药用黄芪核心种质的初步构建及遗传多样性分析

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药用黄芪(Astragali Radix)为豆科植物蒙古黄芪(Astragalus membranaceus(Fisch.)Bge.var.mongholicus(Beg.)Hsiao)与膜荚黄芪(Astragalus membranaceus(Fisch.)Bge.)的干燥根,具有利尿、补气、抗癌、提高机体免疫等功效,已有2000多年的药用历史。目前,随着黄芪在有效成分、品种选育等不同方面的深入研究,导致收集的种质资源量不断增加,严重影响了其利用效率,而核心种质的构建可以强有力的解决两者之间的矛盾,有助于高效的筛选优质种质资源、保护物种的遗传多样性及育种研究。物种遗传多样性的研究,不仅可以揭示其种内种间的亲缘关系及进化历史,了解其在复杂生长环境下的进化和抵御能力,为物种的分类及进一步分析其进化潜力提供有用信息,而且为濒危物种的科学有效的保护策略与方案的制定提供了依据。因此,本研究基于不同核心种质的构建方法,对蒙古黄芪和膜荚黄芪进行核心种质的筛选,评价核心集合的代表性,初步确定一个药用黄芪核心种质集合;并进行黄芪原始集合与核心集合的遗传多样性与遗传结构的分析,为黄芪种质资源的保护,品种的选育及进一步有效利用黄芪种质资源奠定基础。具体研究结果如下:1.基于5种核心种质构建方法对药用黄芪核心种质集合的筛选本试验以不同产地380份的两种药用黄芪为初始集合,利用5种不同构建方法(基于Core Finder和Power Core软件的两种不同算法的M策略、基于遗传距离逐步聚类法、SANA法、SAGD法)进行核心集合的筛选,以遗传多样性参数及其保留比例为评价指标,进行t检验及主坐标分析。结果表明,基于两种不同算法的M策略得到的核心集合具有最高的等位基因保留率(100%),遗传多样性高于原始种质,保留比例在100%以上,t检验无显著差异(p>0.05),但Core Finder软件得到的核心集合的取样比例低于Power Core;其它三种方法得到的核心集合保留了70%以上的等位基因,t检验存在极显著差异(p<0.01),遗传多样性的保留比例在90%以上,t检验无显著差异(p>0.05)。2.药用黄芪核心种质的初步构建通过综合考虑不同构建方法得到的核心集合取样比例及遗传多样性的代表性,最终确定Core Finder得到的核心集合为最佳,取样数为136份,取样比例为36%。其中蒙古黄芪94份,膜荚黄芪42份,遗传多样性参数中平均等位基因数(Na)、平均有效等位基因数(Ne)、平均Nei’s遗传多样性指数(H)、平均Shannon’s信息指数(I)、平均观测杂合度(Ho)、平均期望杂合度(He)的保留比例分别为100%、129.256%、104.693%、112.304%、97.425%、105.048%。3.药用黄芪原始集合和核心集合遗传多样性分析通过Gene Al Ex软件分别对原始集合和核心集合的遗传多样性及分子方差分析表明,黄芪原始集合具有丰富的遗传多样性(H=0.831±0.019,I=2.365±0.115),核心种质集合的遗传多样性(H=0.870±0.015,I=2.656±0.105)由于去除了遗传冗余高于原始种质,观察杂合度高于期望杂合度。AMOVA分析表明,核心种质的遗传变异主要来自居群内(89%),与原始种质(85%)一致。4.药用黄芪原始集合和核心集合的遗传结构及聚类分析基于个体间的遗传距离分别对原始集合与核心集合进行聚类分析并利用STRUCTRUE软件推测其遗传结构,结果显示核心集合与原始集合的分类结果基本一致,两种黄芪首先是按种分组,其次蒙古黄芪又明显分为两组,表明蒙古黄芪具有较大的遗传变异。
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