西藏冬青稞種質(zhì)資源SNP標(biāo)記的遺傳多樣性分析

孟霞+曾興權(quán)+其美旺姆+尼瑪扎西

摘要 單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphism，SNP）是等位基因間序列差異最為普遍的類型，可作為一種高通量的遺傳標(biāo)記。利用IlluminaiSelect 9k SNP芯片對(duì)96個(gè)西藏冬青稞種質(zhì)資源進(jìn)行了SNP檢測(cè)。結(jié)果表明，在分布于7條染色體上的7 000個(gè)SNP位點(diǎn)中，5 026個(gè)檢測(cè)到了多態(tài)性，多態(tài)性比率為71.8%；SNP聚類分析將96份西藏冬青稞種質(zhì)資源聚成七大類群，種質(zhì)資源間的遺傳相似系數(shù)（GS），其變異范圍為0.288～0.999，平均值為0.771。96份西藏冬青稞種質(zhì)資源間親緣關(guān)系較近，遺傳基礎(chǔ)比較單一。

關(guān)鍵詞 西藏冬青稞；種質(zhì)資源；單核苷酸多態(tài)性（SNP）；遺傳多樣性

中圖分類號(hào) S512.3；S34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2018）01-0040-02

Analysis of Genetic Diversity with SNP Markers on Winter Barley Germplasm Resources in Tibet

MENG Xia 1 ZENG Xing-quan 2 QIMEI WANGMO 2 NIMA TASHI 2 *

（1 College of Agriculture and Animal Husbandry，Tibet University，Linzhi Tibet 860000； 2 Academy of Agriculture and Animal Husbandry）

Abstract Single nucleotide polymorphism（SNP）is the most common type of sequence difference between athelets，which can act as a high-throughput genetic marker. SNP detections were applied on 96 winter barley germplasms samples from Tibet，with IlluminaiSelect 9k SNP chip. The results showed that among the 7 000 SNP loci distributed in seven chromosomes，polymorphism had been detected in 5 026 loci，the polymorphic ratio was 71.8%；96 winter barley germplasms from Tibet was clustered into 7 categories by SNP cluster analysis，genetic similarity（GS）coefficient between germplasms had a variation in the range of 0.288-0.999，with an average of 0.771. The genetic relationships between 96 Tibet winter barley germplasm were close，the genetic basis was relatively simple.

Key words winter barley from Tibet；germplasm resource；single nucleotide polymorphism（SNP）；genetic diversity

大麥（H. vulgare L. ssp. vulgare）是最古老的作物之一。大麥?zhǔn)俏覈嗖馗咴貐^(qū)主要的糧食作物，對(duì)該地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著舉足輕重的作用。研究西藏大麥的遺傳多樣性及其遺傳改良對(duì)大麥生產(chǎn)的穩(wěn)步發(fā)展具有十分重要的意義。

近年來，隨著DNA分子標(biāo)記技術(shù)的出現(xiàn)，為在DNA水平上評(píng)估不同品種間的親緣關(guān)系及計(jì)算品種間的遺傳距離提供了新的方法和手段。Sun等[1]利用RAPD標(biāo)記技術(shù)分析了西藏小麥、普通小麥和歐洲小麥遺傳多樣性，發(fā)現(xiàn)歐洲和西藏小麥遺傳多樣性遠(yuǎn)高于普通小麥；馮宗云等[2]利用微衛(wèi)星標(biāo)記研究西藏野生二棱大麥的遺傳多樣性，分析其地理分化。何智宏等為探明我國大麥親本材料的遺傳背景和群體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提高大麥種質(zhì)材料的利用效率，利用SSR標(biāo)記對(duì)大麥親本材料進(jìn)行遺傳多樣性和群體結(jié)構(gòu)分析，發(fā)現(xiàn)需要引入新種質(zhì)來拓展親本的遺傳基礎(chǔ)。

單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphisms，SNP）是普遍存在于生物基因組中的一種新型分子標(biāo)記，是指在基因組水平上由單個(gè)核苷酸的變異而引起的DNA序列單個(gè)堿基多態(tài)性變化。SNP是二等位基因，具有在基因組中數(shù)量最多、分布密度高、無需電泳、可高通量自動(dòng)化檢測(cè)等特點(diǎn)[3-4]。大規(guī)模、高通量SNP芯片檢測(cè)首先廣泛應(yīng)用于人類群體結(jié)構(gòu)的遺傳學(xué)研究和關(guān)聯(lián)性分析[5]，商業(yè)化的SNP芯片也已被應(yīng)用于一些家畜全基因組關(guān)聯(lián)分析、QTL定位和候選基因篩選[6-7]。在植物中，Clark等[8]利用高通量SNP芯片技術(shù)對(duì)模式植物擬南芥不同品系進(jìn)行了多態(tài)性研究；近年來，隨著大麥高通量測(cè)序研究工作的開展，SNP開發(fā)和利用進(jìn)展迅速。大麥已經(jīng)開發(fā)了基于Illumina技術(shù)平臺(tái)的9k高通量SNP分析芯片，已開始應(yīng)用于大麥遺傳連鎖圖譜的構(gòu)建、DNA指紋分析、群體結(jié)構(gòu)和連鎖不平衡分析以及基因定位等諸多領(lǐng)域。Ren[9]、Chao[10]和Wurschum等[11]利用發(fā)現(xiàn)SNP標(biāo)記能夠真實(shí)反映小麥品種間的親緣關(guān)系，可以用于禾本科作物品種遺傳多樣性研究。

近年來，西藏大麥尚未有從全基因組水平上對(duì)其遺傳構(gòu)成和親緣關(guān)系進(jìn)行研究的報(bào)道。本研究采用Illumina 9k iSelect SNP標(biāo)記技術(shù)對(duì)來自西藏的96個(gè)大麥品種的遺傳構(gòu)成進(jìn)行分析，旨在了解這些品種在全基因組水平上的遺傳多樣性和親緣關(guān)系，以期為大麥新品種選育的親本選配提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

選用96份西藏冬青稞品種，對(duì)其進(jìn)行編號(hào)，編號(hào)為X1～X99，其中X35、X61和X63缺號(hào)。供試材料為西藏農(nóng)牧科學(xué)院提供的75份及從林芝、昌都收集的21份（表1）。

1.2 基因組DNA的提取

大麥基因組DNA的提取參照Saghai-Maroof等的CTAB抽提方法。

1.3 SNPs分析

利用Illumina 9k iSelect SNP標(biāo)記對(duì)96個(gè)大麥品種進(jìn)行了全基因組掃描，采用Genome Studio Polyploid Clustering Module v1.0 Software進(jìn)行SNP分型。

2 結(jié)果與分析

2.1 多態(tài)性SNPs位點(diǎn)的分布

利用IlluminaiSelect 9k SNP芯片對(duì)96個(gè)大麥品種進(jìn)行了SNP檢測(cè)。在分布于7條染色體上的7 000個(gè)SNP位點(diǎn)中，5 026個(gè)檢測(cè)到了多態(tài)性，多態(tài)性比率為71.8%。多態(tài)性SNP位點(diǎn)中有2 935個(gè)已經(jīng)定位于各個(gè)染色體上，每條染色體上分布的多態(tài)性位點(diǎn)不等，從最少的4H染色體（244個(gè)）到最多的2H染色體（526個(gè)）（圖1）。

2.2 西藏冬青稞種質(zhì)資源間的遺傳相似系數(shù)GS

利用NTSYS-pc 2.1遺傳分析軟件，根據(jù)SNP標(biāo)記數(shù)據(jù)計(jì)算出冬青稞種質(zhì)資源間的遺傳相似系數(shù)（GS），其變異范圍為0.288～0.999，平均值為0.771，其中X3與X44間的遺傳相似性最低（0.288），表明這2個(gè)品種間親緣關(guān)系最遠(yuǎn)，遺傳差異較大；而X70與X72間的遺傳相似性最高（0.999），表明這2個(gè)品種血緣關(guān)系最近，遺傳差異較小。

根據(jù)所計(jì)算的4 560個(gè)遺傳相似系數(shù)（GS），以0.18為組距進(jìn)行次數(shù)分布分析（圖2）?？梢钥闯觯?6個(gè)品種間的遺傳相似系數(shù)在0.78處分布密度最大。>0.78的遺傳相似系數(shù)有1 946個(gè)，<0.7的有2 614個(gè)，分別占總數(shù)的42.68%和57.32%。遺傳相似系數(shù)主要分布在0.65～0.89之間，數(shù)量為4 198個(gè)，占總數(shù)的92.06%；遺傳相似系數(shù)為0.65的有240個(gè)，占總數(shù)的5.26%；遺傳相似系數(shù)>0.89的有119個(gè)，占總數(shù)的2.61%。由此說明，西藏大麥品種間的遺傳相似性高，品種間的差異較小，遺傳基礎(chǔ)相對(duì)狹窄。

2.3 聚類分析

根據(jù)小麥SNP遺傳相似系數(shù)矩陣，利用NTSYS-pc2.1軟件對(duì)96個(gè)小麥品種進(jìn)行聚類分析（圖3）?？梢钥闯?，96份西藏冬青稞種質(zhì)資源聚成7大類群，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅵ、Ⅶ類只有1個(gè)品種，Ⅲ類有83個(gè)品種，Ⅳ類7個(gè)品種，Ⅴ類2個(gè)品種。從系譜和聚類結(jié)果可以看出，SNP標(biāo)記劃分的類別與品種來源具有較好的一致性。第Ⅰ類中，遺傳相似系數(shù)在0.57處，X41和X44分別單獨(dú)聚為一類，它們之間的遺傳關(guān)系與其他材料間的遺傳關(guān)系較遠(yuǎn)。

第Ⅲ類群包含83個(gè)品種，占試驗(yàn)品種總數(shù)的86.4%，品種間的遺傳相似系數(shù)變幅在0.74～0.99之間，平均值為0.809，其中X70與X72之間的相似系數(shù)最大，在遺傳基礎(chǔ)上具有很高的親緣性。

第Ⅳ類群包含7個(gè)品種，品種間的遺傳相似系數(shù)變幅在0.74～0.99之間；第Ⅴ類群包含2個(gè)品種，品種間的遺傳相似系數(shù)變幅為0.99。

第Ⅵ類群和第Ⅶ類分別包含1個(gè)品種，遺傳相似系數(shù)在0.66處；X31單獨(dú)聚為一類，遺傳相似系數(shù)在0.69處；X23單獨(dú)聚為一類。

3 結(jié)論與討論

試驗(yàn)結(jié)果表明，西藏冬青稞種質(zhì)資源間的遺傳相似系數(shù)變幅為0.288～0.999，平均值為 0.771，且92.06%的供試材料間遺傳相似系數(shù)在0.65～0.89之間，親緣關(guān)系較近，遺傳基礎(chǔ)比較單一，大部分品種間的遺傳差異較小，這將成為西藏大麥改良的限制因素。加強(qiáng)國內(nèi)外育種單位的交流與合作，廣泛收集不同類型的種質(zhì)資源，不斷創(chuàng)制新的適合本生態(tài)區(qū)的種質(zhì)材料，加快新的育種技術(shù)應(yīng)用，將是今后西藏大麥育種工作的重點(diǎn)。

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