1 197份西瓜种质资源遗传多样性和群体结构分析及核心种质构建

    张海英 范建光 郭绍贵 任毅 宫国义 张洁 翁益群 许勇

    

    目的与意义：西瓜是世界上主要的蔬菜作物，更是中国瓜农增收的高效园艺作物。拓宽西瓜遗传基础，发掘优异种质，提高西瓜品种改良效率是目前全球西瓜育种面临的首要任務，核心种质构建为发掘与利用优异种质提供了一条有效途径。而已有西瓜种质资源的研究多局限于形态特征及农艺性状的鉴定与描述，巨大的工作量使我们无法同时对上千份种质资源进行各种抗病性的细致鉴定，更缺乏对其遗传多样性及不同资源群间异同点的系统认识。目前，西瓜全基因组测序与重测序工作已经全面开展，有必要基于西瓜全基因组序列，准确分析不同西瓜不同种之间的遗传关系，尽快构建含有野生种、地方品种和主要改良种的核心种质，使最少量的样品代表最丰富的遗传变异，为品种改良提供材料与技术指导。

    材料与方法：利用北京市农林科学院蔬菜研究中心已经开发的代表最大限度遗传多样性的23对SSR核心引物，对中心收集的包含西瓜属全部7个种的1 197份资源材料进行SSR检测。将SSR电泳条带转换为0、1数据后，利用PowerMarker v3.25软件计算多态性信息量、平均等位基因数、主等位基因频率等;利用POPGENE v1.32软件计算Nei's基因多样性指数、Shannon信息指数、观测杂合度值、期望杂合度值等;利用STRUCTURE v.2.3软件进行群体结构分析;利用PowerCore软件进行核心种质构建。

    结果与分析：（1）遗传多样性分析：采用23对SSR核心引物对1 197份资源材料进行扩增，共检测到133个等位基因，单个引物检测到的等位基因数在4～9个，平均为6.05个。PIC值在0.35～0.70之间，平均为0.49。1 197份材料，Neis基因多样性指数在0.38～0.74之间，平均为0.56。Shannon信息指数平均为0.99。期望杂合度值平均为0.56。（2）群体结构分析：1 197份材料，主要分为2大类群（Pop I和Pop II）和1个混合类群。Pop I 包含450份种质，大部分属于C. lanatus subsp. Vulgaris（446份），少数属于C. mucosospermus（4份）。Pop II 包含465份种质，379份属于C. lanatus subsp. vulgaris，其余86份材料分别属于C. naudinianus（3份），C. ecirrhosus（2份），C. rehmii（2份），C. colocynthis（11份），C. amarus（58份）和C. mucosospermus（10份）。混合类群包括282份，其中271份属于C. lanatus subsp. vulgaris，11份属于C. mucosospermus。混合类群中的种质具有多个遗传背景，可能是由于杂交或种群之间的基因流动造成的。Pop I和Pop II可以进一步分为4个亚群：Pop IA、Pop IB、Pop IIA、Pop IIB。Pop IA主要为美洲和东亚生态型栽培资源混合亚群，Pop IB主要为东亚生态型栽培资源亚群，Pop IIA主要为美洲生态型栽培资源亚群，Pop IIB主要为野生资源亚群。栽培和野生资源之间、美洲和东亚生态型栽培资源之间存在显著不同的遗传差异。群体结构分析与Fst 值的成对比较及依据Neis遗传距离获得的聚类结果一致。（3）核心种质构建：结合SSR聚类数据和群体结构分析，采用逐步聚类方法，从1197份资源中，确定了130份核心种质，涵盖西瓜属的7个种。其中47份核心种质来自Pop I，68份来自Pop II，15份来自混合亚群。核心种质包括利用23对SSR核心引物对1197份资源材料进行扩增时获得的全部133个等位基因，但只保留了10.9%的样品，平均Nei's基因多样性指数和平均Shannon信息指数分别为0.65和1.25，均高于参试的原始群体（Nei's基因多样性指数和平均Shannon信息指数分别为0.56和0.99），更高于美国学者利用形态标记构建的美国核心种质（平均Nei's基因多样性指数和平均Shannon信息指数分别为0.48和0.92），说明本研究构建的核心种质可以很好地代表西瓜种质资源的遗传多样性。

    结? ? 论： 在西瓜全基因组测序与重测序工作基础上，利用代表最大限度遗传多样性的23对核心引物组合，对包含西瓜属全部7个种的1 197份资源材料进行遗传多样性和群体结构分析，同时在全基因组水平构建130份核心种质，将有助于提高西瓜优异性状种质筛选与改良的效率，为拓宽西瓜遗传基础与亲本选配提供材料与技术指导。