长白山笃斯越桔种质资源遗传多样性及优异种质的发掘

Vaccinium uliginosum (Vaccinium uliginosum Linn.) is an important wild berry in Ericaceae Vaccinium species. In China, it is mainly distributed in Da Hinggan Mountain, Inner Mongolia and Changbai Mountain etc. The berry has a higher economic value. However, it is not yet cultivated and utilized. After years of research, we found that the Vaccinium uliginosum germplasm resources are extremely abundant of Changbai Mountain area. With plentiful genetic diversity in fruit size, fruit color, plant type, leaf type, flower color, chromosome number etc. Alpine Vaccinium uliginosum, gingko Vaccinium uliginosum, variant fruit type is still controversial in taxonomic status. This project aims at Vaccinium uliginosum natural populations of different altitude and geographical distribution as material. To study the genetic diversity and structure of Changbai Mountain vaccinium uliginosum natural populations, we will use EST-SSR, DNA sequence of chloroplast and nuclear genome. We will also investigate the morphological characters and analyzed the main nutritional components of Vaccinium uliginosum. And identify the chromosomal ploidy of Vaccinium uliginosum. We will solve the problems of science are as follows: the distribution pattern of genetic variation in populations and geographic level; genetic classification status of specific germplasm resources; the causes of genetic diversity formation, maintenance and control mechanisms; and whether the special populations contains special genetic resources or not. On the basis, to further explore and preserve the excellent germplasm resources with high anthocyanin content, high sugar, low acid, large fruit type etc. Lay the foundation for efficient utilization of scarce resources.

笃斯越桔是杜鹃花科越桔属野生浆果，在我国主要分布在大兴安岭、内蒙古、长白山区等地，其浆果经济价值极高，但目前还未栽培利用。经多年研究发现，长白山区笃斯越桔种质资源十分丰富，在果实大小、果实颜色、株型、叶型、花色、染色体数目等方面具有较丰富的遗传多样性，高山笃斯越桔、白果笃斯越桔、各种果形变型在分类地位上尚存在争议。本研究拟以不同海拔、地理分布的天然居群笃斯越桔为材料，通过形态性状调查，主要营养成分及代谢产物分析、染色体倍性鉴定等手段，并利用EST-SSR、叶绿体、核基因组的DNA序列系统研究长白山笃斯越桔天然群体的遗传多样性和遗传结构；研究各类遗传变异在种群和地理水平上的分布格局；探讨特异种质资源的遗传分类地位；解析遗传多样性形成原因及其维持、调控机制，以及特殊种群中否蕴涵特殊遗传资源等科学问题，在此基础上发掘高花青苷含量、高糖、低酸、大果型优异种质资源，为珍稀资源的高效利用奠定基础。

本项目以不同天然居群的长白山、大兴安岭笃斯越桔种质资源为试材，系统解析了遗传多样性、表型多样性、果实主要营养成分和代谢组分变异，探讨了特异种质资源的分类地位。结果表明：1.描述型性状Shannon-Weiner多样性指数在0.26-0.95之间。数量性状的多样性指数在3.585-4.633之间，数量性状的变异系数在6.96%-52.66%之间，居群内变异是表型变异的主要来源。2.基于matK基因序列可将94个笃斯越桔特异种质资源样本分为4支，基于SRAP标记可将供试的所有类型划分为5类，相同类型、相同采样地的样本普遍聚为一个分支。发现了2个可能作为鉴定白果笃斯越桔的分子标记的条带。综合分析认为高山越桔和其他类型分别为笃斯越桔的两个亚种，其中椭圆果形为圆果的变型，白果笃斯越桔为变种。3.果糖和葡萄糖是笃斯越桔果实中主要糖分，奎宁酸、柠檬酸和苹果酸是主要酸组分；DFHⅠ居群的糖含量及糖酸比最高，酸含量较低。共检测出15种花青苷成分，Mal-glu，Pet-glu，Del-glu是含量最高的3种，占总花青苷平均含量的61.58%。居群内和居群间的果实糖酸、果实总黄酮、总花青苷及总酚含量有显著差异且与空间分布有一定的相关性。4.基于叶绿体matK序列及单倍型分析结果显示中国笃斯越桔天然居群遗传多样性水平较低，共划分出25种单倍型，单倍型多样性(Hd)范围在0-0.593之间，核苷酸多样性（π）范围在0-0.00423之间，各单倍型均呈现明显的地理分布特征。分子变异分析（AMOVA）结果表明遗传变异主要发生在群体间，Mantel检测结果表明群体间的遗传距离和地理距离呈显著正相关。基于SSR分析结果表明中国笃斯越桔天然群体遗传多样性同样较低（He=0.5730）。各居群期望杂合度（He）范围在0.5128-0.5787之间，群体间差异较小。群体XL遗传变异程度最高，而且群体规模较大，应该优先保护。STRUCTURE分析结果表明12个笃斯越桔群体可以分为2个亚群，长白山亚群混合基因型比例高于大兴安岭亚群。综上所述，地理隔离与无性繁殖等原因导致我国笃斯越桔遗传多样性较低，但不同地理分布的资源遗传差异较大，表型变异和特异种质资源比较丰富，可以采用原生境和迁地保护方案保护野生资源，挖掘优异种质进行驯化栽培和育种，可实现种质资源的可持续发展。