杂草稻与栽培稻和野生稻的亲缘演化关系研究

【作者】 韩冰； 马小定； 崔迪； 王艳杰； 曹桂兰； 韩龙植；

【机构】 中国农业科学院作物科学研究所/国家农作物基因资源与基因改良重大科学工程/农业部作物种质资源与生物技术重点开放实验室；

【摘要】 近年来,稻田杂草稻对水稻生产的危害日益严重,在我国其蔓延面积已经达300多万公顷,导致每年水稻产量减少10%-20%。因此,杂草稻与其他种质类型间亲缘演化关系研究对于稻田杂草稻的防治和水稻稳产具有重要意义。本研究以来源于黑龙江、吉林、辽宁、宁夏、江苏、广东、广西等地的杂草稻、地方品种、选育品种和野生稻524份为试验材料,通过SSR荧光标记试验和单倍型分析,研究了杂草稻与选育品种、地方品种和野生稻之间的亲缘演化关系。基于SSR荧光标记试验的不同种质类型遗传多样性指数分析表明,Nei’s指数大小顺序为野生稻>杂草稻>地方品种>选育品种;UPGMA聚类分析表明,杂草稻均与其相应的本地地方品种聚在一起,存在籼粳分化;群体结构分析进一步表明,K=2时,所有种质被划分为籼稻与粳稻群体。AMOVA分子方差分析表明,供试种质遗传变异主要发生在各类型种质群体内部,其变异率为93.54%,种质类型间变异率为6.46%,选育品种、地方品种、杂草稻和野生稻种质群体内部遗传分化均显著(P<0.05);各种质类型间遗传分化系数Fst大小顺序为0.02411(杂革稻/地方品种)<0.05690(杂草稻/选育品种)<0.08385(杂草稻/野生稻)。基于对HD1、D3、SPY、DL、OMIN、MYB、Pita、Xa13、Zip85、BADH、HSP70和SNAC 12个核基因的核酸多样性及中性分析表明,核酸多样性Pi值大小顺序为野生稻(0.005893)>杂草稻(0.00259)>地方品种(0.002229)>选育品种(0.001672);单倍型多样性hd值大小顺序为野生稻(0.5116)>杂草稻(0.4536)>地方品种(0.4025)>选育品种(0.3715)。基于.BADH基因各种质类型的优势单倍型UPGMA聚类分析表明,杂草稻优势单倍型whap5、whap6和whap8为杂草稻、地方品种和选育品种所共有,杂草稻优势单倍型whap2为杂草稻和地方品种所共有,杂草稻优势单倍型whap7为杂草稻、地方品种和野生稻所共有,在单倍型演化过程中,选育品种逐渐失去了优势单倍型whap2和whap7。基于HD1基因的各种质类型优势单倍型UPGMA聚类分析表明,HD1-hap1单倍型由HD1-hap2演化而来,序列比对分析显示其单倍型间在演化过程中发生了A/C单碱基突变,野生稻逐渐丢失了HD1-hap1单倍型,杂草稻HD1-whap3单倍型和野生稻HD1-WLhap3演化过程中发生了单碱基T/C突变。AMOVA分子方差分析显示,杂草稻与其他种质类型间单倍型遗传分化系数Fst大小顺序为Fst1(杂草稻/地方品种)<Fst2(杂草稻/选育品种)<Fst3(杂草稻/野生稻)。总之,杂草稻与地方品种间遗传分化系数最小,分化程度最低,亲缘关系最近,各种质类型优势单倍型间存在基因交流和分化,单碱基突变或碱基插入缺失是发生杂草稻演化的重要原因。更多还原