薏苡种质资源活性成分地理变异形成机制研究

Coix lacryma-jobi L.var. ma-yuen(Roman.)Stapf is an ancient multipurpose plant resources in our country. Through the long-term natural selection and domestication, there exists abundant germplasm with different active components and quality. This project will characterize the geographic variation in two major active components (i.e. oil ester and polysaccharide) in the germplasm which cover the representative natural areas and main production areas. We will use EST-SSR markers and DNA sequences which assocaited to synthesis and metabolism of active ingredients to study the germplasm’s genetic variation structure, ascertain the genetic divergence patterns, analyze its association with active components, and reveal the genetic mechanism of geograhic variation in active components; analyze the correlation between ecological factors and active components, to clarify the role of ecological factors in the active components differences; discuss the formation mechanism of geograhic variation in active components. Based on the data of EST-SSR markers, DNA sequencing and active components content differences, explore germplasm with high quality, propose the germplasm conservation measures and the use strategy. Research results will enhance the research level of this germplasm in our country, and plays an important role in promoting the sustainable development of related industry.

薏苡是我国传统的多用途优良植物资源，经长期自然选择和栽培驯化形成了有效成分不同、品质各异的丰富种质。本项目拟采用覆盖我国野生薏苡代表性分布区和涵盖栽培薏苡主要产区的取样策略，比较薏苡种质中油酯、多糖两类主要活性成分含量差异；研究薏苡种质在EST-SSR分子标记、与活性成分合成代谢相关基因序列上的遗传变异式样，分析种质的遗传多样性和遗传结构，探讨遗传变异与活性成分间的关系，揭示不同产地薏苡种质活性成分含量差异产生的遗传基础；分析生态因子与活性成分含量间的相关性，阐明生态因子在活性成分含量差异产生中的作用；综合解析薏苡种质活性成分含量地理变异的形成机制；基于EST-SSR标记数据、DNA序列变异及活性成分含量差异，发掘优质薏苡种质，制定种质保护措施和利用策略。研究成果对于提升我国薏苡种质资源的研究水平，促进薏苡相关产业的可持续发展具有重要推动作用。

薏苡是中国传统的集食用、药用、饲用等多用途于一身的植物资源，经长期自然选择和栽培驯化形成了有效成分不同、品质各异的丰富种质，是改良禾谷类作物的优良种质资源。本项目收集了具代表性的野生、栽培薏苡种质资源，开展了同地栽培，进行了油脂、多糖两类活性成分含量测定及活性分析、EST-SSR分子标记及DNA序列分析，结合生态因子、转录组、蛋白组数据，探讨了薏苡种质资源活性成分地理差异形成的机理，提出了薏苡种质资源保护、利用策略。研究发现，同地栽培前薏苡仁油脂、多糖含量在不同种质间均存在较大差异，同地栽培后，不同种质的薏苡仁油脂含量虽然发生变化，但总体上与同地栽培前一致，而薏苡仁多糖含量与同地栽培前存在极显著差异，薏苡仁糖含量在各种质中表现出趋同趋势。薏苡种质资源的遗传多样性水平不高，栽培种质的遗传多样性略低于野生种质，种质资源间基因交流匮乏，种质资源间发生了较为显著的遗传分化。不同种质的基因序列存在少量位点差异，薏苡种质资源基因序列具有较高的保守性。遗传多样性指数与部分薏苡仁油脂组分含量间存在显著相关性，而与薏苡仁多糖含量间不存在显著相关关系，聚类分析、PCA分析支持这一结果。与薏苡仁油脂、薏苡仁多糖代谢显著相关的代谢通路分别有3条和4条，遗传差异是影响不同种质中薏苡仁油脂含量差异形成的主要因素，不同种质间多糖含量差异的形成主要与局部微环境、采收期等因素有关。种质FJPC、JYSD等油脂含量高、生物活性好的栽培种质可作为油脂利用的优先选择资源，种质GXXL、YNSZ等薏苡仁多糖含量较低而不适合于作为薏苡仁多糖利用的资源。此外，有必要人为创造基因交流和重组条件以提高薏苡种质资源遗传多样性水平。项目研究成果对推动中国薏苡种质资源的全面评价、科学利用、合理保护具有一定的参考价值。