基于SSR和ISSR标记的中国菰野生种质资源遗传多样性和遗传结构研究

Zizania latifolia, which is one of the four Zizania species, distributes in East Asia, while the other three Zizania in North America. Z. latifolia, as a resource of wild rice, can both grow in water or wetland widely in China. Meanwhile, Z. latifolia shows a broad resistance to pathogens. The grains of Z. latifolia have high levels of nutrients and medical values, and were regarded as an important cereal during Zhou and Tang dynasty. The wild rice Z. latifolia is not only an important gene pool for rice breeding, but also shows enormous ecological effects. At present, the basic information, such the status of wild populations, gene diversity, gene transfer between populations etc, is till obscure. In our previous study, 80 wild rice samples of 30 wild populations in the area of Poyang Lake were researched and polymorphic 20 pairs of SSR primers(288 polymorphic loci) and 14 ISSR primers(65 polymorphic loci), and were respectively screened from the 1113 pairs of rice SSR markers developed by our team and 100 ISSR primers by University of British Columbia, to examine genetic polymorphism. This project will utilize the previous screened primers, by means of statistical analysis software GenAlEx6, GENEPOP and Structure, and analyze the genetic diversity and heredity structure of wild Z. latifolia recourses in the top 10 drainage areas with a total of more than 44 typical lake areas or wetlands in China. This project will improve the basic information of Z. latifolia, and add more clues to the protection, species utilization and evolution analysis of this wild rice.

菰属植物共4种，菰（Zizania latifolia）为其中1种，分布于东亚；其他3种分布于北美。菰是一种稻族野生资源，水生或沼生。野生菰不仅是水稻育种领域天然良好的基因资源库，还有着巨大生态作用。目前，菰的基础资料，如野生种群状况、遗传多样性高低和种群间基因流等，仍不甚清楚。本研究在前期研究中，利用鄱阳湖流域菰30个野生种群共80个样本个体材料，分别从本实验室开发的1113对水稻SSR标记引物和加拿大哥伦比亚大学开发的100条ISSR引物中筛选到20对SSR标记引物（共288个多态位点）和14条ISSR标记引物（共65个多态位点）。本研究拟采用上述分子标记引物，借助GenAlEx6、GENEPOP、Structure等统计分析软件，对我国10大流域共44个典型湖区或湿地的菰野生种质资源进行遗传多样性和遗传结构分析，以期完善我国菰基础信息资料，为该物种的保护、种质利用及进化分析提供借鉴。

菰属植物共4种，菰为其中1种，分布于东亚，其他3种分布于北美。野生菰不仅是水稻育种领域天然良好的基因资源库，还有着巨大生态作用。完成了覆盖我国十大流域和28个省级行政区40个典型湖区或湿地的野生菰种质资源调查、样本采集，构建了现居群地理及生境信息数据库。调查结果表明，海尾湿地、西江流域肇庆、若尔盖湿地、郑州黄河故道湿地、汾河、灞河、青海湖、黑马河、衡水湖、团泊洼、贝尔湖、乌梁素海、鸣翠湖、吴忠湿地公园和运城盐湖等15个湖区湿地野生菰已绝迹；鄱阳湖、太湖、洞庭湖、洪泽湖、巢湖、梁子湖、洱海、洪湖等8个湖区野生菰大面积集中分布；东北与华北等其他调查点野生菰居群呈零星分布状态。共筛选出多态性好、谱带清晰稳定的7对菰SSR和13条ISSR分子标记，同时借助多个统计分析软件，分别对来自全国25个湖区湿地野生菰居群的遗传多样性和遗传结构研究，且基于二种标记的分析结果基本一致。研究数据显示，中国野生菰各居群间具有较高的遗传多样性；居群间和居群内均发生了较大的遗传变异，但居群间变异略高于居群内部；二种分子标记所得基因流值分别为0.321和0.379，均表明遗传漂变是影响居群遗传结构的主要因子；根据SSR和ISSR基因型数据，运用NTSYS软件的UPGMA法分别在阈值为0.933和0.850时将我国25个野生菰居群聚类分别聚为六类和五类；MVSP软件的主成分分析与MEGA软件的系统发育分析均将25个野生菰居群聚为两大类，一类以南方居群为主，绝大多数北方居群分属另一类。TFPGA软件对遗传距离和地理距离进行相关性检测，均显示中国野生菰遗传距离与地理距离呈显著正相关（SSR：r = 0.7492，P = 0.001；ISSR：r = 0.8429，P = 0.001）。从二种分子标记分析结果推测，中国野生菰的祖先可能来自长江流域水系洪泽湖附近的某个区域，并通过洪泽湖传向华北和东北地区，通过另一支系传向华南、华东、西南各省区；大连和漳州居群位于太湖支系的末端，可能通过东部海域由上海、杭州等地传入，这可以较好地解释大连居群在聚类上与南方主要居群归为一组，中国野生菰的水生习性也可以较合理地解释上述进化关系。本项目研究结果完善了我国菰基础信息资料，为该物种的保护、种质利用及进化分析提供了借鉴；建立的分子标记筛选及其PCR扩增产物的检测分析方法，为菰属植物乃至其他植物种质资源的遗传分析丰富了参考。