利用SSR分子標記研究國內外黍稷地方品種和野生資源的遺傳多樣性

連 帥，陸 平，喬治軍，張 琦，張 茜，劉敏軒，王瑞云

（1山西農業大學農學院，山西太谷 030801；2中國農業科學院作物科學研究所，北京 100081；3山西農業科學院品種資源研究所，太原 030031）

利用SSR分子標記研究國內外黍稷地方品種和野生資源的遺傳多樣性

連 帥1,2，陸 平2，喬治軍3，張 琦2，張 茜2，劉敏軒2，王瑞云1

（1山西農業大學農學院，山西太谷 030801；2中國農業科學院作物科學研究所，北京 100081；3山西農業科學院品種資源研究所，太原 030031）

【目的】從分子水平研究國內外黍稷種質資源的遺傳多樣性差異，為黍稷種質資源的研究、保護和利用提供依據。【方法】用不同地理來源且性狀差異顯著的6份黍稷種質資源對來自高通量測序技術開發的黍稷基因組SSR引物進行篩選，從而獲得條帶清晰，穩定性好的63對SSR黍稷基因組引物，利用這63對SSR多態性引物對來自國內外的192份黍稷地方品種和野生種質進行遺傳多樣性分析。統計各試材在同一引物中的條帶情況，并以此來分析試材的遺傳多樣性與所在群體間的親緣關系。【結果】63對SSR引物共檢測出161個等位變異位點，平均每個SSR位點2.56個；平均Shannon-Weaver指數（I）為0.6275，平均基因多樣度（Nei）為0.3874，平均PIC值為0.4855。10個不同地理來源群體間表現出顯著的遺傳多樣性差異，各群體的有效等位變異變化范圍較窄，最小的是南方群體，為1.2407±0.4315；最大的是內蒙古高原群體，為1.8846±0.4892。國內群體Shannon-Weaver指數為內蒙古高原＞東北地區＞黃土高原＞西北地區＞南方地區，而國外Shannon-Weaver指數排序依次為前蘇聯＞歐洲＞蒙古＞印度＞美國。從Nei’s基因雜合度分析，觀察雜合度(Ho)最小的是印度群體，為0.2372±0.2962，最大的是內蒙古高原群體，為0.3966±0.3250。期望雜合度（He）最小的是美國群體，為0.3114±0.2203；最大的是內蒙古高原群體，為0.4622±0.1862。從國外種、國內栽培種和國內野生種3個大群體來看，野生種質資源有效等位基因數（1.9285±0.5101）、Shannon-Weaver指數（0.6948±0.2852）、Nei基因多樣性指數（0.4373± 0.1773）遠大于國外種和國內栽培種。而對國內外兩大群體而言，國內資源的有效等位基因數（1.8145±0.4519）、Shannon-Weaver指數（0.6657±0.2413）和Nei基因多樣性指數（0.412±0.1574）均大于國外資源（1.6862± 0.4527、0.5897±0.2469、0.3652±0.1655）。UPGMA聚類分析結果顯示，10個地理群聚為三大類，內蒙古高原地區、黃土高原地區、東北地區、西北地區、蒙古地區聚為一類，前蘇聯、美國、印度、歐洲地區聚為一類，南方地區單獨聚為一類。其中，來自東北黑龍江齊齊哈爾的泰來小野糜（34號）在截距0.37處被獨立分為一支，來自甘肅的野黍子（19號）在截距0.34處被分為獨立個體，表明這兩個材料與其他材料遺傳差異較大。但從整體遺傳多樣性上來看192份材料國內外群體遺傳分化不明顯，群體間的親緣關系較近，且不同群體間材料存在著互相滲透。【結論】內蒙地區、東北地區、黃土高原地區種質資源遺傳多樣性最豐富，是遺傳關系最為復雜的地區，進一步印證了中國是黍稷起源的中心。

黍稷；地方品種；野生種；SSR標記；遺傳多樣性

0 引言

【研究意義】黍稷（Panicum miliaceum L.）起源于中國[1]，屬于禾本科（Gramineae）黍屬（Panicum L.），一年生草本植物，具有早熟、耐旱、耐瘠的特性[2]。全世界黍稷栽培面積約600萬公頃，主產區分布在歐洲和亞洲，主產國為原蘇聯和中國，中國主要分布在西北、華北、東北地區，南方有零星種植[3]。黍稷能適應多種土壤，對肥力較差的砂土有較強的適應能力，耐鹽堿能力也較強，常作為鹽堿地和開荒沙漠的先鋒作物。因其生育期短，也作為自然災害后的補救作物[4]。中國雖是黍稷的主產國，并在種質資源方面取得了一些研究成果，但基于DNA水平分子標記的研究開發卻相對較少，應用分子標記的報道則更少，尤其是隨著黍稷種質資源研究的不斷深入，對黍稷的國外種，野生種和野生近緣植物的搜集、研究和保護更為需要。【前人研究進展】近年來，DNA分子標記發展迅速，已作為研究遺傳變異的重要手段應用于各種作物的遺傳多樣性研究中，如谷子[5]、玉米[6]、陸地棉[7]、野生稻[8]等。其中，SSR可直接檢測DNA分子結構變異[9]、并能反映參試材料差異、靈敏度較高、穩定性較好、操作較簡單[10]，因而在遺傳多樣性分析[11]、種質鑒定、DNA指紋圖譜構建[10]、基因定位和分子標記育種[12]中廣泛應用。此外，SSR分子標記為共顯性，具有多態性豐富、PCR結果重現性高和易于鑒別基因型的優點[13]，是群體遺傳標記變異的最好標記之一[14]。國內外關于黍稷種質資源遺傳多樣性的研究一直匱乏。M'RIBU等[15]應用RAPD技術研究4種黍稷的遺傳多樣性以判定其來源，根據原產地的地理區域對黍稷品種進行了劃分。KARAM等[16-17]對12份來源于美國和加拿大的黍稷利用AFLP標記檢測其遺傳多樣性。LáGLER等[18]選用9個來自草莓屬植物的ISSR標記檢測了21份匈牙利黍稷，檢測到15個等位基因，其中只有7個引物擴增出DNA片段。HUNT等[19]利用禾本科作物（水稻、小麥、燕麥、大麥）的46對SSR引物對118份材料進行SSR多樣性分析，得出黃土高原生態型材料的遺傳多樣性比較豐富，有可能是黍稷的起源中心的結論。CHO等[20]通過一個SSR富集文庫黍基因組DNA開發了25個多態性SSR標記并分析了50份黍稷材料的遺傳多樣性；連帥等[21]利用5個黍稷特異性SSR標記對5個黍稷栽培生態區的40份黍稷進行遺傳多樣性分析，發現SSR標記表現出了一定的地域性；LI等[22]通過核糖體DNA（rDNA）分析內部轉錄間隔區（ITS）和外部轉錄間隔區（ETS），發現黍稷在ITS具有特異性的特點，并通過對新疆墓地出土的古DNA和現代品種黍稷材料的分析，得到黍稷遺傳多樣性隨時間流逝而部分喪失，還進一步推出新疆在黍稷馴化和傳播中東西方聯系的十字路口的重要地位。【本研究切入點】由于可應用的分子標記很少且多態性不高，已有研究不足以全面反映黍稷的遺傳多樣性水平。小宗作物課題組利用二代測序技術大規模開發了黍稷基因組SSR引物，并分析了黍稷育成品種的遺傳多樣性（文章已接受待出版）。【擬解決的關鍵問題】本研究采用前期篩選得到的162對多態性SSR標記進一步對保存在國家種質庫國內不同生態區的地方栽培品種、野生種以及從國外收集引進來自不同國家的黍稷種質資源進行遺傳多樣性分析。以揭示黍稷種質資源群體間的遺傳多樣性關系與遺傳多樣性地理分布的特點，為黍稷種質資源的研究、保護和利用提供依據，同時也為后續進行黍稷的起源、演化、傳播研究提供數據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗材料包括來自國家種質資源庫的50份國內材料和近年新收集引進的142份國外材料（電子附表）。其中國內資源包括31份栽培種（山西2份、內蒙3份、黑龍江3份、甘肅5份、新疆3份、陜西4份、吉林3份、寧夏3份、河北2份、遼寧1份、海南1份、青海1份）和19份野生資源（山西9份、內蒙5份、黑龍江3份、甘肅1份、新疆1份）。142份國外資源分別來自蒙古（81份）、印度（28份）、美國（11份）、蘇聯（8份）、土耳其（4份）、波蘭（3份）、德國（3份）、匈牙利（1份）、吉爾吉斯斯坦（1份）、哈薩克斯坦（1份）、韓國（1份）。根據參試材料的來源地，首先將其分成國內種和國外種兩大群體；再進一步將國內栽培種和野生種質分開，分為國外種，國內栽培種和國內野生種3個組群；最后根據栽培區、地理來源將來自國內（12個省（區））和國外（11個國家）的材料分為10亞群，分別為內蒙古高原區（內蒙古）、東北區（黑龍江、吉林、遼寧、河北承德）、黃土高原區（山西、陜西、寧夏）、西北區（甘肅、新疆、青海）、南方區（海南）、蒙古（蒙古、韓國）、印度、美國、前蘇聯、歐洲（土耳其、波蘭、德國、匈牙利、吉爾吉斯斯坦、哈薩克斯坦）。

1.2 DNA提取與檢測

每個參試材料隨機選取20個單株中的幼嫩葉片組織60 mg混合后，用新型植物基因組DNA快速提取試劑盒（北京鼎國昌盛生物有限公司）提取基因組DNA，采用1%的瓊脂糖凝膠電泳檢測其質量，之后再用NanoDropND-1000（NanoDrop，Wilmington，DE，USA）測定濃度后加入100 mL雙純水將其稀釋成DNA母液于-80℃低溫下保存備用。

1.3 SSR擴增及電泳

采用162對小宗作物課題組通過高通量測序技術開發的黍稷基因組SSR引物，選用6份不同地理來源、性狀差異顯著的黍稷種質資源（國外3份，國內3份）為DNA模板進行引物的PCR擴增和多態性篩選，最終篩選出63對條帶清晰，多態性穩定的SSR引物用于后續的遺傳多樣性分析。

SSR擴增反應在MY-CYCLERPCR儀上進行。20 μL反應體系中含1.2 μL基因組DNA、0.6 μL引物、0.4 μL Taq酶（2.5 U·μL-1）、2 μL 10×buffer、0.8 μL dNTP（10 mmol·L-1）和ddH2O 15.0 μL。PCR程序為94℃ 5 min；94℃ 30 s，55℃ 30 s，72℃ 1 min，30個循環；72℃ 5 min。然后于16℃保存。PCR擴增產物在8%聚丙烯酰胺凝膠上進行電泳分離，之后用硝酸銀染色顯影。

1.4 數據統計分析

分別記錄同一SSR引物擴增電泳條帶（等位變異）在各參試材料中的有無。若有，根據分子量從大到小的順序，記錄為A、B、C……；若無，記為..。不同群體間和群體內的某一位點的觀測等位變異數（observed number of alleles，Na）、有效等位變異數（effective number of alleles，Ne）、觀測雜合度（observed heterozygosity，Ho）、期望雜合度（expected heterozygosity，He）及Shannon-Weaver指數等遺傳參數的統計計算和不同群體間的Nei78遺傳距離在Popgen1.32軟件包[23]中完成；在PowerMarkerV3.25軟件包和MEGA6軟件包[24]中完成參試材料間多態性信息含量指數（polymorphism information content index，PIC）和Nei83遺傳距離頻率計算及群體間遺傳距離頻率的聚類圖繪制。

2 結果

2.1 SSR多態性引物的篩選

利用隨機選擇的6份材料對162對SSR引物進行PCR退火溫度和引物擴增多態性篩選，有77對SSR引物能擴增出清晰、穩定、可辨識的譜帶，有效擴增比率為48.1%，其中63對SSR引物具有多態性，多態性引物比率為77.8%。最終選用63對具有穩定多態性的引物進行全部參試材料的遺傳多樣性分析。

2.2 SSR位點多樣性分析

表1 63對SSR引物測定的遺傳參數Table 1 Genetic parameters from the 63 polymorphic SSR markers used in this study

續表1 Continued table 1

192份參試材料在63對SSR引物上共檢測出161個等位變異（表1），變幅為2—4個，平均每對SSR引物擴增出2.56個等位變異，其中有效等位變異數1.74，有效等位變異所占比重為67.97%。其中，引物BM552、BM1701、LMX1251等位變異最多，為4個，其有效等位變異數分別為2.0741、1.7599和1.1824。多態性信息量（PIC）的變幅介于0.0877—0.8020，平均值為0.4855，PIC指數最大的標記是BM637，最小的標記是LMX786。觀測雜合度（Ho）在0（LMX1071、1387）—0.9405（LMX1332）變化，平均為0.2940。期望雜合度（He）的平均值為0.3887，最大是0.6664（BM637），最小為0.028（LMX684）。Nei基因多樣性指數的變化范圍是0.0279（LMX684）—0.6645（BM637）。Shannon-Weaver指數值最大的位點是BM637，最小的為LMX684，Shannon-Weaver指數變化范圍為0.0743—1.0953，平均0.6275。結果表明，獲得的SSR位點的遺傳多樣性比較豐富，且不同指標能從不同角度揭示黍稷SSR引物在遺傳多樣性方面存在的巨大差異，其中，效等位變異數、Shannon-Weaver指數與Nei基因多樣性指數呈現正相關，能夠反映群體遺傳多樣性。因此，有效等位變異數、Nei基因多樣性指數和Shannon-Weaver指數這三個參數對于遺傳多樣性分析意義重大。

2.3 不同來源黍稷資源群體間的遺傳變異分析

由表2可知，各參試群體的有效等位變異變化范圍較窄，最小的是南方群體，為1.2407±0.4315；最大的是內蒙古高原群體，為1.8846±0.4892；總體看來，有效等位變異，國內5個群體大于國外各群體。國內群體間的有效等位變異依次為內蒙古高原＞東北地區＞黃土高原＞西北地區＞南方地區，變化范圍為（1.2407±0.4315）—（1.8846±0.4892）。國外群體間有效等位變異依次是前蘇聯＞歐洲＞蒙古＞印度＞美國。變化范圍為（1.5522±0.4658）—（1.7409±0.4662）。分析有效等位變異結果可知，國內外群體間的有效等位變異差異不大，但國內群體間的遺傳豐富度總體大于國外群體。

國內群體的Shannon-Weaver指數最小值為0.1669±0.2991；最大值為0.6694±0.2799，均值為0.5319± 0.2888，分布也較國外更為寬泛。國內群體Shannon-Weaver指數為內蒙古高原＞東北地區＞黃土高原＞西北地區＞南方地區，其中內蒙古高原群體與東北地區群體的Shannon-Weaver指數接近，只差0.007。國外群體Shannon-Weaver指數范圍為（0.4584±0.3102）—（0.5916±0.2722），均值為0.5358±0.2849。Shannon-Weaver指數排序依次為前蘇聯＞歐洲＞蒙古＞印度＞美國。由Shannon- Weaver指數分析結果可知，國內群體間的Shannon- Weaver指數即遺傳均勻度差異不大，但國內群體總體高于國外。

從Nei’s基因雜合度分析，觀察雜合度（Ho）最小的是印度群體，為0.2372±0.2962，最大的是內蒙古高原群體，為0.3966±0.3250；前蘇聯群體次之，為0.3539±0.3347。期望雜合度（He）最小的是美國群體，為0.3114±0.2203；最大的是內蒙古高原群體，為0.4622±0.1862。總體來看，Ho值國內群體比國外群體略小，而He值國內群體卻比國外群體稍大。

表2 10個群體的遺傳多樣性分析Table 2 Estimates of genetic diversity within 10 populations of the main cultivation areas of broomcorn millet

對于有效等位變異數和Shannon-Weaver指數，不同群體的變化趨勢是一致的。如國內內蒙古高原、東北群體都遠大于國外群體。而對于觀察雜合度和期望雜合度來說，變化趨勢卻并不完全一致，但總的結果是國內群體的Nei基因多樣性指數是高于國外群體。因此，等位變異數、有效等位變異數以及有效等位變異所占比重等指標，可從不同側面揭示各群體材料的特點。Nei基因多樣性指數、Shannon-Weaver指數則綜合反映了各群體的遺傳多樣性。

據此，綜合各遺傳參數可知，國內黍稷種質遺傳多樣性總體高于國外種質。國外群體中，前蘇聯、歐洲的遺傳多樣性較高。而在國內群體中，內蒙古高原、東北地區的遺傳多樣性較高，除南方地區外基本均高于國外群體。南方地區因不是黍稷栽培的主載區，取材少，類型單一，多樣性低。

就國內資源和國外資源兩大群體而言（表3），國內資源的有效等位基因數（1.8145±0.4519）、Shannon-Weaver指數（0.6657±0.2413）和Nei基因多樣性指數（0.412±0.1574）均大于國外資源（1.6862±0.4527、0.5897±0.2469、0.3652±0.1655）。因此，認為此次分析的國內黍稷資源的遺傳多樣性大于國外種質資源。而從國外種、國內栽培種和國內野生種3個大群體來看（表4），野生種質資源有效等位基因數（1.9285±0.5101）、Shannon-Weaver指數（0.6948±0.2852）、Nei基因多樣性指數（0.4373± 0.1773）遠大于國外種和國內栽培種，而由于缺少了野生種的國內栽培種也同時因材料過少，有效等位基因數（1.6727±0.4612）、Shannon-Weaver指數（0.5528± 0.2877）、Nei基因多樣性指數（0.352±0.1925）略低于國外種（1.6862±0.4527、0.5897±0.2469、0.3652± 0.1655），由此可知，國內野生資源在黍稷遺傳多樣性中的重要地位。

表3 國內外群體遺傳多樣性分析Table 3 Estimates of genetic diversity of populations of broomcorn millet from home and abroad

表4 野生種與國內外群體遺傳多樣性分析Table 4 Estimates of genetic diversity of wild species and populations of broomcorn millet from home and abroad

2.4 遺傳相似性分析

采用POPGENE1.32計算不同群體黍稷種質間的遺傳相似度（表5），結果顯示遺傳距離的變化范圍為0.0207—0.2948，平均值為0.1030，遺傳一致度的變化范圍0.7447—0.9796，平均值0.9046。其中，南方群體與國內外群體間遺傳距離均達0.2以上，內蒙古高原群體和印度、美國遺傳距離也達0.1水平，而遺傳距離最小的是黃土高原和西北群體，只有0.0207，遺傳距離越大，說明親緣關系越遠，遺傳相似性越低，而各群體間遺傳距離變化區間只有0.27左右，遺傳一致度接近于1，表明各群體間遺傳距離大不，親緣關系都很近，遺傳相似性高。

2.5 參試群體的UPGMA聚類分析

利用10個參試群體繪制的基于UPGMA法的樹狀聚類圖，從遺傳距離頻率0.09處可將所有參試群體聚類為3大組群，分別命名為組群Ⅰ、組群Ⅱ和組群Ⅲ（圖1）。

組群I由來自于國內黃土高原、東北、西北、內蒙古高原生態區和蒙古的材料組成。聚類分析表明，遺傳關系與地理分布有關，整個組群I地理分布上緊密連接，由國內黍稷主栽區與接壤的蒙古構成。

表5 10個群體遺傳距離與遺傳一致度Table 5 Nei’s unbiased measures of genetic identity and genetic distance

圖1 基于SSR標記數據的種質資源群體間聚類分析圖Fig. 1 Dendrogram generated by UPGMA cluster analysis of 10 populations of the main cultivation areas of broomcorn millet accessions based on data from 63 SSR markers

組群Ⅱ全部由國外群體組成。前蘇聯與歐洲群體遺傳關系較近，美國和印度群體遺傳關系較近，前蘇聯和歐洲群體地理分布相連，而美國和印度材料遺傳關系近，可能因為引種地相似一致和長年馴化的結果。總體上，組群Ⅰ和組群Ⅱ有可能是長期地理隔離引起的生殖隔離造成的。

組群Ⅲ由南方群體構成，南方群體自成一支與國內外群體遺傳關系均較遠，從地理分布上看，它離黍稷主栽區較遠，長期的自然條件、人為影響或許是造成與大部分群體差異較大的原因。但因南方群體的取材較少，地區、品種單一，具體原因有待進一步研究。

從192個參試個體繪制的基于UPGMA法的樹狀聚類圖（圖2）來看，所有材料的遺傳距離頻率在0.06—0.37變化，其中來自東北黑龍江齊齊哈爾的泰來小野糜（34號）在截距0.37處被獨立分為一支，來自甘肅的野黍子（19號）在截距0.34處被分為獨立個體，表明這兩個材料與其他材料遺傳差異較大。其余材料在截距0.31處被分為若干個小群體，個體與個體間差異不大，沒有分成大的聚類，整體分布與地理分布有一定關聯，也存在區域間和國內外間的互相滲透。

圖2 基于SSR標記數據的192份材料聚類圖Fig. 2 Dendrogram generated by UPGMA cluster analysis of 192 broomcorn millet accessions based on data from 63 SSR markers

綜上，基于遺傳距離頻率的UPGMA法構建的樹狀聚類圖與遺傳距離、遺傳一致度的分析結果，相互印證、吻合一致。

3 討論

3.1 黍稷遺傳多樣性

黍稷雖栽培歷史久遠，但作為小宗作物，種植面積狹小，食用人群較少，所關注程度一直較低，所以研究水平也一直落后于水稻、小麥、玉米主要作物。盡管國家種質庫中保存著8 600多份黍稷種質資源，但開展的研究主要集中于形態學水平的遺傳多樣性評價和抗旱耐鹽資源的初步鑒定等方面，而對分子水平的遺傳多樣性則所知甚少。如胡興雨等[24]對來自國家種質資源庫中的8 016份黍稷種質資源進行了株高、千粒重、生育期等11個農藝性狀進行主成分分析和聚類分析；WANG等[25]選擇《中國黍稷（糜）品種資源目錄》中山西省1 192份黍稷種質，分析了黍稷種質資源穗型與主要農藝性狀的關系；LIU等[26]研究了不同耐性黍稷在混合鹽脅迫下的生理應答機制并分析了195份黍稷核心種質的耐鹽性[27]，為后續開展耐鹽基因挖掘奠定了基礎；王綸等[28]選用山西省有代表性的500份黍稷種質資源采用反復干旱法進行了抗旱性鑒定評價；劉曉歡等[29]研究了黍稷品種間農藝性狀的形態解剖差異；張盼盼等[30]對黍稷苗期PEG脅迫下抗旱指標進行了鑒選研究。而在分子水平，黍稷中已有AFLP[16-17]、RAPD[15]和ISSR[18]等標記應用于遺傳多樣性研究。KARAM等[16-17]檢測了黍稷遺傳多樣性用AFLP銀染標記；LáGLER等[18]選用9個來自草莓屬植物的ISSR標記檢測了21份匈牙利黍稷；2008年，HUNT等[19]對來源于中國不同生態區的118份黍稷材料選取了水稻、小麥、大麥和燕麥的46個SSR標記進行了遺傳變異分析；2010年，CHO等[20]通過構建黍稷基因組DNA的富SSR文庫，以此開發了25個多態性微衛星標記。上述研究所用標記，特別是SSR標記的數量較少，很難全面反映黍稷種質資源的多樣性，因此從黍稷自身基因組開發SSR標記對促進其遺傳多樣性的研究具有十分重要的意義。隨著測序技術的成熟發展及其價格降低，應用二代測序技術與磁珠富集法相結合大規模的開發了谷子[31]、燕麥[32]、蠶豆[33]和山黧豆[34]等作物的基因組SSR標記，大大促進了相關小宗作物分子水平的研究進展。本研究對來自國內外不同生態區的的192份種質（栽培種和野生種）利用前期開發的黍稷基因組SSR引物進行遺傳多樣性分析，共檢測出161個等位變異，其中每對引物有效等位變異數1.74，有效等位變異所占比重為67.97%。多態性信息量PIC介于0.0877—0.8020，Nei基因多樣性指數的變化范圍是0.0279—0.6645，Shannon-Weaver指數變化范圍為0.0743—1.0953，其數值結果均高于先前研究，基因組SSR標記的成功應用，對黍稷種質資源的遺傳多樣性有了更全面多樣的認識，并有助于黍稷遺傳資源的進一步挖掘利用。同時本研究建立的SSR標記在分子水平也為國內黍稷資源研究打下了堅實基礎。

3.2 黍稷起源、演化與傳播

黍稷是人類最早馴化栽培的谷物之一，中國是目前已知的黍稷栽培歷史最悠久的國家，研究中國黍稷和國外黍稷的遺傳多樣性水平，對于探討黍稷的起源、演化與傳播也具有重要的意義。本研究通過對來自黍稷主栽區192份黍稷品種進行SSR遺傳多樣性的系統分析，揭示了各群體間遺傳多樣性差異。其中，內蒙古高原、東北、黃土高原群體在有效等位變異、Shannon-Weaver指數和Nei基因多樣性指數都高于其他群體，結合其他各參數而言，國內黍稷資源的遺傳多樣性也大于國外種質資源，同時還發現不同群體黍稷種質間的遺傳距離變化范圍為0.0207—0.2948，遺傳一致度變化范圍為0.7447—0.9796，更進一步顯示出10個群體來源的黍稷資源群體間的遺傳距離不大，親緣關系都很近，遺傳相似性高。

通過分析各栽培區的遺傳多樣性可以為黍稷的起源和演化研究提供依據和思路。在先前研究中，中國、中亞和中歐都被提出為黍和其野生祖先馴化的可能起源中心，但具體位置尚有待于進一步研究確認[35]。而中國黍稷品種資源群體間的顯著差異，作為全世界大面積栽培黍稷的國家，栽培環境、自然氣候條件千差萬別，同時還可能隱含著自然和人工優勝選擇、栽培資源與野生資源的互相基因滲透，這也是世界的其他地方不能比擬的。從研究中可知，中國黍稷種質的遺傳多樣性高于國外品種，擁有更多樣多元的遺傳多樣性，此結果與胡興雨等[24]的研究結果一致。其中，內蒙古高原群體和東北群體品種的遺傳多樣性要高于其他地區，該區域有可能是黍稷起源地，并以此向周邊擴展，此結果與LI等[22]推得新疆是黍稷馴化和傳播的十字路口，是由中國北方通過新疆向中亞、西亞進而進入歐洲的結果一致。同時，蒙古與國內歸為一組，俄羅斯與歐洲歸為一組的研究互相佐證，表明群體聚類與馴化、傳播及地理分布有一定關聯。

3.3 特殊群體與特殊個體

黑龍江齊齊哈爾的泰來小野糜（34號）和甘肅的野黍子（19號）在聚類分析中非常獨特，遠遠分離于其他黍稷材料之外。這有可能是由于野生種質沒有經過人為馴化不受人為環境影響又或是與其他野生近緣種雜交影響所致。而對于南方種群雖僅有一份材料但在群體聚類中卻自成一個獨立的群體，與國內外其他各群體遺傳距離均達0.2以上，親緣關系較遠，可能與自然環境，所在的氣候區有關，真實原因還需利用植物學、細胞生物學和分子生物學等手段對其他性狀進行深入研究。

同時通過將國內栽培種和野生種分別分析，進一步發現了國內野生種質的豐富遺傳多樣性與其在黍稷種質資源中的重要地位，此次野生種質只有19份，但其有效等位基因數、香農信息值數、Nei基因多樣性指數均遠高于其他群體，充分顯示其遺傳多樣性的豐富。所以，野生種質和南方零星種質資源有必要在今后的種質保存、資源管理和基礎研究工作中重點關注。

4 結論

中國黍稷種質資源具有較豐富的遺傳多樣性，普遍高于國外材料，而國內資源又以內蒙古高原、東北地區材料的遺傳多樣性最高，進一步驗證了“中國是黍稷起源中心”的論點。同時應進一步加強野生材料、南方種質的收集和國外資源的引進，豐富現有資源的遺傳多樣性，并促進黍稷遺傳改良、演化傳播等研究。

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（責任編輯 李莉）

Genetic Diversity in Broomcorn Millet (Panicum miIiaceum L.) from China and Abroad by Using SSR Markers

LIAN Shuai1,2, LU Ping2, QIAO Zhi-jun3, ZHANG Qi2, ZHANG Qian2, LIU Min-xuan2, WANG Rui-yun1
(1College of Agriculture, Shanxi Agricultural University, Taigu 030801, Shanxi;2Institute of Crop Science, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081;3Institute of Crop Genetic Resources, Shanxi Academy of Agricultural Sciences, Taiyuan 030031)

【Objective】The objective of this study is to assess the genetic diversity of broomcorn millet accessions which collected from China and abroad.【Method】Five hundred pairs of SSR primers developed in the authors’ laboratory by high-throughput sequencing were used to identify polymorphisms in six representatives randomly selected from the total of accessions. A total of 63 primer pairs produced clear and reproducible polymorphic fragments among the six accessions and then were used to analyze the genetic diversity and relationship of 192 broomcorn millet landraces and wild accessions.【Result】A total of 161 alleles were detected with an average of 2.56 alleles per locus, and the mean Shannon-Weaver index (I), mean Nei and mean PIC were 0.6275, 0.3874 and 0.4855, respectively. The results indicated that there is a significant difference among the 10 populations of broomcorn millet resources in genetic diversity from diverse geographic origins. The variance range of effective alleles number is 1.2407 (South region) - 1.8846 (Inner Mongolia). In domestic populations, the rank of Shannon-Weaver index is Inner Mongolia Plateau＞Tohoku＞Loess Plateau＞Northwest＞southern regions, and the rank of foreign populations is the former Soviet Union＞Europe＞Mongolia＞India＞United States. The results of Nei’s genetic heterozygosity analysis showed that the minimum and maximum of observed (Ho) and expected heterozygosity (He) is 0.2372 from India and 0.3966 from Inner Mongolia as well as 0.3114 from the Unite State and 0.4622 from Inner Mongolia Plateau, respectively. The effective number of alleles (1.9285±0.5101), Shannon-Weaver index (0.6948±0.2852) and Nei gene diversity index (0.4373±0.1773) of the wild germplasm are much higher which in domestic and foreign accessions. For domestic population and alien population, the effective number of alleles (1.8145±0.4519) of domestic resources, Shannon-Weaver index (0.6657±0.2413), and Nei gene diversity index (0.412± 0.1574) of domestic accessions were higher than that in foreign resources (1.6862±0.4527, 0.5897±0.2469, 0.3652±0.1655). UPGMA cluster analysis showed that the 10 geographic populations could be clustered into three categories, the accessions from the Inner Mongolia Plateau, the Loess Plateau, northeast, northwest, Mongolia area were clustered as one group, the former Soviet Union, the United States, India, Europe together as one group, and southern region of China clustered as one independent group. The wild millet (34) which is from Qiqihaer is separated from others at 0.37, the wild millet from Gansu (19) was divided into an independent individual at 0.34, indicating that there are significant genetic variances between the two wild accessions and others. In general, genetic division of population is not significant for 192 domestic and foreign accessions, and there have material interpenetration among different groups.【Conclusion】The Inner Mongolian Plateau, northeast area and the Loess Plateau with the most abundant genetic diversity is the most complex area of genetic relationship, which further confirms that China is the origin center of Panicum miliaceum.

Panicum miliaceum L; landraces; wild species; SSR markers; genetic diversity

2016-03-31；接受日期：2016-05-20

農業部谷子糜子產業體系（CARS-07-12[1].5-A1）、國家自然科學基金青年基金（31301386）、國家自然科學基金（31271791）

聯系方式：連帥，Tel：15534988123；E-mail：lianshuaisxnd@163.com。通信作者劉敏軒，Tel：01062159962；E-mail：liuminxuan@caas.cn。通信作者王瑞云，Tel：15234420135；E-mail：wry925@126.com