SSR标记在中国主要花生栽培品种（落花生）的遗传多样性和群体结构中的应用外文翻译资料

SSR标记在中国主要花生栽培品种（落花生）的遗传多样性和群体结构中的应用

Xiaoping Ren¹, Huifang Jiang¹*,Zhongyuan Yan¹, Yuning Chen¹, Xiaojing Zhou¹,LiHuang¹, Yong Lei¹，Jiaquan Huang¹, Liying Yan¹,YueQi², Wenhui Wei¹, BoshouLiao¹*

1生物学和油料作物的改良重点实验室，中国农业科学院作物/油料研究所，中国，湖北，武汉，2国家生命科学与生物技术培训机构，生命科学学院，中国，武汉大学，湖北，武汉

【摘要】：

146个高度多态的简单重复序列标记（微卫星标记）通常被用来检测广泛种植于中国的196个花生（落花生）品种，从而评估出它们的基因的多样性及种群的结构。这些SSR引物扩增出440条多态性条带，平均为2.99条，平均基因多样性指数为0.11。86个小于1%出现率的稀有等位基因在这个品种中被识别。最大的固定系数或遗传距离在那些适应于中国南部和北部栽培的品种中被发现。基于模型的种群结构分析将这些花生分为五个亚类（花生1a, P花生1b,花生2, 花生3a和花生3b）。花生1a和花生1b绝大多数来自于中国南方的省市，包括了广东、广西和福建。花生2包含了来自湖北省、山东以及河南的品种。花生3a和花生3b包含了来自于北部省份——山东、安徽、河南、河北、江苏以及长江沿岸地区的四川省。聚类PCoA分析和聚类PCA分析通过基于基因型标记的分析后，向我们揭示了与这5类不同花生品种所相关的种质资源地区。这个结果证明中国南北地区的花生品种有着明显的遗传与变异，且南北之间的个别品种间存在着明显的遗传分化。综上所述，这些研究结果为中国花生品种的遗传多样性提供了分子基础。

引文：Ren X, Jiang H, Yan Z, Chen Y, Zhou X，等，（2014）基于SSR标记的中国本土栽培种花生（落花生）的遗传多样性和种群结构。

公共科学图书馆·综合9（2）e88091. doi:10.1371/journal.pone.0088091

编辑：Jinfa Zhang, 新墨西哥州立大学，美利坚合众国

2013年6月17日收到，2014年1月5日接受，2014 年2月10日出版

版权所有：2014年Ren等，这是根据知识共享署名许可的条款分发的开放访问的文章，允许无限制地使用、分配和复制在任何媒介，提供原始作者和出处。

资金来源：这项工作是由国家主要基础研究发展计划（973项目）所支持的(补助编号：2011CB109304)，中国国家自然科学基金（补助编号：31271764 和 31000724），中国国家种质资源保护项目（补助编号：NB2012-2130135），国家重点支持技术项目（补助编号：2013BAD01B03）。投资者没有参与研究设计、数据收集和分析、决定发布或手稿准备。

竞争利益：作者声明，不存在竞争利益。

*电子邮件：* E-mail: peanutlab@oilcrops.cn (HJ); lboshou@hotmail.com (BL)

引言：

落花生是被普遍栽培的花生品种，在世界范围内被作为重要的油料作物和经济作物之一。并且，是发展中国家植物油和蛋白质的主要来源。花生的年种植面积约为2400万公顷，年产量约为3500万吨(http://apps.fao.org/cgi-bin/ nph-db.pl?subset = agriculture)。中国是世界上最大的花生生产国，花生种植面积约占全世界的20%，产量占全世界的40%以上。在过去的五十年中，人们为了提高花生的品种收益，花生的栽培品种被集中进行了人工选择。栽培品种的抗病性、生化组成及其他农艺性状产生了一系列变化[1–2]。在花生的基因组内被观察到的这些进步改良了品种的收益率 [1]。然而，通过谱系分析结果观察，大于70%的栽培品种来源于共同的祖先“Fuhuasheng”和“Shitouqi” [1–2]，这个结果表明，中国的花生栽培种可能在品种方面遗传基础有限。

这些先前的研究相对注重于形态学和农艺性状的变化[3–8]以及特征识别，譬如抗病性[9–10]，抗逆性[11–13]，高油酸含量[14]。这些在遗传多样性方面极其有限的研究一直在进行着[14–16]。关于遗传多样性方面的知识是花生育种过程中种质资源利用率的关键。为了在将来的育种项目中扩大花生栽培品种的遗传变异率，在已知的品种中执行更全面的遗传多样性和种群结构的研究是迫在眉睫的。通过使用限制性长度多态片段（RFLP）、随机扩增多态性DNA(RAPD)和扩增片段长度多态性(AFLP)观察，相比而言，花生栽培品种大量的形态结构和农艺变种的研究在分子层面的遗传多态性低得多[17–19]。

简单重复序列（SSRs）是具有等位基因和共显性的一种特殊分子标记。在检测遗传多样性和有机体显著水平等位基因的多态性方面有着巨大的潜力[20–21]。伴随着基因SSR标记和EST-SSR序列的发展[22–27]，SSR标记被广泛地应用于花生品种的身份的验证，多样性的研究[21,28–31]，连锁图谱的构建[32–37]以及QTL分析。

传统的聚类分析对种质资源收集当中遗传多样性的确立来说是一个简单有效的方法[40]，还有其他几个统计体系，包括种群结构[41]，主要成分分析(PCA) [42]和主坐标分析(PCoA) [43]，他们通过分子标记在分析自然种群的结构方面不断发展，并广泛地应用于水稻[44–45]，苹果[46]，甜高粱[47]，小麦[48]和黄瓜[49]。栽培品种不仅仅是自然种群，而且还是有着特定特征的利于遗传改良的种质资源。为了分析基因的结构，筛选出优良的等为变异，具有优秀等位基因的栽培品种是分子设计育种当中重要的环节[50]。预估种群结构是关联分析的第一步，它能对于避免假阳性或假的关联非常重要，且限定了自然种群的关联研究范围[40–41,51]。从中国的190种大豆来看，其品种种群是由7个亚种组成的，且它们的同线位点和非共线性位点连锁不平衡（LD）[52]。总共29个SSR标记被用来分析来自韩国、中国、日本的登记入册的150种水稻栽培种的遗传多样性。基于模型的结构分析表明，它们当中有3个亚种类群的存在，其聚类分析的遗传距离基本一致[53]。Breseghello和Sorrells（2006）分析了来自于美国东部的95个冬小麦样品的种群结构。这95个样品被划分为4个亚种，这证明了关联分析可以为分子标记辅助选择补充和加强先前的QTL信息[54]。所以，了解花生栽培种的遗传多样性和种群结构对于花生的关联分析和遗传育种是至关重要的[55]。

在目前的研究中，根据遗传的多样性以及种群结构，将196个基因型的花生栽培种分为来自中国的3个生态区域的5个亚种（南部地区，北部地区和长江地区），它们被高度多态的SSR序列所标记。我们课题的目的是预估遗传多样性的水平并且表述出中国花生栽培种的种群结构。

结果：

基因的多态性

169个中国花生栽培种（表S1）用220个SSR标记进行基因扩增。64个SSR标记在大多数栽培种中没有扩增出条带，因此，分析报告将淘汰这些SSR标记。其余剩下的146个SSR标记扩增出440个条带，平均每个样扩出2.99个，每条引物扩出的条带介于2到9条之间（表1，表S2）。SSR标记位点范围多态性指数（PIC）介于0.01到0.75之间，平均PIC值为0.38（表1；表S2）。基因多态性指数范围介于0.01到0.51之间，平均值为0.01。在本次研究中，86个出现概率小于1%的稀有等位基因位于66个基因位点上。在这些稀有等位基因当中，有13对是在栽培种“Nenghua 3”中发现的，10对是在栽培种“吉林四粒红”中发现的（表2，表3）。这两个品种是从吉林省采样的。稀有等位基因在南方品种中所占的比例是最高的，在北方栽培种中发现的比例最少。来自广东省的17个花生品种均含有稀有等位基因，而来自广州的花生栽培种均不含有稀有等位基因（表格2）。平均每个位点的等位基因数最多的品种要数来自南方的栽培种，而来自长江流域的栽培品种所含等位基因最少。平均基因多样性指数来自南方的栽培种最少，来自北方的次之(表2)。平均每个位点的等位基因数每十年在每个品种中增长，但是稀有等位基因的品种比例在每个品种中的比例也同时在减少。相反地，平均基因多样性指数和主要等位基因的参数变化幅度不大（表S3）。

亲缘关系

南北方栽培种存在的最大遗传距离为0.40。来自长江流域的栽培品种则与来自北方的栽培品种相似性很高，最大遗传距离为0.20。对于不同的省份，来自南方（福建、广东、广西）和来自北方的（山东、河南、河北、江苏）的遗传距离比来自其他地区的更大。山东的栽培品种与河南的栽培品种之间存在着很小的遗传距离，仅0.12。反之，来自吉林的栽培种与来自安徽、河南以及江苏的栽培品种之间存在着很大的遗传距离，有0.55（表4）。用F统计(F_st)方法来两两比对两种栽培种的F统计值得到的就是标准的种间遗传距离。F_st值往往与遗传距离一致。13个省份栽培品种的邻接关系树是基于种群间的相似性系数所建立的，通过邻接关系树可以看出南北花生栽培品种有着显著的差异(图1)。根据基于不同年份的146个SSR标记位点所得出的相似性系数来看，1970年之前所栽培的品种之间存在着较大的遗传距离，其他每一个十年遗传距离没有显著的改变（图S4），这表明在花生栽培种之间的多样性没有明显的改变。

种群结构

中国花生栽培品种的种群结构是基于146个SSR标记，结合使用2.0结构软件所推断出的。亚种数量（K），是由最大似然率Delta;K值所决定的（图S1）。在Delta;K=3时，栽培种被分成3个主要的种群，也就是这儿分别所指的P1，P2和P3（图.2a,表5）。P1包括77个品种，在这些品种当中，有64个来自南方地区，包括了广东、广西和福建；7个来自北方地区，包括山东、河南、吉林；6个来自长江流域，包括湖北、湖南和广州。