中国李(PrunusSalicinaLindl.)初级核心种质资源的构建与评价

1、中国李(PrunusSalicinaLindl.)初级核心种质资源的构建与评价论文导读:：核心种质的构建不仅能够提高种质资源的保存效率、方便资源的管理，而且有利于种质资源的深入研究和种质创新。本文以国家果树种质熊岳李杏圃中保存的405份中国李为材料，依据46个农艺性状的鉴定数据，在按品种类群和杂交类型分组的根底上采用S策略和优化后的最小距离逐步取样法 Core collection 28 13 22 15 19 97 所占比例 (%) Proportion (%) 20.44 28.26 19.13 36.59 28.79 23.95 Sampling proportions and numb

2、erof primary core collections within different groupstable11.4取样方法1.5核心种质代表性检验和评价2结果与分析2.1分级性状的多样性评价表2中国李初级核心种质分级性状的多样性评价 平均多态位点百分率P Average percentage of polymorphic loci 平均Neis遗传多样性H Average Neis genetic diversity 平均相对性状个数A Average observed number of trait 平均Shannon-Weaver多样性指数I Average Shannons i

3、nformation index 原始群体 Whole collection 38.24% 0.520 2.371 0.939 核心种质 Core collection 35.29% 0.552 2.516 0.990 Evaluation of diversity indexesof grading traits in candidate core collection of Chinese plumtable2根据405份中国李种质资源的46个性状，利用优化LDSS法进行抽样构建出约占原始群体24%的初级核心种质站大全。借助分子标记多样性的评价方式，本文将同一性状内的不同类型(或分级)看作

4、为同一位点的不同等位基因，从表2可以看出，初级核心种质与原始群体间分级性状的遗传多样均有一定的改变，其中初级核心种质的平均Neis遗传多样性、平均相对性状数和平均Shannon-Weaver多样性指数均比原始群体有所增加，平均多态性位点百分率减少。这主要是由于通过抽样后初级核心种质群体中一些稀有性状类型(或分级)所占比例增加造成的。利用2统计量检测核心种质库与原始群体间不同性状间频率分布的差异，结果显示性状间频率差异百分率FD%为32.35%。这说明，与原始群体相比，初级核心种质中虽然一些稀少性状类型(或分级)的频率有所增加，并且抽样后同性状内的不同类型(或分级)也发生了改变，但大多数性状内各

5、类型(或分级)的出现频率并未产生显著变化，根本保存了原始群体中所有性状的不同类型(或分级)，原始群体内129个不同类型(或分级)中仅有5个出现频率低于1%的稀有类型在中国李初级核心种质中产生缺失。2.2数量性状的多样性评价在抽取初级核种质的过程，各数量性状的平均值和变化幅度都往往会发生变化。与原始群体相比，初级核心种质中大多数数量性状的平均值呈现出增大变化，其中一年生枝条粗度变化最大农业论文，比原种质群体增加了8%；而初级核心种质中叶片长度、叶片宽度和叶柄长度的平均值与原始群体相比有所下降，但降低最多的叶片宽度也仅低于原始群体平均值的6%如表3。这说明最终核心种质各数量性状的平均值呈现出变动，

6、但这种变动不大。通过最大值和最小值的比拟发现，剔除冗余材料后，初级核心种质大多数数量性状的变异幅度都有所下降，其中可溶性糖极差的变化最大，降低了26%如表3。而各数量性状的方差变化量也有升有降，但其变化量也不是很大。表3中国李初级核心种质数量性状的多样性评价 性状 Character 全部种质 核心种质 显著性检测 M SD Min. Max. M SD Min. Max. MD VD CR(%) VR(%) 节间长度 Internode length /cm 1.71 0.44 1.00 3.40 1.75 0.46 1.02 3.00 N N 82.50 100.98 叶片长度 Leaf

7、length /cm 10.10 1.67 2.20 16.50 9.75 1.71 4.20 16.50 N N 86.01 105.69 叶片宽度 Leaf width/cm 4.96 1.21 1.13 8.30 4.66 1.21 1.13 8.30 N * 100.00 106.41 叶柄长度 Leaf stalk length/cm 1.43 0.35 0.50 2.70 1.37 0.35 0.60 2.30 N N 77.27 103.16 单果重 Fruit size /g 38.80 18.27 4.50 107.90 40.88 20.28 8.00 97.40 N N

8、86.46 105.36 一年生枝长 Branch Length /cm 77.53 18.81 24.00 140.00 78.15 17.76 32.00 120.00 N N 75.86 93.67 一年生枝粗 Branch Diameter /cm 0.70 0.23 0.33 1.97 0.75 0.26 0.33 1.69 * * 82.93 107.48 果实发育期 Fruit development period/d 99.92 14.84 65.00 170.00 102.52 18.44 65.00 170.00 * N 100.00 121.16 可溶性固形物 Solub

9、le solid content /% 12.82 2.14 6.90 21.10 12.84 2.32 7.60 20.10 N N 88.03 108.41 可溶性糖 Suger content/% 7.94 1.63 1.50 12.73 8.06 1.69 4.01 12.30 N N 73.82 101.92 可滴定酸 Acid content /% 1.35 0.42 0.32 4.24 1.40 0.53 0.32 4.24 N N 100.00 120.65 维生素C Vitamin C content /10-2mg/g 4.50 1.82 0.80 14.70 4.52 2

10、.04 0.90 10.80 N N 71.22 112.02 合计Sum / % 16.67 16.67 85.34 107.24 Evaluation of diversity indexesof quantitative traits in candidate core collection of Chinese plumtable3注： M, 平均值; SD, 标准差; Min，最小值；Max，最大值; MD，均值差异百分率；VD，方差差异百分率；CR, 极差符合度； VR, 方差差异百分率； N和*，分别表示在5%水平上差异不显著和差异显著。Note: M, Mean; SD, St

11、d. Deviation; Min.,Minimum;Max., Maximum; CR, coincidence rate of range, VR, variable rate ofcoefficient of variation; MD and VD, the percentage of significant differenceat a 5% level between the core collection and the whole collection for means andvariances of quantitative traits, respectively; N

12、and * indicate a lack of asignificant difference and a significant difference at a 5% level,respectively.构建的核心种质对各性状变异的持有量往往存在差异，剔除冗余材料后，有些性状的变异量会提高，也有些性状的变异量下降。单性状遗传变异的评价指标不适合对群体多样性的总评价，Hu等 在对性状均值差异进行t检验与方差差异进行F检验的根底上提出了均值差异百分率MD%、方差差异百分率VD%、极差符合率CR%和变异系数变化率VR%四个适合群体多样性评价指标，并指出均值差异百分率小于20%和极差符合率不低于

13、80%是检测核心种质代表原始群体的标准。本研究中国李初级核心种质的均值差异百分率和方差差异百分率均为16.67%；极差符合率为85.34%；变异系数变化率为107.24%如表3所示。这说明抽样得到的中国李初级核心种质能够代表原有种质资源群体的遗传多样性。2.3相关性分析表4原始群体(右上角)与核心种质(左下角)各性状间的相关系数变化Table 4 Correlation coefficients of traitsin whole collection (above) and core collection (below) 节间长度 Internode length 叶片长度 Leaf len

14、gth 叶片宽度 Leaf width 叶柄长度 Leaf stalk length 单果重 Fruit size 一年生枝长 Branch Length 一年生枝粗 Branch Diameter 果实发育期 Fruit development period 可溶性固形物 Soluble solid content 可溶性糖 Suger content/% 可滴定酸 Acid content 维生素C Vitamin C content 节间长度 Internode length -0.176 -0.225 -0.136 0.347 0.325 0.293 0.100 0.064 0.164

15、 0.063 -0.080 叶片长度 Leaf length -0.054 0.630 0.323 -0.046 -0.042 0.009 0.025 0.099 0.024 0.020 -0.108 叶片宽度 Leaf width -0.185 0.691 0.365 -0.165 -0.044 -0.017 -0.028 0.162 0.037 0.076 -0.172 叶柄长度 Leaf stalk lengt -0.168 0.354 0.374 0.159 -0.070 -0.025 -0.216 -0.010 -0.062 0.114 0.087 单果重 Fruit size 0.

16、171 -0.117 0.113 0.183 0.147 0.099 0.144 -0.169 -0.016 -0.099 0.153 一年生枝长 Branch Length 0.218 0.140 -0.002 0.301 -0.063 0.494 0.003 -0.093 0.084 0.068 0.064 一年生枝粗 Branch Diameter 0.035 0.235 0.121 0.013 0.043 -0.051 -0.099 -0.052 0.075 0.063 -0.078 果实发育期 Fruit development period 0.129 0.072 0.019 -0

17、.210 -0.143 0.319 -0.033 0.217 0.158 -0.117 -0.196 可溶性固形物 Soluble solid content 0.217 0.017 -0.028 -0.123 0.100 -0.019 -0.007 0.244 0.425 0.027 -0.142 可溶性糖 Suger content 0.231 -0.132 -0.158 -0.243 0.070 0.037 -0.129 0.259 0.570 -0.239 -0.113 可滴定酸 Acid content -0.040 0.031 0.088 0.188 -0.014 -0.114 0

18、.129 -0.207 -0.073 -0.444 0.027 维生素C Vitamin C content -0.128 -0.133 -0.149 0.213 0.127 0.146 -0.095 -0.243 -0.078 -0.159 0.135 注： 表示在0.01水平上相关性显著；表示在0.05水平上相关性显著。Note: Correlationis significant at the 0.01 level;Correlationis significant at the 0.05 level.在构建核心种质的过程中，适宜的取样策略应当考虑相互适应的复杂表型相关性的保持情况。而核

19、心种质的抽样常会引起复杂数量性状间的相关性发生改变，从表4可以看出，在构建核心种质前后农业论文，叶片长度、叶片宽度和叶柄长度三者之间的相关性均未发生改变；一年生枝条长度和节间长度间的相关性也未产生变化。在核心种质中果实发育期与果实内含物间仍然保持着显著的相关性。在核心种质中损失掉原始群体性状间相关系数r另外，从表5还可以看出，果实发育期与可溶性固形物含量、可溶性糖含量呈正相关；而与可滴定酸含量和Vc含量呈负相关站大全。这说明果实发育期越长，可溶性固形物含量和可溶性糖含量越高，而可滴定酸含量和Vc含量越低。2.4主成分分析表6主成分分析表Table 6 Major components anal

20、ysis 原始群体 Whole collection 核心种质 Core collection 主成分 Principal components 特征值 Eigenvalue 累积奉献率% Cumulative contributive percentage 特征值 Eigenvalue 累积奉献率% Cumulative contributive percentage 1 2.124 17.70 2.396 19.97 2 1.790 32.62 1.900 35.80 3 1.656 46.42 1.396 47.44 4 1.218 56.56 1.297 58.25 5 1.033 6

21、5.17 1.128 67.65 6 0.986 73.39 0.899 75.14 7 0.801 80.07 0.823 82.00 8 0.635 85.36 0.690 87.75 9 0.515 89.65 0.601 92.75 10 0.474 93.60 0.342 95.61 11 0.423 97.12 0.299 98.10 12 0.345 100.00 0.228 100.00 在核心种质构建过程中屡次聚类抽样也会影响原始群体遗传结构的变化。首先对原始群体和初级核心种质分别进行主成分分析，对12个数量性状进行主成分转换，再根据各个体的第1和第2主成分画出核心种质与原始

22、群体的样品分布近似图。主成分分析结果说明，初级核心种质和原始群体的各主成分具有较为相近的特征值及奉献率如表6。核心种质与原始群体第1和第2主成分对性状总变异的累积奉献率分别是32.62%和35.80%如表6，前2个主成分的二维分布图，近似地描画出样品材料在几何平面上的分布模式和特征。从图1左可以清楚地看出，原始群体较多的样品位于离散分布图的中心并存在相互的重叠，说明这些样品存在较高的遗传相似性，也反映出群体遗传冗余程度较高。通过屡次聚类抽样后的初级核心种质样品分布图仍能保持原始群体分布的几何形状和特征，并且原始群体较多外围的个体也被包括在初级核心种质中图1右。由此可以推断，采用优化LDSS法屡

23、次聚类抽取得到的中国李初级核心种质很好地保存住资源圃收集保存的中国李原始群体的遗传结构和多样性。3讨论与结论中国李栽培范围广，在我国没有明确的农业生态栽培区划分，因此在中国李初级核心种质构建过程中不可能其它作物那样完全按照生态区进行分组。本研究中虽然采用按品种来源地和杂交育种类型进行分组，但采用两步抽样农业论文，即先根据S策略采用优化LDSS法在各个小组内抽取30%样品，然后对各小组合并后的种质群体采用优化LDSS法进行再次压缩，最终保存整个原始群体的24%样品。这种两步抽样法可以有效地去除掉因人为分组而造成核心种质群体内出现冗余重复的材料。图1原始群体左与核心种质右基于主成分分析的散点分布图

24、Fig.1 Scatterdiagram for principal component analysis for the whole collection (left) andthe core collection (right)自核心种质概念提出以来，已开展了多种核心种质的构建方法，这些方法多基于不同的分层、聚类、主成分分析等与随机取样、优先取样等取样方法结合，并应用于不同植物资源群体核心种质的构建研究中。近年来越来越多的研究者都将取样方法集中在聚类分析上，例如随机逐步聚类取样SCR方法和最小距离逐步取样法LDSS已经被许多研究者应用。作者基于对普通杏初级核心种质构建的经验【7】，在本文研

25、究中继续采用优化后的LDSS法和两步抽样法构建出中国李的初级核心种质，并从不同方面用多个统计指标对该核心种质群体的代表性进行检测，结果说明该初级核心种质群体完全能够代表资源圃内收集的405份中国李种质资源的遗传多样性及其群体结构关系。对核心种质材料的遗传多样和代表性准确地检测是核心种质构建的最后一步关键工作。这一工作的主要内容是分析核心种质是否仍存在较多的遗传重复或冗余以及评价核心种质的多样性持有量是否偏低。评价核心种质是否很好地代表了原群体多样性的关键是选择评价遗传多样性的有效统计指标，主要包括离散型性状如局部质量性状、形态性状或者分子标记的遗传多样性评价和呈连续变异的数量性状的遗传多样性评

26、价指标【5】。评价离散型性状多样性的最常用指标是多态位点百分率、期望杂合度、Shannon-Weaver多样性息指数及有效等位基因数。分析这些多样性指标的计算公式可知，如果一个标记位点的各等位基因具有相同的频率，那么期望杂合度与有效等位基因数都到达各自的最大值；反之，当各等位基因的频率相差越大，这2个统计指标将越小。多态位点百分率只能够度量群体在分子标记水平位点多态性的丰富程度，无法检测等位基因或基因型频率差异的大小，而这种频率的差异可用期望杂合度和Shannon-Weaver多样性信息指数来检测。邱丽娟等认为，小于5%等位变异和小于1%等位变异这两种低频率等位变异稀有等位基因会随着取样比例的

27、降低而降低站大全。但由于样本的压缩，特异等位变异稀有等位基因所占比例也会增加，从而也会改变不同等位变异的均衡性。本文将同一性状内的不同类型(或分级)看作为不同等位基因，对中国李初级核心种质进行分析发现缺失了5个出现频率低于1%的稀有类型(或分级)农业论文，但却提高了其它低于5%的类型(或分级)出现频率，从而使稀少类型(或分级)有效地保存在核心种质材料中。在数量性状遗传变异量方面，对单个性状而言，方差和变异系数是较为有效的多样性评价指标。极差是群体中性状最大、最小值间的差值，度量了性状的变异幅度，但因其只决定于具有性状极端表现的两个个体，稳健性相对较差，易受抽样的影响。比方，假设先将具有性状极端表现的个体作为核心种质而抽取，那么不管其余样品如何抽取，最终子集将具有相同的极差，因此，该统计指标不能有效地度量群体的遗传变异量，需要结合方差和变异系数才能进行正确的多样性评价。核心种质是否应该保持原群体的性状均值是核心种质研究中值得商榷的问题，性状均值反映了变异的中心位置，是一个描述分布特征的重要参数。李自超等认为平均数或平均数离差不能作为一个核心种质的检验指标，因为对于非