关键词:
白皮松
SNP标记
群体遗传学
EST-SSR
指纹图谱
摘要:
白皮松是中国特有的濒危树种,目前白皮松的生境已遭到非常严重的片段化威胁,一些独特或稀有的基因存在丢失风险,加之其天然群体的更新较为困难,其长期的进化和正常的演化进程受到阻碍,分布区内许多天然群体的数量和规模锐减,多样性保存面临着严峻的挑战。此外,选育优良观赏性状的白皮松进行推广应用,亟需要开展种质鉴定和新品种权保护工作。然而,目前白皮松分子遗传学研究基础薄弱,特异性分子标记数量和类型匮乏,极大限制了白皮松群体遗传学研究与优良种质鉴定工作的进程。本研究利用SLAF-seq技术在白皮松全基因组范围内开发大量特异性SNP分子标记,基于这些高密度的SNP分子标记,对白皮松核心分布区内的4个代表性天然群体和1个人工群体进行遗传多样性、遗传结构和地理分化的分析,从分子水平对白皮松种质资源进行评价,并提出适宜的种质资源保存策略建议;此外,结合已发表的SSR引物和转录组测序自主开发的SSR引物,构建白皮松优良单株的SSR指纹图谱。为白皮松这一濒危树种种质资源的保护利用和良种选育工作提供科学依据。主要研究结果如下:(1)通过SLAF-seq技术,开发了全基因组水平分布的高质量SNP标记。经序列对比分析,共获得23,597,049个SLAF标签,其中具多态性的SLAF标签有370,659个,共开发得到1,291,290个白皮松群体SNP。在缺失率小于20%、次要等位基因频率大于5%的条件下,对所有SNP位点进行过滤,共得到346,840个高质量的白皮松群体SNP,占SNP总量的26.9%,其中包含9个仅在北京鹫峰(JF)群体中存在变异的SNP位点、4个仅在山西柏洼山(BWS)群体中存在变异的SNP位点、148个仅在陕西蓝田(LT)群体中存在变异的SNP位点、425个仅在甘肃麦积山(MJS)群体中存在变异的SNP位点、1466个仅在陕西午子山(WZS)群体中存在变异的SNP位点。(2)基于开发的SNP标记对白皮松群体遗传多样性的分析表明,白皮松群体遗传多样性水平在分布区内呈现出从西向东逐渐降低的趋势,其中MJS和WZS群体的遗传多样性水平相对较高,JF群体的遗传多样性水平相对较低。JF、MJS和LT群体中存在着一定程度的近交效应,导致群体中出现纯合子比例偏多,杂合子缺失的现象,但是近交程度很低。(3)基于开发的SNP标记对白皮松群体的遗传结构、主成分分析以及系统发育树分析的聚类结果一致表明,这52份白皮松种质资源可以划分为3个类群,其中来自东部和中部地区的JF、BWS和LT群体聚为一个类群,亲缘关系较近,而西部地区的MJS群体和WZS群体各聚为一个类群。对白皮松群体间遗传分化与地理隔离的分析表明,白皮松群体间分化系数Fst平均值为0.204±0.077,高于裸子植物天然居群分化的平均水平;Mantel检验结果显示,白皮松群体的遗传距离与地理隔离距离相关性显著,表明地理隔离效应是造成其群体间分化的重要因素。Tree Mix分析推断的最大似然树和潜在历史迁移事件表明,秦岭西部—大巴山脉与吕梁山脉的白皮松群体之间存在历史上的基因交流,并推测JF群体可能起源于来自陕西中西部地区少量个体的人工引种。(4)对白皮松进行转录组测序,并开发EST-SSR标记,从组装获得的23,194条Unigene序列中共检测到了2244个EST-SSR位点,成功设计了SSR引物619对,并从中随机合成76对引物,通过筛选得到了7对表现出较高多态性的引物。并从此前已发表的多态性SSR引物中筛选出了5对在54个白皮松优良单株中呈现较高多态性的引物。最终利用筛选出的共12对SSR引物构建出了白皮松优良单株SSR指纹图谱,可以将这54份优良种质全部区分开来,达到了精确鉴定的效果。(5)白皮松种质资源保存策略建议以原地保存为主,迁地保存为辅。原地保存,应重点保护西部地区现存规模较大且遗传多样性较高的群体,通过建立自然保护区或原地保存林等防止人为过度干扰和采伐,尽可能地维护原栖息地生境;迁地保存,应尽可能多地在不同地区的不同群体中收集种质,同时还应在遗传多样性较高的地区进行重点采样,并对异地保存林开展动态检测、持续抚育以及病虫害防治等保护工作。