplasm from spring-sowing area of Northeast China, group II is composed of partial accessions from the spring and summer-sowing areas of Loess Plateau, group III is composed of partial accessions from the spring-sowing area of Northern China, and the remaining accessions comprises Group IV with geographic overlaps to groups II and III. Model-based genetic structure analysis indicated that the genetic resources of Chinese common millet were from four gene pools in Northeast, Loess Plateau, Northern, and Northwest China. Obviously, this result was very similar to that of clustering analysis, showing the importance of geographical relationship. Rich genetic variations were also found in Chinese common millet resources, mainly from different accessions. The above results provide an overall evaluation of genetic diversity of common millet in China at a molecular level.

Common millet (L.); Fluorescent SSR; Genetic diversity; Cluster analysis; Genetic structure

10.3724/SP.J.1006.2017.00530

本研究由國家自然科學(xué)基金項目(31271791), 山西省回國留學(xué)人員科研資助項目(2016-066), 國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金(31301386), 國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金(31300279), 國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(CARS-07-13.5-A12), 山西省重點研發(fā)計劃(一般項目)(農(nóng)業(yè))項目(201603D221003-5)資助。

This study was supported by the National Natural Science Foundation of China (31271791), the Scientific Research Foundation for Returned Scholars in Shanxi province (2016-066), the National Natural Science Foundation of China for Young Scientists (31301386, 31300279), the China Agriculture Research System (CARS-07-13.5-A12), and General Project of the Shanxi Provincial Key Research and Development Program for Agriculture (201603D221003-5).

王瑞云, E-mail: wry925@126.com, Tel: 15234420135; 喬治軍, E-mail: nkypzs@126.com, Tel: 0351-7065530

**同等貢獻(Contributed equally to this work)

2016-08-12;

Accepted(接受日期): 2016-11-02;

Published online(網(wǎng)絡(luò)出版日期): 2016-11-15.

URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20161115.1618.006.html