基于反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子及簡(jiǎn)單重復(fù)序列標(biāo)記的裸大麥遺傳多樣性研究

王國(guó)榮，華 為，陳功海，龍周鍇，李 博，張文英，徐延浩，*

(1.主要糧食作物產(chǎn)業(yè)化湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心/長(zhǎng)江大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，湖北 荊州 434025； 2.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 作物與核技術(shù)利用研究所，國(guó)家大麥改良中心，浙江 杭州 310021； 3.荊州市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，湖北 荊州 434000)

裸大麥(青稞)是青藏高原地區(qū)最重要的糧食作物，但其育成品種與種質(zhì)資源材料的遺傳多樣性水平存在爭(zhēng)議。孟凡磊等[1]、楊平等[2]的研究認(rèn)為，川藏地區(qū)育成青稞品種的遺傳多樣性較低。曾興權(quán)等[3]的研究表明，同一來(lái)源地區(qū)的青稞育成品種遺傳基礎(chǔ)較為狹窄，但不同地區(qū)間的遺傳差異較大。Feng等[4]、賴勇等[5]和巴桑玉珍等[6]利用簡(jiǎn)單重復(fù)序列(simple sequence repeat，SSR)標(biāo)記對(duì)青藏地區(qū)青稞品種與資源材料的群體遺傳結(jié)構(gòu)、地理分化及與重要農(nóng)藝性狀的關(guān)聯(lián)分析進(jìn)行研究，認(rèn)為青稞育成品種遺傳基礎(chǔ)較為狹窄，但種質(zhì)資源的遺傳多樣性較高。

反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子是高等植物基因組中廣泛存在的一類可移動(dòng)的DNA元件[7]，是植物基因組進(jìn)化的重要?jiǎng)恿8-10]，參與植物性染色體形成[10]。反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子是大麥基因組的重要組成部分[11]，是大麥基因組響應(yīng)外界脅迫的重要元件[12-13]，并能介導(dǎo)基因缺失[13]，在大麥基因組進(jìn)化中具有重要作用[13-14]。反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子標(biāo)記具有靈敏度高、基因組覆蓋度廣、多態(tài)性高等特點(diǎn)，適用于遺傳多樣性研究及種質(zhì)資源鑒定[15-17]。利用分子標(biāo)記進(jìn)行遺傳多樣性分析、指紋圖譜構(gòu)建、關(guān)聯(lián)分析研究的報(bào)道在動(dòng)植物中都較為常見(jiàn)[18-20]，然而利用反向反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子擴(kuò)增多態(tài)性(inter-retrotransposon amplified polymorphism,IRAP)、反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子-微衛(wèi)星擴(kuò)增多態(tài)性(retrotransposon-microsatellite amplified polymorphism,REMAP)等反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子標(biāo)記進(jìn)行大麥遺傳群體結(jié)構(gòu)研究的報(bào)道較少[17]，至今未見(jiàn)利用IRAP、REMAP揭示裸大麥育成品系及資源材料遺傳多樣性和遺傳結(jié)構(gòu)的報(bào)道。

鑒于此，本研究選取63份來(lái)自不同地區(qū)的裸大麥品系及西藏裸大麥資源材料，利用10對(duì)REMAP標(biāo)記、13對(duì)IRAP標(biāo)記對(duì)這些材料的遺傳多樣性及群體遺傳結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，并與SSR標(biāo)記揭示的遺傳多樣及群體結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較分析，從反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子角度豐富裸大麥的遺傳多樣性研究，提供新穎的遺傳多樣性資料，以期更好地解析裸大麥的遺傳基礎(chǔ)，為裸大麥及其種質(zhì)資源的高效利用提供更多依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試63份裸大麥材料包含36份青海品系、9份西藏野生資源材料、4份西藏品系、5份云南品系、3份江蘇品系、2份國(guó)外材料，以及湖北、甘肅、黑龍江、浙江材料各1份(表1)。供試青海、西藏品系由拉薩市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所提供。供試西藏野生材料由武漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院丁毅教授提供。其他材料由浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物與核技術(shù)利用研究所國(guó)家大麥改良中心提供。

PCR體系中所用10×buffer、Mg2+、dNTPs、TaqDNA聚合酶均購(gòu)自上海博彩生物科技有限公司，引物由南京金斯瑞生物科技有限公司合成。

1.2 DNA提取

取三葉期新鮮葉片，用CTAB小樣法提取基因組DNA，瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)所提DNA的質(zhì)量，NanoDrop 2000c超微量分光光度計(jì)測(cè)定DNA濃度，-80 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>

表1供試裸大麥材料的名稱和來(lái)源

Table1Name and origin of hulless barley accessions used in this study

編號(hào)名稱來(lái)源編號(hào)名稱來(lái)源No．NameOriginNo．NameOrigin1東北186Dongbei186黑龍江Heilongjiang33北青2Beiqing2青海Qinghai2甘青4Ganqing4甘肅Gansu34北青3Beiqing3青海Qinghai308?23476國(guó)外品系Foreignspecies35北青5Beiqing5青海Qinghai4鄂507Edamai507湖北Hubei36北青6Beiqing6青海Qinghai5蘇裸1號(hào)Suluo1江蘇Jiangsu37門(mén)農(nóng)1Mennong1青海Qinghai6蘇裸2號(hào)Suluo2江蘇Jiangsu38互青Huqing青海Qinghai7南京3Nanjing3江蘇Jiangsu39福8?4Fu8?4青海Qinghai8Inbyf?08?11歐洲Europe40福8?6Fu8?6青海Qinghai9紫點(diǎn)裸Zidianluo青海Qinghai41高原早1號(hào)Gaoyuanzao1青海Qinghai10紫黑青裸Ziheiqingluo青海Qinghai42昆侖1Kunlun1青海Qinghai11青海1Qinghai1青海Qinghai43昆侖3Kunlun3青海Qinghai12青海2Qinghai2青海Qinghai44昆侖10Kunlun10青海Qinghai13青海3Qinghai3青海Qinghai45短芒青裸Duanmangqingluo西藏Tibet14青海4Qinghai4青海Qinghai46藏青26Tibet26西藏Tibet15青海5Qinghai5青海Qinghai47仁比16Renbi16西藏Tibet16青海6Qinghai6青海Qinghai481574?西藏Tibet17青海7Qinghai7青海Qinghai491578?西藏Tibet18青海8Qinghai8青海Qinghai501579?西藏Tibet19青海9Qinghai9青海Qinghai511585?西藏Tibet20青海10Qinghai10青海Qinghai521598?西藏Tibet21青海11Qinghai11青海Qinghai5380284?西藏Tibet22青海12Qinghai12青海Qinghai5480315?西藏Tibet23青海13Qinghai13青海Qinghai5580322?西藏Tibet24青海15Qinghai15青海Qinghai5680402?西藏Tibet25青海16Qinghai16青海Qinghai57藏320Tibet320西藏Tibet26青海17Qinghai17青海Qinghai58紫光芒166Ziguangmang166云南Yunnan27青海18Qinghai18青海Qinghai59黑麥10號(hào)Rye10云南Yunnan28青海19Qinghai19青海Qinghai60紫光芒Ziguangmang云南Yunnan29青海21Qinghai21青海Qinghai61云香Yunxiang云南Yunnan30青海130Qinghai130青海Qinghai62云裸1號(hào)Yunluo1云南Yunnan31青海132Qinghai132青海Qinghai63蕭山立夏黃Xiaoshanlixiahuang浙江Zhejiang32北青1Beiqing1青海Qinghai

標(biāo)*的系野生資源。

* indicated wild accessions.

1.3 反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子標(biāo)記分析

IRAP與REMAP標(biāo)記引物序列見(jiàn)表2。用于IRAP標(biāo)記的共有13對(duì)組合，分別為A1、A2、A3、A4、A10、A1+A11、A2+A11、A6+A13、A12+A13、A1+A2、A1+A5、A12+A14、A13+A14；用于REMAP標(biāo)記的共有10對(duì)組合，分別為A2+A15、A5+A16、A5+A15、A6+A16、A9+A15、A11+A16、A12+A15、A13+A15、A14+A15、A2+A16。

PCR擴(kuò)增體系(20 μL)：10×buffer 2 μL，25 mmol·L-1Mg2+1.6 μL，10 mmol·L-1dNTPs 0.4 μL，5 U·μL-1Taq酶0.3 μL，10 mmol·L-1引物各1 μL，50 ng·μL-1模板DNA 2 μL，ddH2O 11.7 μL。PCR擴(kuò)增程序：94 ℃預(yù)變性5 min；94 ℃變性30 s，54～58 ℃退火40 s，72 ℃延伸2 min，36個(gè)循環(huán)；72 ℃延伸10 min。

REMAP標(biāo)記PCR產(chǎn)物使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%的瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)，使用凝膠成像系統(tǒng)(Syngene， G：BOX-CHEMI-XRQ)記錄結(jié)果；IRAP標(biāo)記PCR產(chǎn)物使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的非變性聚丙烯酰胺凝膠電泳分離，硝酸銀染色檢測(cè)帶紋，數(shù)碼相機(jī)拍照記錄結(jié)果。

表2IRAP和REMAP引物序列

Table2Primer sequences of IRAP and REMAP

編號(hào)No．引物名稱Name引物序列Primersequence(5′→3′)A1Sukkula?E0228GGAACGTCGGCATCGGGCTGA2Sukkula?E9900GATAGGGTCGCATCTTGGGCGTGACA3BAGY?1?C2043TCGTCGCCGGCGTCATCTCCA4BAGY?1?4164CGATGTGTTACAGGCTGGATTCCA5Nikita?57CGGATTTGTTCAAGCCTAAACCA6BARE?1?5980?ACTAGGGCATAATTCCAACAAA7BARE?1?92460CTGGCTAGCCAACTAGAGGCTTGCA8BARE?1?E1814TTCCCATGCGACGTTCCCCAACA9BARE?1?C0700ACACACAAAGCATTCCTCCGGA10Sabrina?C0945GCAAGCTTCCGTTTCCGCA11Sukkula?91673TGTGACAGCCCGATGCCGACGTTCCA12BARE?1?5980?GCTAGGGCATAATTCCAACGA13BARE?1?5980?ACCCTAGGGCATAATTCCAACACCA14BARE?1?5980?GTCTAGGGCATAATTCCAACGTA15GA9ACGAGAGAGAGAGAGAGAGAACA16GA9CGAGAGAGAGAGAGAGAGAC

1.4 SSR標(biāo)記分析

SSR標(biāo)記引物及其染色體位置信息由澳大利亞莫道克大學(xué)李承道教授提供(表3)。SSR擴(kuò)增體系(10 μL)：10×buffer 1.0 μL，25 mmol·L-1Mg2+0.8 μL，10 mmol·L-1dNTPs 0.2 μL，5 U·μL-1TaqDNA聚合酶0.15 μL，10 μmol·L-1正反向引物各0.5 μL，50 ng·μL-1模板DNA 2 μL，ddH2O 4.85 μL。SSR標(biāo)記PCR擴(kuò)增程序：95 ℃預(yù)變性4 min；94 ℃變性30 s，54～61 ℃退火50 s，72 ℃延伸50 s，33個(gè)循環(huán)；72 ℃延伸10 min。SSR標(biāo)記PCR產(chǎn)物使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的非變性聚丙烯酰胺凝膠電泳分離，硝酸銀染色檢測(cè)帶紋，數(shù)碼相機(jī)拍照記錄結(jié)果。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

IRAP、REMAP和SSR標(biāo)記的結(jié)果以二進(jìn)制和基因型記錄，同一位點(diǎn)上具有相同遷移率的條帶記為1，無(wú)帶記為0，同時(shí)以數(shù)字1、2、3 等代表不同等位基因。通過(guò)Popgene 32統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算基因頻率、Shannon指數(shù)等遺傳參數(shù)。以NTSYS-PC軟件計(jì)算遺傳相似性系數(shù)(genetic similarity coefficient，GS)，按照非加權(quán)平均法(unweighted pair-group method with arithmetic means,UPGMA)和SHAN 程序進(jìn)行聚類分析作圖。利用EIGEN程序進(jìn)行主坐標(biāo)分析。以Structure 2.3.1軟件分析群體遺傳結(jié)構(gòu)，估計(jì)最佳群體組群數(shù)(K)，取值范圍為1～11，將參數(shù)iterations設(shè)為10 000次，再將burn-in period設(shè)為100 000次，重復(fù)11次，計(jì)算Q參數(shù)。當(dāng)K值持續(xù)增大時(shí)，通過(guò)計(jì)算ΔK確定K值[21]。

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)記多態(tài)性分析

表3SSR標(biāo)記染色體位置及引物序列信息

Table3Information of SSR primers

REMAP標(biāo)記片段大小集中于500～3 000 bp之間(圖1-A)，10對(duì)標(biāo)記共檢測(cè)到143個(gè)等位變異，每標(biāo)記平均14.30個(gè)，變幅7～25個(gè)，其中有131個(gè)多態(tài)性位點(diǎn)，占總條帶數(shù)的91.61%，平均多樣性指數(shù)為0.303 3，每個(gè)位點(diǎn)的有效等位基因數(shù)為1.514 6。IRAP標(biāo)記條帶大小集中于500～2 000 bp(圖1-B)，13對(duì)標(biāo)記共檢測(cè)到315個(gè)等位變異，每標(biāo)記平均24.23個(gè)，變幅9～58個(gè)，其中有303個(gè)多態(tài)性位點(diǎn)，占總條帶數(shù)的96.19%，平均多樣性指數(shù)為0.268 2，每個(gè)位點(diǎn)的有效等位基因數(shù)為1.440 5。16對(duì)SSR標(biāo)記共檢測(cè)到38個(gè)等位變異(圖1-C)，每標(biāo)記平均2.38個(gè)，條帶集中于100～400 bp，其中有16個(gè)多態(tài)性位點(diǎn)，多態(tài)性位點(diǎn)百分率 100%，平均多樣性指數(shù)為0.342 8，每個(gè)位點(diǎn)的有效等位基因數(shù)為1.610 2。

標(biāo)記類型不同，單標(biāo)記所得條帶數(shù)及有效變異數(shù)差異明顯。SSR標(biāo)記單標(biāo)記平均貢獻(xiàn)2.38條條帶，平均有效變異數(shù)為2.38；REMAP標(biāo)記單標(biāo)記平均貢獻(xiàn)14.30條條帶，平均有效變異數(shù)為13.10；IRAP標(biāo)記單標(biāo)記平均貢獻(xiàn)24.23條條帶，平均有效變異數(shù)為23.31。較之SSR標(biāo)記，反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子標(biāo)記的單一標(biāo)記多態(tài)性位點(diǎn)貢獻(xiàn)率較高。

2.2 遺傳相似系數(shù)及主坐標(biāo)聚類分析

反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子標(biāo)記聚類結(jié)果顯示，63份裸大麥材料GS變幅為0.452～0.937，平均值0.674(圖2-A)。其中：紫光芒與紫光芒166間的GS值最大(0.931)，表明二者親緣關(guān)系最近；青海21與野生材料80322、80402的GS值最小(均為0.452)，表明其親緣關(guān)系較遠(yuǎn)(圖2-A)。在GS值0.620水平上，63份祼大麥材料分為2大類。第1大類可進(jìn)一步分為2個(gè)亞類，第1亞類由鄂507、蘇裸2號(hào)及Inbyf-08-11組成，第2亞類中包含8份栽培材料和9份野生材料。在GS值0.740水平上，第2亞類中的9份野生材料單獨(dú)聚為一個(gè)小類(圖2-A)，說(shuō)明反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子標(biāo)記可以很好地區(qū)分野生裸大麥材料與其他材料。第2大類在GS值0.680水平上以青海1為一個(gè)亞類，剩余42份材料為另一亞類。

反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子標(biāo)記主坐標(biāo)分析結(jié)果顯示(圖3-A)，反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子標(biāo)記將供試材料分為2大類。第1大類共20份材料包含3個(gè)亞類：第1個(gè)亞類包含鄂507、蘇裸2號(hào)、Inbyf-08-11；第2個(gè)亞類是9份野生材料；第3個(gè)亞類為其余8份材料。第2大類共43份材料，由青海1和其余42份材料組成。主坐標(biāo)分析結(jié)果與聚類分析結(jié)果一致度較高，材料所屬類群界限明顯。

SSR標(biāo)記聚類結(jié)果(圖2-B)顯示，63份裸大麥材料GS變幅為0.351～0.973，平均值0.716。其中：門(mén)農(nóng)1與青海7的GS值最大(1.000)，表明二者親緣關(guān)系較近，其次為北青3與青海7、北青3與門(mén)農(nóng)1，GS值均達(dá)到0.973；青海6與蘇裸2號(hào)的GS值最小(0.351)，表明二者親緣關(guān)系較遠(yuǎn)。聚類分析表明，在GS值0.620水平上63份裸大麥材料可分為2大類，其中蘇裸1號(hào)、蘇裸2號(hào)為第1類，其余的61份材料為第2類。第2類在GS值0.660水平上可分為2個(gè)亞類，大部分野生裸大麥(8份)包括在第1亞類的21份材料中，裸大麥1579和青海4等40份材料為第2亞類(圖2-B)。SSR標(biāo)記聚類結(jié)果中，野生裸大麥材料沒(méi)有被單獨(dú)聚為一類。

SSR標(biāo)記主坐標(biāo)分析結(jié)果(圖3-B)顯示，SSR標(biāo)記將供試材料分為2大類：第1大類包括黑麥10號(hào)等22份材料；第2大類包含2個(gè)亞類，即由紫光芒等21份材料組成的第1亞類和由青海8等20份材料組成的第2亞類。主坐標(biāo)分析中第1大類材料與GS聚類區(qū)分的第1大類及第2大類下的第1亞類(紫光芒除外)所屬材料一致，其他GS區(qū)分的第2類(紫光芒除外)所屬材料同主坐標(biāo)分析的第2類材料一致。

2.3 群體結(jié)構(gòu)分析

圖2 基于反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子標(biāo)記(A)及SSR標(biāo)記(B)的63份裸大麥材料聚類Fig.2 Cluster result of 63 parent materials based on retrotransposon markers (A) and SSR makers (B)

圖3 63份裸大麥親本材料反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子標(biāo)記(A)及SSR標(biāo)記(B)主坐標(biāo)分析聚類Fig.3 Principal coordinates analysis on 63 hulless barley germplasms with retrotransposon markers (A) and SSR markers (B)

基于反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子標(biāo)記的數(shù)據(jù)群體結(jié)構(gòu)分析表明，樣本的等位變異頻率特征類型數(shù)K呈持續(xù)增大趨勢(shì)，當(dāng)K=2時(shí)，ΔK值最大，據(jù)此將63份材料分成2個(gè)亞群(圖4-A)，分別包含20、43份材料，其中60份材料Q值大于0.7，表明這些裸大麥材料來(lái)源單一，遺傳背景簡(jiǎn)單，亞類間缺少基因交流(圖5-A)。同反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子標(biāo)記GS聚類及主坐標(biāo)分類2個(gè)類群的20、43份材料相比，分類一致。

基于SSR標(biāo)記的數(shù)據(jù)群體結(jié)構(gòu)分析顯示，樣本的等位變異頻率特征類型數(shù)K呈持續(xù)增大趨勢(shì)，當(dāng)K=2時(shí)，ΔK值最大，據(jù)此將63份材料分成2個(gè)亞群(圖4-B)，分別包括23、40份材料，其中58份材料Q值大于0.7。這再次證明了這些裸大麥材料來(lái)源單一，遺傳背景簡(jiǎn)單，亞類間缺少基因交流(圖5-B)。但與主坐標(biāo)分析、聚類分析所區(qū)分的材料大類、亞類所屬類群相比，無(wú)明顯重合性。

圖4 基于反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子標(biāo)記(A)和SSR標(biāo)記(B)數(shù)據(jù)的K值與ΔK折線圖Fig.4 ΔK with change of K values based on retrotransposon markers (A) and SSR makers (B)

圖5 基于反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子標(biāo)記(A)和SSR標(biāo)記(B)的63份大麥材料群體遺傳結(jié)構(gòu)分析Fig.5 Population structure of 63 hullness barley germplasms based on retrotransposon markers (A) and SSR markers (B)

3 討論

反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子標(biāo)記是鑒定和區(qū)分種質(zhì)資源材料的有效方法。基于IRAP與REMAP標(biāo)記可以區(qū)分葡萄牙歷史上育成的所有小麥品系[15]。Biswas等[22]在柑橘中的研究也表明，反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子標(biāo)記是區(qū)分柑橘及其近緣種的有效手段。Kim等[23]建立了基于反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子標(biāo)記的日本梨品質(zhì)識(shí)別方法。杜曉云等[24]利用IRAP 建立柿屬植物指紋圖譜，能有效區(qū)分芽變品種。肖炳光等[25]用 IRAP標(biāo)記的方法對(duì)烤煙品種擴(kuò)增，平均多態(tài)性比率達(dá)96%，顯著優(yōu)于其他測(cè)試標(biāo)記分析結(jié)果。

在本研究中，IRAP、REMAP、SSR標(biāo)記分別檢測(cè)到315、143、38個(gè)等位變化；變異范圍分別為9～58、7～25、2～4個(gè)，平均每對(duì)引物檢測(cè)到24.23、14.30、2.38個(gè)。賴勇等[5，26]利用SSR標(biāo)記對(duì)國(guó)內(nèi)外大麥材料進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)出的等位基因變異范圍為2～7個(gè)，平均每對(duì)標(biāo)記檢測(cè)2.9個(gè)。同這些研究相比，反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子標(biāo)記(IRAP、REMAP)檢測(cè)到的等位基因變異范圍更大，平均每個(gè)標(biāo)記檢測(cè)到變異數(shù)更多，說(shuō)明反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子水平上的遺傳多樣性分析能揭示更為豐富的裸大麥遺傳結(jié)構(gòu)信息，可為后續(xù)育種利用提供更多信息。

賴勇等[5]用SSR標(biāo)記檢測(cè)青稞材料的GS變幅為0.497～0.970，平均0.761；巴桑玉珍等[6]利用SSR標(biāo)記分析青稞耐寒資源的GS變化范圍為0.469～0.924，平均0.745；尚毅等[27]的研究表明，浙江省裸大麥地方品種遺傳多樣性水平較高。較以上研究，本研究揭示的裸大麥遺傳相似性系數(shù)變異幅度更大，GS平均值更小，親緣關(guān)系更遠(yuǎn)，這可能與本研究中試驗(yàn)材料地理來(lái)源豐富，并且使用了反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子及SSR兩種標(biāo)記有關(guān)。

基于數(shù)學(xué)模型的群體結(jié)構(gòu)分析中，本研究認(rèn)為這些裸大麥材料來(lái)源單一，遺傳背景簡(jiǎn)單，亞類間幾乎沒(méi)有基因交流，在育種利用的過(guò)程中，可以考慮加大不同類群裸大麥材料之間的交流。本研究SSR標(biāo)記的群體結(jié)構(gòu)分析與GS聚類結(jié)果差異較大，這可能是因?yàn)槿后w結(jié)構(gòu)分析可以降低人為主觀分類對(duì)關(guān)聯(lián)分析的影響，能更準(zhǔn)確地了解這些材料的遺傳背景[28]。群體結(jié)構(gòu)分析是關(guān)聯(lián)作圖的基礎(chǔ)，本研究基于2種標(biāo)記的群體結(jié)構(gòu)分析結(jié)果存在較大差異。在后續(xù)關(guān)聯(lián)分析中，應(yīng)充分考慮標(biāo)記類型對(duì)關(guān)聯(lián)分析結(jié)果的影響。

本研究中，反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子與SSR標(biāo)記的GS聚類都將63份裸大麥劃分為2個(gè)大的類群，但反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子標(biāo)記的GS聚類及主坐標(biāo)分析皆能將野生祼大麥單獨(dú)聚為一個(gè)小類，而SSR標(biāo)記聚類結(jié)果中野生裸大麥材料未能單獨(dú)聚為一類。這種差異可能是由不同標(biāo)記揭示了基因組不同類型和DNA多樣性所造成的。IRAP和REMAP反映基因組反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子區(qū)域的結(jié)構(gòu)變異，SSR標(biāo)記揭示的是基因組簡(jiǎn)單重復(fù)序列的多樣性。反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子在植物非生物脅迫應(yīng)答及基因組進(jìn)化中起著重要作用[29]。已有充分的證據(jù)表明，反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子驅(qū)動(dòng)了大麥基因組進(jìn)化，是大麥基因組響應(yīng)外界脅迫的重要元件[12-14]。西藏大麥材料基因組反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子區(qū)域出現(xiàn)了不同于其他材料的進(jìn)化模式是個(gè)值得進(jìn)一步研究的問(wèn)題。

本研究表明，多標(biāo)記協(xié)同檢測(cè)可以揭示材料間更豐富的遺傳背景差異。但本研究未能對(duì)不同標(biāo)記間檢測(cè)結(jié)果差異化的存在做更深入的探究?；诜崔D(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子的標(biāo)記較常規(guī)的SSR標(biāo)記，提供的信息豐富，用時(shí)少，費(fèi)用低[30]，而且具有檢測(cè)區(qū)域不同、靈敏度高、多態(tài)性好、基因組覆蓋度廣等諸多優(yōu)勢(shì)。對(duì)以上2種標(biāo)記協(xié)同區(qū)分裸大麥遺傳背景差異化的研究，將有利于發(fā)掘常規(guī)標(biāo)記檢測(cè)局限區(qū)域外有差異化的親本材料，對(duì)多標(biāo)記協(xié)同在遺傳多樣性分析、種質(zhì)鑒定、親緣關(guān)系分析及親本選配中的應(yīng)用提供了實(shí)例。

[1] 孟凡磊，強(qiáng)小林，佘奎軍，等. 西藏主要農(nóng)區(qū)青稞品種的遺傳多樣性分析[J]. 作物學(xué)報(bào)， 2007， 33(11): 1910-1914.

MENG F L， QIANG X L， SHE K J， et al. Genetic diversity analysis among hulless barley varieties from the major agricultural areas of Tibet[J].ActaAgronomicaSinica，2007，33(11):1910-1914. (in Chinese with English abstract)

[2] 楊平，劉仙俊，劉新春，等. 利用SRAP標(biāo)記研究四川高原青稞育成品種的遺傳多樣性[J]. 遺傳， 2008， 30(1): 115-122.

YANG P， LIU X J， LIU X C， et al. Genetic diversity analysis of the developed qingke (hulless barley) varieties from the plateau regions of Sichuan in China revealed by SRAP markers[J].Hereditas， 2008， 30(1): 115-122. (in Chinese with English abstract)

[3] 曾興權(quán)，王玉林，徐齊君，等. 利用SSR引物分析西藏青稞種質(zhì)資源的遺傳多樣性[J]. 麥類作物學(xué)報(bào)， 2013， 33(2): 260-267.

ZENG X Q， WANG Y L， XU Q J， et al. Asessment of geneic diversity in tibetan hulless barley germplasm (HordeumvulgareL.var.nudum HK.f.) by SSR primers[J].JournalofTriticeaeCrops， 2013， 33(2): 260-267. (in Chinese with English abstract)

[4] FENG Z Y， ZHANG L L， ZHANG Y Z， et al. Genetic diversity and geographical differentiation of cultivated six-rowed naked barley landraces from the Qinghai-Tibet plateau of China detected by SSR analysis[J].GeneticsandMolecularBiology， 2006， 29(2): 330-338.

[5] 賴勇，王晉民，任龍，等. 大麥SSR標(biāo)記遺傳多樣性及連鎖不平衡分析[J]. 核農(nóng)學(xué)報(bào)， 2016， 30(10): 1889-1897.

LAI Y， WANG J M， REN L， et al. Genetic diversity and linkage disequilibrium analysis of barley using SSR markers[J].JournalofNuclearAgrictulturalSciences， 2016， 30(10): 1889-1897. (in Chinese with English abstract)

[6] 巴桑玉珍，劉新春，付國(guó)勇，等. 青藏高原青稞耐寒種質(zhì)資源基于SSR標(biāo)記的遺傳多樣性及群體結(jié)構(gòu)分析[J]. 麥類作物學(xué)報(bào)， 2017， 37(1): 40-47.

BASANG Y Z， LIU X C，F(xiàn)U G Y， et al. Genetic diversity and population structure analysis of hulless barley with cold tolerance from the Qinghai-Tibetan plateau revealed by SSR markers[J].JournalofTriticeaeCrops， 2017， 37(1): 40-47. (in Chinese with English abstract)

[7] KALENDAR R， FLAVELL A J， ELLIS T H N， et al.Analysis of plant diversity with retrotransposon-based molecular markers[J].Heredity， 2011， 106(4): 520-530.

[8] TSIANTIS M. A transposon in tb1 drove maize domestication[J].NatureGenetics， 2011， 43(11): 1048-1050.

[9] WICKER T， MAYER K F X， GUNDLACH H， et al. Frequent gene movement and pseudogene evolution is common to the large and complex genomes of wheat， barley， and their relatives[J].ThePlantCell， 2011， 23(5): 1706-1718.

[10] WICKER T， YU Y， HABERER G， et al. DNA transposon activity is associated with increased mutation rates in genes of rice and other grasses[J].NatureCommunications， 2016， 7: 12790.

[11] 李書(shū)粉，李莎，鄧傳良，等. 轉(zhuǎn)座子在植物 XY 性染色體起源與演化過(guò)程中的作用[J]. 遺傳， 2015， 37(2): 157-164.

LI S F， LI S， DENG C L， et al. Role of transposons in origin and evolution of plant XY sex chromosomes[J].Hereditas， 2015， 37(2): 157-164. (in Chinese with English abstract)

[12] CAMPBELL B C， LEMARE S， PIPERIDIS G， et al. IRAP， a retrotransposon-based marker system for the detection of somaclonal variation in barley[J].MolecularBreeding， 2011， 27(2): 193-206.

[13] SHANG Y， YANG F， SCHULMAN A H， et al. Gene Deletion in barley mediated by LTR-retrotransposonBARE[J].ScientificReports， 2017， 7:43766.

[14] MASCHER M， GUNDLACH H， HIMMELBACH A， et al. A chromosome conformation capture ordered sequence of the barley genome[J].Nature， 2017， 544(7651): 427-433.

[15] CARVALHO A， GUEDES-PINTO H， MARTINS-LOPES P， et al. Genetic variability of old Portuguese bread wheat cultivars assayed by IRAP and REMAP markers[J].AnnalsofAppliedBiology， 2010， 156(3): 337-345.

[16] KALENDAR R， GROB T， REGINA M， et al. IRAP and REMAP: two new retrotransposon-based DNA fingerprinting techniques[J].TheoreticalandAppliedGenetics， 1999， 98(5): 704-711.

[17] SINGH S， NANDHA P S， SINGH J. Transposon-based genetic diversity assessment in wild and cultivated barley[J].TheCropJournal， 2017， 5(4): 296-304.

[18] 張志仙，何道根，朱長(zhǎng)志， 等.青花菜種質(zhì)資源遺傳多樣性的SSR分析[J]. 浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)， 2017， 29(2): 228-235.

ZHANG Z X， HE D G， ZHU C Z， et al. Genetic diversity analysis ofBrassicaoleraceaL. var.italicawith SSR markers[J].ActaAgriculturaeZhejiangensis， 2017， 29(2): 228-235. (in Chinese with English abstract)

[19] 張安世，張素敏，范定臣，等. 皂莢種質(zhì)資源 SRAP 遺傳多樣性分析及指紋圖譜的構(gòu)建[J]. 浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)， 2017， 29(9): 1524-1530.

ZHANG A S， ZHANG S M， FAN D C， et al. Genetic diversity and fingerprints ofGleditsiasinensisgermplasm based on SRAP[J].ActaAgriculturaeZhejiangensis， 2017，29(9): 1524-1530. (in Chinese with English abstract)

[20] 黃孫平，陳黎，戴麗荷，等.雞PRLR腳基因多態(tài)位點(diǎn)檢測(cè)及其與產(chǎn)蛋性狀的關(guān)聯(lián)分析[J]. 浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)， 2015， 27(7): 1141-1147.

HUANG S P， CHEN L， DAI L H， et al. Polymorphism analysis of chicken PRLR genes and their association with layillg performances[J].ActaAgriculturaeZhejiangensis， 2015， 27(7): 1141-1147. (in Chinese with English abstract)

[21] EVANNO G， REGNAUT S， GOUDET J. Detecting the number of clusters of individuals using the software STRUCTURE: a simulation study[J].MolecularEcology， 2005， 14(8): 2611-2620.

[22] BISWAS M K， BAIG M， CHENG Y J， et al. Retro-transposon based genetic similarity within the genusCitrusand its relatives[J].GeneticResourcesandCropEvolution， 2010， 57(7): 963-972.

[23] KIM H， TERAKAMI S， NISHITANI C， et al. Development of cultivar-specific DNA markers based on retrotransposon-based insertional polymorphism in Japanese pear[J].BreedingScience， 2012， 62(1): 53-62.

[24] 杜曉云，羅正榮. 部分柿屬植物IRAP反應(yīng)體系的建立和指紋圖譜構(gòu)建[J]. 農(nóng)業(yè)生物技術(shù)學(xué)報(bào)， 2016， 14(6): 931-936.

DU X Y， LUO Z R.Establishment of the inter-retrotransposon amplified polymorphism (IRAP) reaction system and construction of fingerprint in someDiospyrosspp.[J].JournalofAgriculturalBiotechnology， 2016， 14(6): 931-936. (in Chinese with English abstract)

[25] 肖炳光，楊本超. 利用IRAP標(biāo)記分析烤煙品種間遺傳差異[J]. 西北植物學(xué)報(bào)， 2006， 26(6) : 1119-1124.

XIAO B G， YANG B C. Analysis of genetic differences among flue-cured tobacco varieties by IRAP markers[J].ActaBotanicaBoreali-OccidentaliaSinica， 2006， 26(6) : 1119-1124. (in Chinese with English abstract)

[26] 賴勇，賈建磊，王晉民，等. 外引大麥SSR標(biāo)記遺傳多樣性及其與農(nóng)藝性狀的關(guān)聯(lián)分析[J]. 麥類作物學(xué)報(bào)， 2017， 37(2): 197-204.

LAI Y， JIA J L， WANG J M， et al. Analysis of genetic diversity and association with agronomic traits in barley (HordeumvulgareL.) introduced from abroad using SSR markers[J].JournalofTriticeaeCrops， 2017， 37(2): 197-204. (in Chinese with English abstract)

[27] 尚毅，華為，朱靖環(huán)，等. 浙江省裸大麥地方品種遺傳多樣性分析[J]. 麥類作物學(xué)報(bào)， 2014， 34(7): 922-928.

SHANG Y， HUA W， ZHU J H， et al. Genetic diversity of hulless barley landraces in Zhejiang[J].JournalofTriticeaeCrops， 2014， 34(7): 922-928. (in Chinese with English abstract)

[28] GUPTA P K， RUSTGI S， KULWAL P L. Linkage disequilibrium and association studies in higher plants: present status and future prospects[J].PlantMolecularBiology， 2005， 57(4): 461-485.

[29] 王石平，張啟發(fā).高等植物基因組中的反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子[J].植物學(xué)報(bào)，1998， 40(4): 291-297.

WANG S P，ZHANG Q F.Retrotranspoons in the genomes of higher plants[J].ActaBotanicaSinica， 1998， 40(4): 291-297. (in Chinese with English abstract)

[30] SMYKAL P. Development of an efficient retrotransposon-based fingerprinting method for rapid pea variety identification[J].JournalofAppliedGenetics， 2006,47(3): 221-230.