丁藝冰 辛旭霞 馮智尊 曹 越 郭 娟 Dipak K SANTRA 王瑞云,* 陳喜明

東北春播區(qū)糜子核心種質及其DNA分子身份證構建

丁藝冰1,2辛旭霞2馮智尊2曹 越2郭 娟2Dipak K SANTRA3王瑞云2,*陳喜明1,4,*

1山西農業(yè)大學玉米研究所, 中國山西忻州 034000;2山西農業(yè)大學農學院, 中國山西太谷 030801;3內布拉斯加大學林肯分校農藝系小宗糧豆研究與推廣中心, 美國內布拉斯加州斯克茨布拉夫 69361;4山西農業(yè)大學雜糧種質創(chuàng)新與分子育種山西省重點實驗室, 中國山西太原 030000

本研究以500份東北春播區(qū)糜子資源為材料, 利用169個SSR標記, 采用UPGMA聚類分組, 進行分層抽樣, 構建核心種質, 同時應用ID Analysis 4.0軟件構建分子身份證。利用等位基因數(Na)等遺傳多樣性衡量指標評估核心種質的遺傳差異, 并利用PCOA分析核心種質。結果表明, 對169對SSR引物進行篩選, 發(fā)現30對多態(tài)性好, 利用30對SSR引物構建的糜子核心種質包含190份材料, 占全部種質的38%, 全部種質與核心種質的均檢測出91個等位變異, 保留了100%等位基因; 有效等位基因數為2.2977～2.9975和2.2872～3.0173, 平均值分別為2.8198和2.8297; Shannon多樣性指數為0.9532～1.0990和0.9535～1.1162, 平均值為1.0645和1.0667; 觀測雜合度為0.3434～0.8037和0.3162～0.7849, 平均值為0.5399和0.5359; 期望雜合度為0.5654～0.6672和0.5645～0.6707, 平均值為0.6448和0.6473; Nei’s基因多樣性指數為0.5648～0.6664和0.5628～0.6686, 平均值為0.6441和0.6452; 多態(tài)性信息含量為0.6657～0.8356和0.6493～0.8340, 平均值為0.7974和0.7944。全部種質與核心種質的分子標記的相關指標進行檢驗, 結果無顯著性差異, 且PCOA分析表明核心種質與全部種質具有相似的遺傳多樣性和群體結構, 同時發(fā)現8個SSR標記(RYW5、RYW8、RYW16、RYW28、RYW40、RYW53、RYW62和RYW67)可區(qū)分190份核心種質, 構建了東北糜子核心種質的分子身份證。

糜子; 東北春播區(qū); SSR; 核心種質; DNA分子身份證

糜子(L.)是起源于我國最古老的作物之一, 栽培歷史超過10,300年[1-2]。具有生育期短、耐旱、耐貧瘠等特點, 是旱作地區(qū)最主要的糧食之一[3-5]。糜子種植廣泛, 劃分為7個糜子栽培生態(tài)區(qū)[6-8]。其中, 東北春糜子區(qū)包括黑龍江、吉林、遼寧(朝陽地區(qū)除外)三省及內蒙古興安盟和通遼市。在中國, 糜子可能至少有2個獨立的馴化區(qū)域, 就是黃土高原和東北[9]。東北糜子的播種季節(jié)主要是春季, 品種主要為糯性, 穗型主要為散穗, 籽粒形態(tài)較小, 顏色以黃色黑色為主[10]。糜子是中國古代北方地區(qū)的主要糧食作物, 遼寧是糜子的文化遺址之一[6]。糜子富含蛋白質、礦物質、維生素和微量元素, 包括銅、鋅、鐵、錳, 脫殼后稱黃米, 可制作粘糕、釀制黃酒[11-12]。隨著新資源不斷收集與引入, 對種質資源整理與保存, 鑒定與評價及研究與利用都提出了重大挑戰(zhàn), 種質保存比較分散, 存在重復引進、同種異名和同名異種的現象, 種質之間親緣關系不明確, 極大地影響了種質的高效利用[6,8,13-14]。

SSR是基于DNA長度多態(tài)性的分子標記, 常用于分子作圖和標記輔助選擇[1]。SSR較好的共顯性、多等位性和高重復性等優(yōu)勢, 在基因調控和基因組進化等遺傳研究中發(fā)揮重要作用[15-16]。SSR標記具有易于檢測、信息量大、穩(wěn)定、成本低的優(yōu)點, 已成為品種鑒定的有力工具, 標記的確定在指紋庫的構建方面成為關鍵環(huán)節(jié)[17]。

糜子種質資源豐富, 核心種質的構建能最大限度地保護糜子品種的遺傳多樣性[18]。澳大利亞的Frankel[19]提出核心種質的概念, Brown等[20]對其進一步的完善和論述。水稻(L)[21]、大麥(L.)[22]、花生(L.)[23]、大豆()[24]和蠶豆(L)[25]等作物均已構建核心種質。就糜子而言, 種質資源遺傳多樣性的研究較多, 源于開發(fā)了一批糜子特異性SSR標記, 同時也構建了一批DNA分子身份證[26]?；赟SR構建糜子核心種質的研究不多, 大多數研究僅限于糜子的生理、生化、栽培及營養(yǎng)品質等方面。迄今, 構建核心種質主要基于表型特征(包括農藝性狀等)和基因型(SSR等標記), 其中可能有一個或者兩者兼而有之[27]。陳伊航等[28]對1091份甘薯((L.) Lam.)種質的20個表型性狀數據和10個SSR標記進行分析, 構建了289份材料的核心種質。汪磊等[29]對422份向日葵(L.)的11個農藝性狀連續(xù)2年觀察, 構建了84份材料的核心種質。劉松等[30]對342個中國板栗(Bl.)品種的21個SSR熒光標記和19個表型性狀進行分析, 構建了85份材料的核心種質。孫永強等[31]對201份西伯利亞杏()的45個表型性狀進行分析, 研究構建核心種質的最佳策略, 構建了44份材料的核心種質。

近年來, 糜子[32]、小麥(L.)[33]、大豆()[34]、蘋果(Mill.)[35]、茶樹()[36]等植物都基于SSR技術構建了分子身份證。王宇晴等[37]利用22對SSR引物分析111份甜菜(L.), 發(fā)現6對引物組合可區(qū)分全部材料。高源等[38]用16對TP-M13-SSR引物對131份蘋果(Mill.)進行指紋圖譜構建, 最終用3對引物區(qū)分了全部材料。高運來等[39]以黑龍江的83份大豆()品種為材料, 用43對大豆SSR引物進行檢測, 發(fā)現僅用9對核心引物即可區(qū)分所有材料。馬琳等[40]利用33對甘藍型油菜()特異性SSR引物分析來自于國內外130份甘藍型油菜, 最終僅用7對引物構建了所有供試材料的分子身份證。王宇卓等[26]發(fā)現20對SSR核心引物可區(qū)分272份糜子材料, 構建糜子分子身份證。陳小紅等[32]利用30對SSR核心引物對130份糜子進行分析, 發(fā)現17對SSR可區(qū)分全部材料, 即可構建出糜子分子身份證。薛亞鵬等[41]利用7對熒光SSR區(qū)分了235份中國糜子核心種質來構建糜子分子身份證。利用分子標記技術, 建立DNA分子身份證可以解決發(fā)生同名異物的現象, 促進作物物種溯源、品種精準鑒定、遺傳多樣性評估等研究, 以確保良種的商品化和可靠性、相關品種在市場流通中保持純正性[41]。

本研究以500份東北區(qū)糜子種質資源為材料, 用30對多態(tài)性較好的SSR標記對其進行遺傳多樣性分析, 構建糜子核心種質, 評價材料的代表性, 旨在為糜子種質資源的保護、優(yōu)異種質挖掘及品種的遺傳改良提供理論依據。同時以東北區(qū)糜子核心種質為材料, 構建東北區(qū)糜子核心種質的分子身份證, 實現對東北春糜子區(qū)核心種質的數字化管理。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為500份東北區(qū)糜子資源(附表1), 包括黑龍江省290份、吉林省143份、遼寧省54份、內蒙古部分地區(qū)13份。169對SSR引物為課題組前期開發(fā), 由生工生物工程(上海)股份有限公司合成。

1.2 DNA提取

采集糜子三葉期的葉片, 采用改良CTAB法[42]提取樣本的基因組DNA。用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測DNA完整性。用核酸檢測儀檢測DNA的濃度和純度。

1.3 SSR引物的篩選

以地理來源差異大的12份糜子種質為材料, 利用169對引物進行PCR擴增, 用8%聚丙烯酰胺凝膠電泳檢測擴增產物, 篩選出條帶清晰、多態(tài)性較好且擴增穩(wěn)定的引物, 方法同王宇卓等[26]。

1.4 數據分析

通過人工讀帶的方法統(tǒng)計穩(wěn)定且易于區(qū)分的目的條帶, 同一位置上有條帶記為“1”, 沒有條帶記為“0”, 構建0、1二元數據矩陣。利用POPGEN1.32[43]計算遺傳多樣性衡量參數(包括等位基因數、有效等位基因數、Nei’s遺傳多樣性指數、Shannon’s多樣性指數、觀測雜合度、期望雜合度)。用Powermarker3.25[44]計算多態(tài)性信息含量, 利用MEGA11.0.10[45]進行UPGMA聚類分析, 基于UPGMA聚類進行分層抽樣。用Bioladder在線云平臺進行PCOA (坐標軸分析)驗證核心種質與全部種質的遺傳多樣性和群體結構。

1.5 分子身份證的構建

利用軟件ID Analysis 4.0[46]區(qū)分核心種質得到最優(yōu)的引物組合。用NTSYS 2.11[47]進行主成分分析, 基于不同SSR標記讀帶結果依次排序構建字符串DNA分子身份證。利用在線條形碼生成工具(http://barcode.cnaidc.com/app/html/bcgcode128.php)將對應字符串生成可掃描的條形碼DNA分子身份證。利用二維碼在線技術(https://cli.im/)將材料的基本信息(包括名稱、統(tǒng)一編號、來源地、類別、字符串)轉化為可掃描的二維碼DNA分子身份證。

2 結果與分析

2.1 SSR引物的篩選

用169對SSR引物擴增12份糜子種質(表1)發(fā)現, 30對引物(表2)的多態(tài)性較好, 條帶清晰。利用30對SSR引物對500份糜子進行PCR擴增 (圖1)構建核心種質, 同時發(fā)現利用ID Analysis 4.0軟件分析電泳結果, 表明8對SSR引物可區(qū)分核心種質。

2.2 核心種質的構建

基于SSR標記對全部種質進行UPGMA聚類分析(圖2), 在遺傳距離為0.09處將全部種質分為4組, 樣品數量分別為290、143、54和13。根據分組結果進行分層抽樣, 得到190份核心種質, 占全部種質的38%。

表1 用于篩選引物的12份材料

表2 構建核心種質的30對SSR引物

圖1 RYW40引物對部分材料擴增的聚丙烯凝膠電泳圖

1～20為黑龍江材料, 21～35為吉林材料, 36～45為遼寧材料, 46～50為內蒙古材料。

1-20 are Heilongjiang materials; 21-35 are Jilin materials; 36-45 are Liaoning materials; 46-50 are Inner Mongolia materials.

用上述的30對SSR引物擴增500份種質資源, 分別處理500份種質資源和根據分組進行分層抽樣得到的190份核心種質的遺傳多樣性參數, 通過對比全部種質和核心種質SSR分子標記的相關指標, 全部種質與核心種質的均檢測出91個等位變異, 保留了100%等位基因; 有效等位基因數平均值分別為2.8198和2.8297; Shannon多樣性指數平均值為1.0645和1.0667; 觀測雜合度為平均值為0.5399和0.5359, 其他數據見表3, 對全部種質與核心種質的遺傳多樣性參數進行檢驗結果表明(表4)差異不顯著; 分別對4個省份的全部種質和核心種質的各個遺傳多樣性參數進行對比(表5)。內蒙古的材料較少沒有代表性, 不計入分析結果中。其他三省結果表明,檢驗結果表明(表4), 遺傳多樣性均差異不顯著。

最后用主坐標軸分析進行確認, 從全部種質和核心種質的主坐標軸分布圖可知, 樣本分布均勻分散, 發(fā)現核心種質的樣本在全部種質樣本中呈均勻分布(圖3)。因此, 核心種質很好地保留了全部種質的遺傳多樣性和群體結構, 確保了核心種質的有效性和代表性。

圖2 基于30對SSR數據對4個糜子種質資源群體的聚類分析圖

HLJ: 黑龍江; JL: 吉林; LN: 遼寧; IM: 內蒙古。

HLJ: Heilongjiang; JL: Jilin; LN: Liaoning; IM: Inner Mongolia.

表3 種質資源與核心種質遺傳參數的對比

(續(xù)表3)

a: 等位基因數;e: 有效等位基因數;: Shannon多樣性指數;o: 觀測雜合度;e: 期望雜合度; Nei: Nei’s基因多樣性指數; PIC: 多態(tài)性信息含量; EC: 種質資源; CC: 核心種質。

a: the number of alleles;e: the number of effective alleles;: Shannon’s diversity index;o: the observed heterozygosity;e: the expected heterozygosity; Nei: Nei’s gene diversity index; PIC: polymorphism information content; EC: the entire collection; CC: core collection.

表4 種質資源與核心種質之間SSR和群體遺傳參數的t檢驗

縮寫同表3。

Abbreviations are the same as those given in Table 3.

表5 不同來源糜子的遺傳多樣性參數

(續(xù)表5)

縮寫同表3。Abbreviations are the same as those given in Table 3.

圖3 核心種質與原種質的主坐標圖

EC: 種質資源; CC: 核心種質。

EC: the entire collection; CC: core collection.

2.3 糜子核心種質分子身份證的構建

用上述8對引物分析190份核心種質的遺傳多樣性, 全部材料在8個位點共檢測到24個等位基因(a), 平均每個位點檢測出3個; 檢測到有效等位變異(e)平均為2.8213; 檢測到Shannon多樣性指數()平均值為1.0654; 多態(tài)性信息含量(PIC), 平均為0.7925, 其他結果見表6。

對190份核心種質進行主成分分析(PCA)發(fā)現, 前3個主成分PC1、PC2、PC3分別解釋總變異的49.81%、10.73%、9.86%, 總變異為70.40%。190份材料劃歸4個類群, 類群1全部來自黑龍江, 類群2全部來自吉林, 類群3全部來自遼寧, 類群4全部來自內蒙古(圖4)。PCA聚類結果與資源的地理來源一致。

將190份糜子品種的擴增條帶結果按照RYW67、RYW53、RYW62、RYW5、RYW40、RYW28、RYW8、RYW16先后順序進行排列, 獲得每個品種唯一的24位字符串, 即每個品種的字符串分子身份證, 見附圖1, 以圖5為例。采用線上條形碼及二維碼生成技術, 在相應字符串上生成直觀條形碼及可掃描二維碼分子身份證, 并結合糜子品種DNA指紋數據及品種基本情況, 掃描二維碼能夠更方便的獲得糜子品種的相關信息。

表6 8對SSR引物的遺傳多樣性參數

(續(xù)表6)

縮寫同表3。Abbreviations are the same as those given in Table 3.

圖4 190份糜子核心種質的主成分分析

HLJ: 黑龍江; JL: 吉林; LN: 遼寧; IM: 內蒙古。

HLJ: Heilongjiang; JL: Jilin; LN: Liaoning; IM: Inner Mongolia.

圖5 糜子材料1品種條形碼(A)和二維碼(B)DNA分子身份證

3 討論

Shannon多樣性指數()和多態(tài)信息含量(PIC)能夠全面的體現群體遺傳多樣性水平[48]。王宇卓等[26]用20對引物對272份山西糜子進行遺傳多樣性分析, 得到值和PIC值分別為1.0552和0.6921。王倩等[16]利用52對引物對6個生態(tài)區(qū)進行遺傳多樣性分析, 得到值和PIC值平均值分別為0.7277和0.5104。陳小紅等[32]利用30對引物對130份糜子進行遺傳多樣性分析, 得到值和PIC值分別為1.0472和0.6966。何杰麗等[1]利用80對引物分析黃土高原春夏糜子區(qū)和北方春糜子區(qū)糜子的遺傳多樣性, 發(fā)現值和PIC值分別為(0.8506±0.1534)、0.4203和(0.8604±0.1576)、0.4536。本研究利用30對引物對500份東北區(qū)糜子進行遺傳多樣性分析, 得到值和PIC值分別為1.0645和0.7974, 均高于前人的研究, 說明不同生態(tài)區(qū)遺傳多樣性的不同可能與材料來源、引物的多態(tài)性有關。

核心種質用最少的種質必須盡可能多的代替種質資源的遺傳多樣性, 以往構建核心種質的研究多數基于表型性狀。表型性狀受多種因素影響, 且糜子完成生命周期時間需要3～4個月, 而分子標記生長至三葉期即可, 具有高效、快速、穩(wěn)定的特點, 是評價植物遺傳多樣性和構建核心種質的有效手段[49]。張馨方等[50]利用21對SSR標記通過聚類抽樣分析, 比較使用3種遺傳相似系數和2種取樣方法相組合確定的不同樣本群遺傳多樣性參數, 最終獲得46份板栗核心種質, 占原始161份種質的28.57%。黃雨芹等[51]利用7個SSR位點采用隨機取樣策略、位點優(yōu)先取樣策略、等位基因數目最大化策略、遺傳距離最大化策略4種取樣方法構建閩楠核心種質, 并將各遺傳多樣性指標進行分析, 篩選出59份核心種質材料能夠較好地代表閩楠種質資源的遺傳多樣性。艾葉等[52]利用16對熒光SSR引物進行擴增226個建蘭品種, 基于等位基因最大法按照不同壓縮比例逐步聚類, 形成備選種質, 確定壓縮比例32.30%為構建核心種質的最佳比例, 包含73個品種。本研究利用30對SSR基于UPGMA聚類結果、對比遺傳多樣性參數、主坐標軸進行分析, 獲得190份核心種質, 占原始500份種質的38%, 符合前人關于核心種質取樣比例在5%～40%的結論[50]。

DNA分子身份證有利于糜子資源的合理開發(fā)和高效利用。本實驗室構建糜子核心種質是基于前期開發(fā)的SSR標記。陳小紅等[32]發(fā)現17對SSR 標記(RYW35、RYW40、RYW37、RYW18、RYW30、RYW16、RYW20、RYW19、RYW8、RYW5、RYW3、RYW7、RYW1、RYW14、RYW9、RYW6和RYW10)可區(qū)分4個生態(tài)區(qū)130份黍稷資源,值為1.0228、PIC值0.6209。王宇卓等[26]發(fā)現20對引物組合(RYW67、RYW53、RYW37、RYW65、RYW62、RYW77、RYW5、RYW49、RYW84、RYW19、RYW11、RYW40、RYW54、RYW28、RYW31、RYW7、RYW16、RYW8、RYW9和RYW18)可區(qū)分山西省272份材料,值為1.0552, PIC值為0.6921。本研究利用8對引物組合RYW67、RYW53、RYW62、RYW5、RYW40、RYW28、RYW8、RYW16區(qū)分了190份東北春糜子區(qū)核心種質, 同時發(fā)現了RYW5、RYW8、RYW16引物與陳小紅等[32]一致, 說明東北春糜子區(qū)核心與陳小紅等[32]構建的4個生態(tài)區(qū)的糜子分子身份證所用的SSR標記可能具有通用性; 8對SSR均與王宇卓等[24]一致, 說明東北春糜子區(qū)核心種質與山西省核心種質的分子身份證所用的SSR標記可能具有通用性。

4 結論

本研究構建了東北春播區(qū)糜子的核心種質190份, 用8個SSR構建上述材料DNA分子身份證。

附表和附圖 請見網絡版: 1) 本刊網站http://zwxb. chinacrops.org/; 2) 中國知網http://www.cnki.net/; 3) 萬方數據http://c.wanfangdata.com.cn/Periodical- zuowxb.aspx。

[1] 何杰麗, 石甜甜, 陳凌, 王海崗, 高志軍, 楊美紅, 王瑞云, 喬治軍. 糜子EST-SSR分子標記的開發(fā)及種質資源遺傳多樣性分析. 植物學報, 2019, 54: 723–732. He J L, Shi T T, Chen L, Wang H G, Gao Z J, Yang M H, Wang R Y, Qiao Z J. The genetic diversity of common millet () germplasm resources based on the EST-SSR markers., 2019, 54: 723–732 (in Chinese with English abstract).

[2] 薛延桃, 陸平, 史夢莎, 孫昊月, 劉敏軒, 王瑞云. 新疆、甘肅黍稷資源的遺傳多樣性與群體遺傳結構研究. 作物學報, 2019, 45: 1511–1521. Xue Y T, Lu P, Shi M S, Sun H Y, Liu M X, Wang R Y. Genetic diversity and population genetic structure of broomcorn millet accessions in Xinjiang and Gansu., 2019, 45: 1511–1521 (in Chinese with English abstract).

[3] 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. 作物學報, 2017, 43: 530–548. Wang R Y, Ji X, Lu P, Liu M X, Xu Y, Wang L, Wang H G, Qiao Z J. Analysis of genetic diversity in common millet () using fluorescent SSR in China., 2017, 43: 530–548 (in Chinese with English abstract).

[4] 邵歡歡, 陸平, 史夢莎, 王璐琳, 劉敏軒, 王瑞云. 黍稷芽、苗期抗旱性評價及抗旱資源鑒定. 分子植物育種, 2021, 19: 1284–1296. Shao H H, Lu P, Shi M S, Wang L L, Liu M X, Wang R Y. Evaluation and identification of broomcorn millet resources for drought resistance at germination and seedling stages., 2021, 19: 1284–1296 (in Chinese with English abstract).

[5] 薛延桃, 陸平, 喬治軍, 劉敏軒, 王瑞云. 基于SSR標記的黍稷種質資源遺傳多樣性及親緣關系研究. 中國農業(yè)科學, 2018, 51: 2846–2859. Xue Y T, Lu P, Qiao Z J, Liu M X, Wang R Y. Genetic diversity and genetic relationship of broomcorn millet (L.) germplasm based on SSR markers., 2018, 51: 2846–2859 (in Chinese with English abstract).

[6] 王瑞云. 糜子遺傳多樣性及進化研究進展. 北京: 中國農業(yè)出版社, 2017. pp 20–92. Wang R Y. Research Progress on Genetic Diversity and Evolution of Proso Millet. Beijing: China Agriculture Press, 2017. pp 20–92 (in Chinese).

[7] 柴巖. 糜子. 北京: 中國農業(yè)出版社, 1999. pp 225–229. Chai Y. Broomcorn Millet. Beijing: China Agriculture Press, 1999. pp 225–229 (in Chinese).

[8] Wang R Y, Hunt H V, Qiao Z J, Wang L, Han Y H. Diversity and cultivation of broomcorn millet (L.) in China: a review., 2016, 70: 332–342.

[9] Xu Y, Liu M X, Li C X, Sun F J, Lu P, Meng F S, Zhao X Y, He M Y, Wang F Z, Zhu X Y, Zhao X, Zhou H. Domestication and spread of broomcorn millet (L.) revealed by phylogeography of cultivated and weedy populations., 2019, 9: 835.

[10] 孟繁霜. 糜子遺傳多樣性與栽培起源研究. 吉林大學碩士學位論文, 吉林長春, 2018. Meng F S. Research on the Influence of Electroplating Process on Studies on Population Genetics and Domestication ofMS Thesis of Jilin University, Changchun, Jilin, China, 2018 (in Chinese with English abstract).

[11] Boukail S, Macharia M, Miculan M, Masoni A, Calamai A, Palchetti E, Dell’Acqua M. Genome wide association study of agronomic and seed traits in a world collection of proso millet (L.)., 2021, 21: 330.

[12] Kalinova J, Moudry J. Content and quality of protein in proso millet (L.) varieties., 2006, 61: 43–47.

[13] Li K, Zhang T Z, Narayanamoorthy S, Jin C, Sui Z, Li Z, Li S, Wu K, Liu G, Corke H. Diversity analysis of starch physicochemical properties in 95 proso millet (L.) accessions., 2020, 324: 126863.

[14] 陳昌文, 曹珂, 王力榮, 朱更瑞, 方偉超. 中國桃主要品種資源及其野生近緣種的分子身份證構建. 中國農業(yè)科學, 2011, 44: 2081–2093. Chen C W, Cao K, Wang L R, Zhu G R, Fang W C. Molecular ID establishment of main China peach varieties and peach related species., 2011, 44: 2081–2093 (in Chinese with English abstract).

[15] 連帥, 陸平, 喬治軍, 張琦, 張茜, 劉敏軒, 王瑞云. 利用SSR分子標記研究國內外黍稷地方品種和野生資源的遺傳多樣性. 中國農業(yè)科學, 2016, 49: 3264–3275. Lian S, Lu P, Qiao Z J, Zhang Q, Zhang Q, Liu M X, Wang R Y. Genetic diversity in broomcorn millet (L.) from China and abroad by using SSR markers., 2016, 49: 3264–3275 (in Chinese with English abstract).

[16] 王倩, 張立媛, 許月, 李海, 劉少雄, 薛亞鵬, 陸平, 王瑞云, 劉敏軒. 黍稷高基元EST-SSR標記開發(fā)及200份核心種質資源遺傳多樣性分析. 作物學報, 2023, 49: 2308–2318. Wang Q, Zhang L Y, Xu Y, Li H, Liu S X, Xue Y P, Lu P, Wang R Y, Liu M X. High motif EST-SSR markers development and genetic diversity evaluation for 200 core germplasms in proso millet., 2023, 49: 2308–2318 (in Chinese with English abstract).

[17] 趙久然, 王鳳格, 郭景倫, 陳剛, 廖琴, 孫世賢, 陳如明, 劉龍洲. 中國玉米新品種DNA指紋庫建立系列研究: II. 適于玉米自交系和雜交種指紋圖譜繪制的SSR核心引物的確定. 玉米科學, 2003, 11(2): 3–5. Zhao J R, Wang F G, Guo J L, Chen G, Liao Q, Sun S X, Chen R M, Liu L Z. Series of research on establishing DNA fingerprinting pool of Chinese new maize cultivars: II. Confirmation of a set of SSR core primer pairs., 2003, 11(2): 3–5 (in Chinese with English abstract).

[18] 董文堂, 鄧昌蓉, 侯全剛, 李江, 邵登魁. 辣椒種質資源遺傳多樣性分析及核心種質構建研究進展. 青海農林科技, 2023, 53(3): 46–49. Dong W T, Deng C R, Hou Q G, Li J, Shao D K. Research progress on genetic diversity analysis and core collection construction of pepper germplasm resources., 2023, 53(3): 46–49 (in Chinese with English abstract).

[19] Frankel O H. Genetic Manipulation: Impact on Man and Society. Cambridge University Press, 1984. pp 161–170.

[20] Brown A H D. Core collections: a practical approach to genetic resource management., 1989, 31: 818–824.

[21] Zhang H L, Zhang D L, Wang M X, Sun J L, Qi Y W, Li J J, Wei X H, Han L Z, Qiu Z E, Tang S X, Li Z C. A core collection and mini core collection ofL. in China., 2011, 122: 49–61.

[22] Hintum T J L. Comparison of marker systems and construction of a core collection in a pedigree of European spring barley., 1995, 89: 991–997.

[23] Upadhyaya H D, Otiz R, Singh S. Development of a groundnut core collection using taxonomical, geographical and morphological descriptors., 2003, 50: 139–148.

[24] Wang L X, Guan Y, Guan R X, Li Y H, Ma Y S, Dong Z M, Liu X, Zhang H Y, Zhang Y Q, Liu Z X, Chang R Z, Xu H M, Li L H, Lin F Y, Luan W J, Yan Z, Ning X C, Zhu L, Cui Y H, Piao R H, Liu Y, Chen P Y, Qiu L J. Establishment of Chinese soybean () core collections with agronomic traits and SSR markers., 2006, 151: 215–223.

[25] 姜俊燁, 楊濤, 王芳, 方俐, 仲偉文, 關建平, 宗緒曉. 國內外蠶豆核心種質SSR遺傳多樣性對比微核心種質構建. 作物學報, 2014, 40: 1311–1319. Jiang J Y, Yang T, Wang F, Fang L, Zhong W W, Guan J P, Zong X X. Genetic diversity analysis of germplasm resources and construction of mini-core collections forLat home and abroad., 2014, 40: 1311–1319 (in Chinese with English abstract).

[26] 王宇卓, 林元香, 薛亞鵬, 段政勇, 王曉丹, 陳凌, 曹曉寧, 王瑞云, 喬治軍. 山西糜子核心種質分子身份證構建. 植物學報, 2023, 58: 159–168. Wang Y Z, Lin Y X, Xue Y P, Duan Z Y, Wang X D, Chen L, Cao X N, Wang R Y, Qiao Z J. Construction of molecular ID card of core germplasm of hog millet () in Shanxi., 2023, 58: 159–168 (in Chinese with English abstract).

[27] 王建成, 胡晉, 黃歆賢, 徐盛春. 植物遺傳資源核心種質新概念與應用進展. 種子, 2008, 27(5): 47–50. Wang J C, Hu J, Huang X X, Xu S C. New concept and application of plant genetic resources., 2008, 27(5): 47–50 (in Chinese with English abstract).

[28] 陳伊航, 唐朝臣, 張雄堅, 姚祝芳, 江炳志, 王章英. 基于表型性狀和SSR分子標記構建甘薯核心種質. 作物學報, 2023, 49: 1249–1261. Chen Y H, Tang Z C, Zhang X J, Yao Z F, Jiang B Z, Wang Z Y. Construction of core collection of sweet potato based on phenotypic traits and SSR markers., 2023, 49: 1249–1261 (in Chinese with English abstract).

[29] 汪磊, 王姣梅, 汪魏, 王玲, 王力軍, 嚴興初, 譚美蓮. 基于表型多樣性構建向日葵核心種質. 中國油料作物學報, 2021, 43: 1052–1060. Wang L, Wang J M, Wang W, Wang L, Wang L J, Yan X C, Tan M L. Development of a core collection in sunflower (L.) germplasm using phenotypic diversity., 2021, 43: 1052–1060 (in Chinese with English abstract).

[30] 劉松, 聶興華, 李伊然, 劉海濤, 張卿, 王雪峰, 田壽樂, 曹慶芹, 秦嶺, 邢宇. 基于SSR熒光標記構建板栗品種(系)核心種質群. 果樹學報, 2023, 40: 230–241. Liu S, Nie X H, Li Y R, Liu H T, Zhang Q, Wang X F, Tian S L, Cao Q Q, Qin L, Xing Y. Construction of core germplasm collection of Chinese chestnut cultivars (lines) based on SSR fluorescence markers., 2023, 40: 230–241 (in Chinese with English abstract).

[31] 孫永強, 陳建華, 張劍, 董勝君, 劉權鋼, 劉青柏. 基于表型性狀的西伯利亞杏核心種質構建. 沈陽農業(yè)大學學報, 2022, 53(1): 43–54. Sun Y Q, Chen J H, Zhang J, Dong S J, Liu Q G, Liu Q B. Construction a core collection ofbased on phenotypic traits., 2022, 53(1): 43–54 (in Chinese with English abstract).

[32] 陳小紅, 林元香, 王倩, 丁敏, 王海崗, 陳凌, 高志軍, 王瑞云,喬治軍. 基于高基元SSR構建黍稷種質資源的分子身份證. 作物學報, 2022, 48: 908–919. Chen X H, Lin Y X, Wang Q, Ding M, Wang H G, Chen L, Gao Z J, Wang R Y, Qiao Z J. Development of DNA molecular ID card in hog millet germplasm based on high motif SSR., 2022, 48: 908–919 (in Chinese with English abstract).

[33] 秦瑞英, 許學, 張立平, 李莉, 方鈺, 汪秀峰, 倪金龍, 陸徐忠,楊劍波. 小麥SSR指紋圖譜及品種身份證的構建: 基于毛細管電泳分析. 中國農學通報, 2017, 33(34): 46–55. Qin R Y, Xu X, Zhang L P, Li L, Fang Y, Wang X F, Ni J L, Lu X Z, Yang J B. Construction of wheat variety SSR fingerprint and ID: based on capillary electrophoresis., 2017, 33(34): 46–55 (in Chinese with English abstract).

[34] 李清, 羅永堅, 吳柔賢, 賈俊婷, 張文虎, 宋松泉, 劉軍. 廣東省大豆種質資源遺傳多樣性分析及DNA分子身份證構建. 廣東農業(yè)科學, 2020, 47(12): 221–228. Li Q, Luo Y J, Wu R X, Jia J T, Zhang W H, Song S Q, Liu J. Analysis on genetic diversity and construction of DNA molecular identity card of soybean germplasm resources in Guangdong province., 2020, 47(12): 221–228 (in Chinese with English abstract).

[35] 侯麗媛, 董艷輝, 鄧舒, 肖蓉, 張春芬, 趙菁, 曹秋芬. 部分蘋果屬種質遺傳多樣性分析及分子身份證構建. 山西農業(yè)科學, 2020, 48: 1171–1179. Hou L Y, Dong Y H, Deng S, Xiao R, Zhang C F, Zhao J, Cao Q F. Study on genetic diversity and construction of molecular identity card for someMill. germplasm resource., 2020, 48: 1171–1179 (in Chinese with English abstract).

[36] 劉冠群, 吳祠平, 譚禮強, 譚杰, 楊婉君, 唐茜. 利用SSR分子標記構建名山茶樹基因身份證. 四川農業(yè)大學學報, 2019, 37: 469–474. Liu G Q, Wu C P, Tan L Q, Tan J, Yang W J, Tang Q. Construction of SSR-based molecular IDs for tea planted in Mingshan., 2019, 37: 469–474 (in Chinese with English abstract).

[37] 王宇晴, 李喬喬, 闞文亮, 邳植, 吳則東. 利用SSR分子標記構建甜菜登記品種的分子身份證. 江蘇農業(yè)科學, 2022, 50(18): 289–294. Wang Y Q, Li Q Q, Kan W L, Pi Z, Wu Z D. Molecular identity cards of sugar beet registration varieties were constructed using SSR molecular markers., 2022, 50(18): 289–294 (in Chinese with English abstract).

[38] 高源, 劉鳳之, 王昆, 王大江, 龔欣, 劉立軍. 蘋果部分種質資源分子身份證的構建. 中國農業(yè)科學, 2015, 48: 3887–3898. Gao Y, Liu F Z, Wang K, Wang D J, Gong X, Liu L J. Establishment of molecular ID for some apple germplasm resources., 2015, 48: 3887–3898 (in Chinese with English abstract).

[39] 高運來, 朱榮勝, 劉春燕, 李文福, 蔣洪蔚, 李燦東, 姚丙晨, 胡國華, 陳慶山. 黑龍江部分大豆品種分子ID的構建. 作物學報, 2009, 35: 211–218. Gao Y L, Zhu R S, Liu C Y, Li W F, Jiang H W, Li C D, Yao B C, Hu G H, Chen Q S. Establishment of molecular ID in soybean varieties in Heilongjiang, China., 2009, 35: 211–218 (in Chinese with English abstract).

[40] 馬琳, 劉海珍, 陸徐忠, 倪金龍, 張曉娟, 楊劍波. 130份甘藍型油菜種質分子身份證的構建. 中國油料作物學報, 2013, 35: 231–239. Ma L, Liu H Z, Lu X Z, Ni J L, Zhang X J, Yang J B. Molecular identity of 130varieties., 2013, 35: 231–239 (in Chinese with English abstract).

[41] 薛亞鵬, 丁藝冰, 王宇卓, 王曉丹, 曹曉寧, Santra Dipak K, 陳凌, 喬治軍, 王瑞云. 基于熒光SSR構建中國糜子核心種質DNA分子身份證. 中國農業(yè)科學, 2023, 56: 2249–2261. Xue Y P, Ding Y B, Wang Y Z, Wang X D, Cao X N, Santra Dipak K, Chen L, Qiao Z J, Wang R Y. Construction of DNA molecular identity card of core germplasm of broomcorn millet in China based on fluorescence SSR., 2023, 56: 2249–2261 (in Chinese with English abstract).

[42] Murray M G, Thompson W F. Rapid isolation of high molecular weight plant DNA., 1980, 8: 4321–4325.

[43] Yeh F C, Boyle T J. Population genetic analysis of co-dominant and dominant markers and quantitative traits., 1997, 129: 157.

[44] Liu K, Muse S V. PowerMarker: an integrated analysis environment for genetic marker data., 2005, 21: 2128–2129.

[45] Tamura K, Stecher G, Kumar S. MEGA11: mevolutionary genetics analysis version 11., 2021, 38: 3022–3027.

[46] 胡振幫, 高運來, 齊照明, 蔣洪蔚, 劉春燕, 辛大偉, 胡國華, 潘校成, 陳慶山. 作物分子身份證構建軟件ID analysis的編制.中國農業(yè)科學, 2016, 49: 2255–2266.Hu Z B, Gao Y L, Qi Z M, Jiang H W, Liu C Y, Xin D W, Hu G H, Pan X C, Chen Q S. Software development of ID analysis for crop molecular identity construction., 2016, 49: 2255–2266 (in Chinese with English abstract).

[47] Essid A, Aljane F, Ferchichi A, Hormaza J I. Analysis of genetic diversity of Tunisian caprifig (L.) accession using simple sequence repeat (SSR) markers., 2015, 152: 1.

[48] 何瑞超. 綠豆遺傳多樣性研究及種子萌發(fā)期耐鹽性評價. 內蒙古農業(yè)大學碩士學位論文, 內蒙古呼和浩特, 2021.He R C. Study on Genetic Diversity of Mung Bean and Evaluation of Salt Tolerance During Seed Germination. MS Thesis of Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot, Inner Mongolia, China, 2021 (in Chinese with English abstract).

[49] 馬慶國, 宋曉波, 賀君星, 周曄, 黃勇, 張俊佩, 裴東. 基于SSR分子標記的核桃種質資源分子身份證構建. 植物資源與環(huán)境學報, 2023, 32(2): 1–9. Ma Q G, Song X B, He J X, Zhou Y, Huang Y, Zhang J P, Pei D. Establishment of molecular identity cards of walnut (spp.) germplasm resources based on SSR molecular marker., 2023, 32(2): 1–9 (in Chinese with English abstract).

[50] 張馨方, 張樹航, 李穎, 郭燕, 王廣鵬. 基于SSR標記構建燕山板栗核心種質. 華北農學報, 2021, 36(增刊1): 31–38. Zhang X F, Zhang S H, Li Y, Guo Y, Wang G P. Construction of core collection of Yanshan chestnut germplasm based on SSR markers., 2021, 36(S1): 31–38 (in Chinese with English abstract).

[51] 黃雨芹, 尹光天, 楊錦昌, 余紐, 鄒文濤, 李榮生. 基于SSR分子標記的閩楠核心種質的構建. 分子植物育種, 2020, 18: 2641–2648. Huang Y Q, Yin G T, Yang J C, Yu N, Zou W T, Li R S. Deve-loping a mini core germplasm ofbased on SSR molecular marker., 2020, 18: 2641–2648 (in Chinese with English abstract).

[52] 艾葉, 陳璐, 謝泰祥, 陳娟, 蘭思仁, 彭東輝. 基于SSR熒光標記構建建蘭品種核心種質. 園藝學報, 2019, 46: 1999–2008. Ai Y, Chen L, Xie T X, Chen J, Lan S R, Peng D H. Construction of core collection ofcultivars based on SSR fluorescent markers., 2019, 46: 1999–2008 (in Chinese with English abstract).

Core germplasm and DNA molecular identity card of proso millet in Northeast Spring sowing region in China

DING Yi-Bing1,2, XIN Xu-Xia2, FENG Zhi-Zun2, CAO Yue2, GUO Juan2, Dipak K SANTRA3, WANG Rui-Yun2,*, and CHEN Xi-Ming1,4,*

1Corn Research Institute, Shanxi Agricultural University, Xinzhou 034000, Shanxi, China;2College of Agronomy, Shanxi Agricultural University, Taigu 030801, Shanxi, China;3Panhandle Research and Extension Center, Department of Agronomy and Horticulture, University of Nebraska- Lincoln, Scottsbluff 69361, Nebraska, USA;4Shanxi Key Laboratory of Minor Crops Germplasm Innovation and Molecular Breeding, Shanxi Agricultural University, Taiyuan 030000, Shanxi, China

In this study, 500 proso millet resources in Northeast Spring Sowing Region were used as the experimental materials, 169 SSR markers, UPGMA clustering, and stratified sampling were used to construct core germplasm, and ID Analysis 4.0 software was used to construct molecular identity card. The genetic diversity of the core collection was evaluated by genetic diversity metrics such as allele number (a), and the core collection was analyzed by PCOA. The results showed that 169 pairs of SSR primers were screened, and 30 pairs of SSR primers were found to have good polymorphism. The core collection of proso millet constructed by 30 pairs of SSR primers contained 190 materials, accounting for 38% of all germplasm. Ninety-one alleles were detected in all germplasm and core collection, and 100% alleles were retained. The number of effective alleles was 2.2977–2.9975 and 2.2872–3.0173, with an average of 2.8198 and 2.8297, respectively. The Shannon diversity index was 0.9532–1.0990 and 0.9535–1.1162, with an average of 1.0645 and 1.0667. The observed heterozygosity was 0.3434–0.8037 and 0.3162–0.7849, with an average of 0.5399 and 0.5359. The expected heterozygosity was 0.5654–0.6672 and 0.5645–0.6707, with an average of 0.6448 and 0.6473. Nei’s gene diversity index was 0.5648–0.6664 and 0.5628–0.6686, with an average of 0.6441 and 0.6452. The polymorphism information content was 0.6657–0.8356 and 0.6493–0.8340, with an average of 0.7974 and 0.7944. The results of-test showed that there was no significant difference in the related indexes of molecular markers between all germplasm and core germplasm, and PCOA analysis showed that the core germplasm and all germplasm had similar genetic diversity and population structure. At the same time, 8 SSR markers (RYW5, RYW8, RYW16, RYW28, RYW40, RYW53, RYW62, and RYW67) were found to distinguish 190 core germplasms, and the molecular identity card of the core germplasms of Northeast proso millet was constructed, which providing a scientific basis for the efficient utilization and rapid traceability of proso millet germplasm.

; the Northeast Spring sowing region; SSR; core collection; DNA molecular ID card

10.3724/SP.J.1006.2024.34153

本研究由山西農業(yè)大學雜糧種質創(chuàng)新與分子育種國家實驗室(籌) (202204010910001)項目, 國家自然科學基金項目(31271791), 財政部和農業(yè)農村部國家現代農業(yè)產業(yè)技術體系建設專項(CARS-06-14.5-A16), 山西省現代農業(yè)產業(yè)技術體系建設專項資金項目(2023CYJSTX03-12), 山西省重點研發(fā)項目(2022ZDYF110), 山西農業(yè)大學雜糧種質創(chuàng)新與分子育種山西省重點實驗室項目(K462202040), 山西農業(yè)大學生物育種工程項目(YZGC069), 山西農業(yè)大學農學院研究生教育改革項目(2023YJG05)和山西省科技成果轉化引導專項(201904D131056)資助。

This study was supported by the National Laboratory of Minor Crops Germplasm Innovation and Molecular Breeding (in Prepare, 202204010910001), the National Natural Science Foundation of China (31271791), the China Agriculture Research System of MOF and MARA (CARS-06-14.5- A16), the Special Fund for Construction of Modern Agricultural Industrial Technology System of Shanxi Province (2023CYJSTX03-12), the Key Research & Development Project of Shanxi Province (2022ZDYF110), the Shanxi Key Laboratory of Innovation and Molecular Breeding, Shanxi Agricultural University (K462202040), the Biological Breeding Project of Shanxi Agricultural University (YZGC069) , and the Graduate Education Reform Project of Agronomy College in Shanxi Agricultural University(2023YJG05), and the Shanxi Province Scientific and Technological Achievements Transformation and Guidance Project (201904D131056) .

陳喜明, E-mail: 516834898@qq.com; 王瑞云, E-mail: wry925@126.com

E-mail: 2771284358@qq.com

2023-09-12;

2024-01-12;

2024-01-31.

URL: https://link.cnki.net/urlid/11.1809.S.20240130.1132.002

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