基于SSR的中国糜子种质资源遗传多样性研究

Broomcorn millet (Panicum miliaceum L.) is one of the oldest cultivated crops and its original center was in China, where exists abundant germplasm resources. However, due to limited knowledge of their genetic backgrounds, the utilization and breeding efficiency of the broomcorn millet germplasm resources are limited. We have integrated and analyzed the data of over 8000 broomcorn millet accessions derived from China and obtained the germplasm resources which could represent all accessions from various ecotypes. Here we propose to use 400 broomcorn millet accessions of different ecotypes and analyze their genetic diversity using SSR markers. Meanwhile, the single character involving in waxy trait is also investigated. Waxy trait is one of the important characters of broomcorn millet and was controlled by recessive alleles. Three waxy gene coding sequences have been identified in our previous experiment and we presume that there must be other genotypes in broomcorn millet accessions. Therefore, we propose to characterize the waxy genotypes of representative samples from each group as classified by SSR analysis of 400 accessions, in order to gain insight into the genetic diversity of the single trait. Through the analysis of genetic diversity by SSR and genotype diversity of waxy trait we aim to lay foundation for constructing core germplasms of broomcorn millet and hence facilitate its breeding and conservation.

糜子（Panicum miliaceum L.）是人类最古老的栽培作物之一，中国是糜子的起源地，因而种质资源极为丰富，但对其遗传背景了解甚少，严重影响了糜子种质资源利用和育种效率。我们通过对全国8000余份遗传资源的数据整合和分析，已经获得代表不同生态区的种质。本项目拟用不同生态区的400份糜子种质资源为试材，采用SSR方法，分析我国糜子资源的遗传多样性。同时，我们也拟从单一性状考察我国糜子资源的遗传差异。糯性（waxy）是糜子的重要性状之一，该性状由隐性等位基因控制，我们前期研究已发现3种waxy基因型，推测很可能还存在其它基因型，因此我们将用SSR对400份资源的遗传背景聚类，从每个类别中选取一定比例的资源，对其进行waxy基因型分析，从单个性状的基因型分析资源的多样性。通过SSR和单个性状的遗传背景多样性分析，可以为我国糜子的核心种质资源构建提供理论基础，推动糜子育种和种质资源管理。

糜子是世界上最早驯化的作物之一，一万年前就在中国广泛种植。中国是糜子的起源地，糜子资源丰富。搞清这些资源的遗传背景，可为糜子起源进化和育种研究提供理论基础。①整合分析中国现有糜子种质资源数据，发现中轻度落粒性和株高较高（高产潜势）存在协同选择效应。② 利用前人设计的15对SSR引物荧光标记后检测来源于中国不同生态栽培区的糜子资源的遗传多样性，结果检测到107个等位变异，平均每个位点等位变异数为7个，高于以往检测结果；平均多态性信息含量为0.4864，高于前人研究结果。基于模型的遗传结构和遗传距离均将试验材料聚为4个类群，均与材料的地理起源相关。糜子遗传变异丰富，主要存在于糜子材料间。该结果从分子水平上准确揭示了中国糜子的遗传多样性。③ 基于糜子转录组数据挖掘构建85对四、五、六碱基重复的SSR引物，用其检测96份中国糜子的遗传差异，基于遗传距离将试材聚为4个群组；基于转录组测序数据设计并筛选63对二、三碱基重复的SSR引物检测192份世界糜子资源的遗传差异，基于遗传距离频率的UPGMA法将材料聚为三类群组，中国材料分布于2个群组。④ 测定了糜子胚乳淀粉含量，发现中国糜子淀粉含量为57.69-74.70%，直链淀粉和支链淀粉含量分别为0-23.29%和41.99-70.24%。对照I2-KI染色表型鉴定和GBSSI基因分型结果，发现控制中国糜子糯性位点的waxy基因具两种基因型S-15/LF和S-15/LY，分别占全部种质资源的45%和7%；同时在L位点发现了6个新的SNP（2337 bp处T 插入，1888 bp处C替换T，2170 bp处G替换A，2274 bp处G替换C，2300 bp处C替换G、2350 bp处C替换G）和3种新的糯质基因型（一个等位基因在外显子10处出现15bp缺失，另一个等位基因为2113bp处A插入的同时，分别伴随G(2350)→C、C(2274)→G和2337bp处T插入）。