菊芋种质资源鉴定评价与遗传多样性研究

Jerusalem artichoke, as a high-speed developing and industrial crop in the Qinghai plateau, has been widely applied in the areas of new type sugar, bioenergy and functional feed in recent years. Breeding excellent Jerusalem artichoke varieties is an urgent demand of industrial development, and germplasm resources are the basis. Currently, the overseas and domestic research of Jerusalem artichoke germplasm system is limited, especially the less research of local germplasm in our country. Through years of hard work, Our research group has built the largest Jerusalem artichoke germplasm center in China by collecting about 300 wild species, cultivars and local species in most areas of our country, foreign centers of origin in North America and Europe . Therefore, on a basis of preliminary study, we intend to carry out the systemic identification and evaluation of the available germplasm resources as well as the research of genetic diversity in Jerusalem artichoke. It aims to establish the evaluation norms, distinguish the major germplasm molecular identity, build core germplasm and eliminate synonyms and homonym phenomena through various methods of morphology, palynology, cytology and molecular markers, and to reveal their genetic structure and relationship. It will not only help Jerusalem artichoke genetic diversity conservation and effective management, but also provide a theoretical basis for the full use of germplasm genetic improvement facilitating the development of Jerusalem artichoke.

菊芋是近年来青海高原发展迅速的特色经济作物，在新型糖料、生物能源和功能饲料等方面得到广泛应用。选育优良菊芋品种是产业发展的迫切要求，而种质资源是品种选育的基础。目前，国内外针对菊芋种质资源缺乏系统研究，尤其我国地方种质的研究更少。本课题组经过多年努力，收集引进了涵盖我国大部分区域以及国外包括北美起源中心和欧洲主栽地区的野生种、栽培种和地方种达三百余份，建成了国内最大的菊芋种质资源库。因此，本项目拟在前期工作的基础上，通过形态学、孢粉学和细胞学以及分子标记等多种方法，针对现有菊芋种质资源开展系统的鉴定评价和遗传多样性研究，旨在建立鉴定评价规范和主要种质的分子身份证并构建核心种质，消除同物异名和同名异物现象，揭示其遗传结构和亲缘关系，将有利于菊芋种质资源遗传多样性保护和有效管理，也为充分利用优异种质资源进行遗传改良以促进菊芋这一新兴产业发展升级提供理论依据。

菊芋是近年来发展迅速的特色经济作物，在新型糖料、生物能源和功能饲料等方面得到广泛应用。选育优良菊芋品种是产业发展的迫切要求，而种质资源是品种选育的基础。目前，国内外针对菊芋种质资源缺乏系统研究，尤其对于我国地方种质的研究更少。本研究针对已收集保存的350份国内外菊芋种质资源开展了形态学、分子标记、孢粉学和细胞学等多种方法结合的系统鉴定评价和遗传多样性研究，基于上述研究，构建了核心种质、主要品种分子指纹图谱以及种质资源描述规范。主要研究结果如下：1、菊芋种质资源的20个表型性状中，单株块茎重的变异系数最大，单株块茎数的多样性指数最高。相关性分析表明，茎粗、叶长、花盘直径可作为今后选育高产菊芋品种的指导目标性状。主成分分析发现花数量、单株块茎数量、块茎毛根量、块茎表皮光滑程度是构成表型差异的主要因素；2、基于表型数据构建核心种质，最终获得菊芋核心种质50份，保留了原种质的主成分，去掉了原种质的遗传冗余；3、RAPD、ISSR、SRAP标记对菊芋种质资源均可获得较高水平的遗传多样性，NJ聚类分析与STRUCTURE遗传结构分析结果相一致，均将种质资源群体分为4个亚群，倾向于按地理来源区分开，且亚群之间已出现较大程度的分化；4、用2对SSR引物和4对SRAP引物可将20个主要菊芋品种完全区分开，并构建出这些品种的数字化DNA指纹图谱；5、孢粉学研究发现，菊芋与向日葵花粉形态结构十分相似，16份菊芋种质资源花粉超微结构存在显著差异且按不同来源地呈现形态相似性；6、流式细胞法研究菊芋种质资源染色体倍性发现，群体并非全部为六倍体，发现来自中国和起源地美国的种质资源存在3个二倍体和25个四倍体；7、基于上述研究，形成了菊芋种质资源描述规范和数据标准。本研究初步揭示了现有菊芋种质资源群体的遗传结构和亲缘关系，将有利于其遗传多样性的保护和有效管理，也为充分利用优异种质资源进行遗传改良以促进菊芋这一新兴产业发展升级提供理论依据。