334份青藏高原野生大麥群體結構及連鎖不平衡水平分析

宋遠方，夏騰飛，徐金青，王寒冬，沈?；ⅲ?，王 蕾，3

(1.中國科學院 高原生物適應與進化重點實驗室，西北高原生物研究所，西寧 810001；2.中國科學院大學，北京 100039；3.青海省作物育種重點實驗室，西寧 810001)

334份青藏高原野生大麥群體結構及連鎖不平衡水平分析

宋遠方1,2，夏騰飛1,2，徐金青1,2，王寒冬1，沈?；?，3，王 蕾1，3

(1.中國科學院 高原生物適應與進化重點實驗室，西北高原生物研究所，西寧 810001；2.中國科學院大學，北京 100039；3.青海省作物育種重點實驗室，西寧 810001)

利用1 389個DArT標記對334份青藏高原西藏野生大麥材料進行遺傳多樣性、群體結構和連鎖不平衡水平分析。結果顯示，參試群體DArT標記的多態性信息含量(PIC)值為0.005 6～0.500 0，平均值為0.248 9。運用貝葉斯、主坐標分析2種方法對野生大麥的群體結構進行研究。結果顯示參試材料存在明顯的群體分層，各個亞群中的個體不同來源、不同棱形、不同皮裸性混雜分布。以標記位點間的相關系數平方(r2)作為衡量連鎖不平衡(LD)水平的參數，在整體上，LD水平隨著遺傳距離的增加遞減，各個染色體內也有相同的趨勢，不同染色體的LD水平不同。以r2=0.2為閾值統計，大于0.2的位點組合中，P<0.001的位點組合比例為3.31%，r2的平均值為0.454；群體的LD衰減距離為0.3 cM，衰減較快。青藏高原地區野生大麥群體結構和連鎖不平衡水平的研究為雜交育種和關聯圖譜的構建奠定了良好的基礎。

大麥；DArT標記；群體結構；連鎖不平衡

大麥栽培歷史悠久，是世界上第四大糧食作物[1]。大麥是農藝學上重要的大基因組作物，具有大量的品種，在世界范圍內廣泛分布[2]。中國大麥遺傳資源豐富，但其遺傳多樣性在地區間有很大的差異[3]。野生二棱皮大麥(Hordeumspontaneum)是現在栽培大麥的祖先，在新石器時期就被馴化作為一種糧食作物[4]。青藏高原及其邊緣地區被認為是栽培大麥的馴化中心之一[5]，該地區有豐富的野生大麥資源分布。該地區野生大麥無分布群落，主要與農作物混生，不同變種呈現重疊分布，穗和籽粒的深色型比例大，尤以黑殼類型豐富而廣布[6]。分類上，主要為野生二棱大麥(Hordeumspontaneum)、野生六棱大麥(Hordeumagtiocrithon)2個亞種，分別有12個和36個變種，其中野生二棱退化型和裸粒型是世界罕見的珍貴遺傳資源[6]，是青藏高原地區青稞育種研究中可利用的重要種質資源。

近年來，國內外研究者對1 a生野生大麥開展了農藝性狀與品質性狀分析[7-8]、遺傳多態性分析[9-12]和多種非生物脅迫抗性如干旱[13]、酸鋁[14]和鹽害[15]等性狀的鑒定和優異種質的發掘，這些研究表明青藏高原野生大麥具有豐富的遺傳多樣性和遺傳變異。Dai等[5]研究表明，近東地區的野生大麥遺傳多樣性高于青藏高原野生大麥，參試野生大麥材料分為4個亞群，青藏高原野生大麥和近東地區野生大麥分在不同的亞群。Wu等[16]對188份青藏高原野生大麥的群體結構和LD水平研究發現參試野生大麥群體分為8個亞群。但是Wang等[12]對90份野生大麥(青藏高原野生大麥45份，中東地區野生大麥45份)的遺傳多樣性研究表明，青藏高原地區野生大麥的遺傳多樣性高于中東地區野生大麥，聚類分析結果表明青藏高原野生大麥和中東地區野生大麥分在兩個亞群中。Khodayari等[17]利用22個微衛星標記對來自于伊朗的94份野生大麥進行遺傳多樣性研究，結果表明野生大麥具有較高的遺傳多態性。Zhang等[18]利用49對SSR引物對240份國內和60份國外大麥材料的遺傳多樣性進行研究，發現國內外材料遺傳基礎組成差異較大。Ivandic等[19]利用33 個SSR標記對以色列、土耳其和伊朗的39 份野生大麥基因型的遺傳多樣性研究表明，大多數材料能按國家歸類。Cai等[20]研究表明西藏野生大麥遺傳多樣性豐富，基因組LD水平栽培大麥高于野生大麥。Russell等[21]研究表明“新月沃地”地區的野生大麥與地方品種大麥相比具有較高的遺傳多樣性，大麥地方品種與野生大麥相比具有較高的LD水平。

種質資源是育種的物質基礎，對其進行準確分析和評價是合理利用資源的前提[22]，充分了解自己所擁有的育種材料的遺傳變異程度是十分必要。本研究利用1 389個DArT標記對334份青藏高原野生大麥的遺傳多樣性、群體結構及連鎖不平衡水平進行系統研究分析，旨在拓寬親本資源，為野生大麥在育種中的利用提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 材 料

參試材料為334份野生大麥材料，分別來自西藏、青海、四川3省區，包括野生二棱皮大麥95份，野生二棱裸大麥59份，野生六棱皮大麥125份，野生六棱裸大麥55份(圖1)。所有參試材料由國家作物種質庫青海復份庫提供。

圖1 334份參試材料地理分布Fig.1 Geographical distribution of 334 accessions

1.2 試驗方法

1.2.1 DNA提取 每個大麥材料取5粒種子種于培養皿中，2周后取新鮮葉片采用改進的CTAB法(Stewart Jr&Via,1993)進行基因組DNA的提取。

1.2.2 DArT標記基因組掃描 基因組DNA質量濃度調至約100 mg/L，每個材料取20 μL送交澳大利亞Diversity Arrays Technology Pty Ltd.公司進行全基因組DArT標記掃描(http://www.triticarte.com.au)。芯片型號為Barley PstI(BstNI)(1.7)。通過3次獨立試驗進行驗證其基因分型質量。

1.3 數據分析

每個DArT標記的多態性信息含量(Polymorphism information content,PIC)按照下列公式計算：PIC=1-∑(pi)2。式中，pi為i個等位基因在群體中出現的頻率[23]，該參數使用POWERMARKER 3.25軟件進行計算[24]。

群體結構的分析采用2種方法。首先，利用Pritchard等[25]提出的貝葉斯模型的方法，使用STRUCTURE 2.2軟件進行群體結構的劃分。具體過程為，設定群體數(K)為1～16,并假定位點都是獨立的。將MCMC(Markov Chain Monte Carlo)的不作數迭代(Length of burn-in period)設為100 000次，再將不作數迭代后的MCMC設為1 000 000次。每個K值進行10次運算，進行3次重復運算。每次運算軟件產生1個Q矩陣，得到相應材料的Q值(第i材料其基因組變異源于第K群體的概率)。利用CLUMM軟件[26]將10次運算的Q矩陣結果進行整合。其次，利用NTSYS 2.1軟件進行主坐標分析。運算中用基于Nei氏距離的遺傳相似性矩陣。

群體連鎖不平衡(LD)水平的分析，以標記位點間的相關系數平方(r2)，作為衡量連鎖不平衡的參數[27]。用2種形象化的方式來表示：LD衰減圖和LD矩陣。LD衰減圖是以連鎖不平衡參數r2和標記位點間的遺傳距離作散點圖，表示一個區域內的LD分布情況；LD矩陣是某基因組內或染色體上多態性位點間的LD線性排列。以r2= 0.2作為閾值檢測LD衰減。LD的計算在TASSEL軟件中實現。

2 結果與分析

2.1 參試野生大麥的遺傳多樣性分析

通過3次獨立重復控制DArT標記基因分型的質量，結果顯示重復性為95.8%～100%，其中重復率在99%以上的標記占80%，說明基因分型結果重現性良好。 用2 304個DArT標記進行參試材料的全基因組掃描，最終有1 389個標記在參試群體中表現出多態性，其中有染色體位置信息的標記共698個，覆蓋基因組長度為1 136.060 0 cM(表1)。

DArT標記為顯性標記，所以其PIC值為0～0.5。參試野生大麥群體中，所用DArT標記的PIC值變異為0.005 6～0.500 0，平均值為0.248 9。不同染色體DArT標記PIC平均值變化較大，其中6H染色體PIC平均值最高，為0.291 2；4H染色體PIC平均值最低，為0.186 2(表1)。

2.2 參試野生大麥群體結構分析

運用貝葉斯模型和主坐標分析方法，對334份青藏高原野生大麥材料進行群體結構估測。貝葉斯方法結果顯示，每次重復的LnP(D)值呈持續增大且無明顯的拐點出現，無法直接確定合理的K值(圖2-a)。對Q矩陣進行重復性檢測，K=2或K=5時各重復間相關系數r>0.99(P<0.01)，因此，可以初步確定K的合理取值應該是2或者5；ΔK的計算結果表明，K=2或者K=5時，ΔK達到峰值(圖2-b)。K=2時，如果將參試野生大麥材料分為2個亞群(WPOP1、WPOP2)，有243份材料的Q值≥0.8，占參試材料的72.75%，2個亞群中不同地理來源、不同棱型和不同皮裸性的材料混雜分布(表2)。當K=5時，情況亦然。

表1 全基因組和不同染色體上DArT標記分布及其PIC值Table 1 Distribution of DArTs on genome and different chromosomes and the mean of PIC

用1 251個多態性標記進行基于Nei氏距離的主坐標分析(去掉缺失大于10%的標記)，結果表明前3個主成分可累計解釋31.71%的分子變異(分別為12.08%、11.81%、7.82%)。利用每個材料在3個主坐標中對應的特征向量做三維散點圖(圖3)，直觀反映出群體材料間的聚類關系。將在貝葉斯方法中Q值<0.8的材料記為Admixed個體，圖3-a和圖3-b中的顏色標定同貝葉斯方法中不同亞群中Q值≥0.8的材料顏色一致。結果顯示，主坐標分析與貝葉斯方法結果基本一致，不同棱型、不同皮裸性和不同地理來源的野生大麥混雜分布(圖3-c)，這同青藏高原野生大麥混居的地理分布特征一致。

2.3 參試野生大麥基因組連鎖不平衡分析

用554個已知染色體位置信息的多態性DArT標記進行參試材料群體基因組連鎖不平衡分析(去除缺失大于20%和MAF小于5%的標記)。以標記位點間的相關系數平方(r2)作為衡量連鎖不平衡性的參數。結果顯示，參試材料群體基因組內存在一定程度的連鎖不平衡性，統計概率(P<0.001)支持的LD成對位點占所有位點組合的比例為8.100%，其r2平均值為0.082，整體LD水平較低。由于4H染色體上可用的DArT標記僅有37個且分布不均勻，在下面不作分析。不同染色體上得到統計概率支持的(P<0.001)的成對位點數比例不同，其中2H上得到統計概率支持的成對位點數比例最大為13.690%，5H最小，為6.290%。5H成對位點的r2平均值最大(0.215)，1H成對位點的r2平均值最小(0.093)。 一般情況下，以r2=0.2閾值，認為r2高于該閾值時，連鎖不平衡是由遺傳連鎖造成的[26]。以r2=0.2為閾值，整體上r2≥0.2的LD成對位點數占得到統計概率支持成對位點數的3.310%，r2平均值為0.454。不同染色體r2≥0.2的LD成對位點數比例和其r2平均值也不盡相同，5H上r2≥0.2的LD成對位點數的比例最高為18.520%，其r2平均值也最大(0.805),1H上r2≥0.2的LD成對位點數的比例最低為5.240%，但是r2平均值最小的染色體是2H。同一染色體內的r2≥0.2的LD成對位點數(9.640%)和r2平均值(0.552)均大于不同染色體間的數值，說明參試材料群體基因組內處于LD的成對位點主要來自于染色體內部而非不同染色體間。從整體上看，參試群體基因組LD隨著標記間遺傳距離的增大而減弱。如果將整個基因組或不同染色體劃分為5個區段，可以發現，隨著遺傳距離增大，LD成對位點的r2平均值急劇減小，且這種變化主要集中在3 cM位置附近。從不同染色體來看，遺傳距離≤3 cM時，5H上的LD成對位點r2平均值最大，1H上的LD成對位點r2平均值最小(圖4-a)。

a.LnP(D) 值重復性檢測The repeatability test of LnP(D)；b.ΔK值的變化The variance of ΔK；c,d.K=2或K=5時參試材料群體結構The population structure of accessions whenK=2 orK=5

圖2 參試材料群體結構估測
Fig.2 The estimate of population structure for accessions

表2 各個亞群中參試野生大麥材料的分布情況Table 2 Distribution of different wild type barley in subpopulations

圖3 參試野生大麥材料基于Nei氏距離的主坐標分析Fig.3 Principal coordinate analysis of wild barley accessions based on a Nei’s distance matrix

LD衰減所延伸的距離決定著關聯分析所需使用的標記多寡及關聯分析的精度。對DArT成對位點r2值對遺傳距離(cM)進行回歸分析發現(圖4-b)，參試野生大麥群體DArT成對位點r2值隨著遺傳距離衰減迅速衰減且遵循方程：y=aln(x)+b。當r2=0.2時，整個基因組LD衰減距離僅為0.3 cM。不同染色體LD衰減水平差異很大，7H上LD衰減距離僅為0.035 cM，而5H LD衰減距離最大達到5.8 cM，說明每條染色體承受不同的選擇壓(表3)。

3 討 論

3.1 參試野生大麥遺傳多樣性分析

Dai等[5]利用DArT標記的研究結果表明，近東地區野生大麥的遺傳多樣性(PIC=0.379)要高于青藏高原野生大麥(PIC=0.353)，也高于本研究參試野生大麥的遺傳多樣性水平(PIC=0.248 9)。其原因可能是近東地區的野生大麥群體分布遠離大麥等作物種植區，其多樣性能得以較為完整保留。而青藏高原地區的野生大麥是以野草形式在田間地頭與栽培大麥等作物共生，且不同棱型、不同皮裸性的野生大麥交錯分布，野生大麥與栽培大麥或不同類型群體間存在基因滲透，造成野生大麥多樣性降低。同時，青藏高原環境嚴酷，對野生大麥群體適應性可能會產生某種定向自然選擇過程，從而降低青藏高原野生大麥的遺傳多樣性。盡管如此，研究結果表明，青藏高原野生大麥的遺傳多樣性(PIC=0.248 9)依然高于農家品種(PIC=0.212 5)和育成品種(PIC=0.245 8)[28-29]，表明馴化家養過程中，為了適應復雜的地理環境和人類需求，野生大麥經歷了嚴苛的自然選擇和人工選擇，基因組內有若干基因位點因其等位基因丟失而導致該位點多樣性喪失，導致遺傳多樣性降低。

圖4 參試野生大麥群體基因組及不同染色體的LD衰減Fig.4 LD decay as calculated across genome and different chromosomes of wild barley accessions

項目Item基因組Genome染色體內Intra-chr染色體間Inter-chr1H2H3H4H5H6H7HP<0.001標記對比例/%Percentageofpairsinsig.P<0.0018.10010.6407.63012.72013.69013.4508.3306.2907.7508.990P<0.001標記對r2平均值Averager2ofpairsinsig.0.0820.1210.0720.0930.1060.1200.2230.2150.1200.123r2>0.2標記對比例/%PercentageofpairsinLDr2>0.23.3109.6401.6805.2408.14010.59028.00018.52012.2209.110r2>0.2標記對r2平均值Averager2ofpairsinLD0.4540.5520.3080.4790.4620.4560.6610.8050.4630.636LD衰減距離LDextentdistance0.300--0.5100.3700.140-5.8000.0410.035

3.2 參試野生大麥群體結構分析

用貝葉斯和主坐標分析2種方法對334份青藏高原野生大麥進行群體結構估測，結果表明，參試青藏高原野生大麥內存在一定的群體結構。貝葉斯方法分析的結果顯示，參試群體可劃分為2個或5個亞群，當Q值>0.8時(Q值<0.8的材料記為Admixed個體)，主坐標分析結果同貝葉斯方法分析結果基本一致。從參試材料在各個亞群的分布來看，不同棱型、不同皮裸性和不同地理來源的材料混雜分布，且admixed個體數較多，各個亞群間沒有明顯的界限。推測其原因，一是這種群體結構樣式同青藏高原野生大麥地理分布特征相符合。除了野生二棱皮大麥外，青藏高原還分布有大量的野生二棱裸大麥、野生六棱皮大麥和野生六棱裸大麥，這些野生大麥同栽培六棱裸大麥一起混雜分布于田間地頭，沒有地理隔離和生殖隔離條件下，各類型材料間很可能存在基因滲透現象；另一方面，可能是由于不同棱型、皮裸性或者地理來源的材料起源較為單一，起源地狹窄導致了參試群體結構樣式。與本研究不同的是，邱龍[30]利用DArT標記采用STRUCTURE軟件和聚類分析方法分析188份青藏高原1 a生野生大麥資源的群體結構，結果表明供試野生大麥基于棱型等可劃分為8個亞群，其中2個亞群主要為野生六棱大麥，其他6個亞群多為野生二棱大麥。這可能是由于2個研究所用的材料類型和數目以及標記數目不盡相同造成的，還需要進一步的研究確認。

3.3 參試野生大麥群體連鎖不平衡分析

對于野生大麥群體基因組LD水平的研究較少。邱龍[30]的研究發現青藏高原野生大麥群體LD衰減延伸距離為20 cM(r2=0.1)。這與Stracke等[31]和Kraakman等[32]的研究結果基本一致。同時，邱龍[30]的研究結果表明，青藏高原1 a生野生大麥的第2、6和7號染色體的LD衰減較快，其衰減的距離分別12.5、10和15 cM。與此不同的是，Morrell等[33]研究25份野生大麥群體的LD水平，Caldwell等[34]研究4個候選基因區段在3個不同大麥群體(野生大麥、農家品種、育成品種)中的LD水平。結果表明育成品種基因組LD衰減距離為212 kb，而野生大麥和農家品種這2個比較原始的群體中LD衰減明顯要快于育成品種。Wang等[28]利用DArT標記研究發現，青藏高原大麥農家品種群體基因組LD衰減距離可達5.58 cM，育成品種群體基因組衰減距離為200.33 cM[29 ]。本項研究的結果同Morrell等[33]和Caldwell等[34]的一致，參試青藏高原野生大麥群體基因組LD衰減較快，其衰減距離為0.30 cM。6H和7H染色體LD衰減最快，5H衰減最慢。野生大麥作為原始群體，不同于農家品種和育成品種，由于未受到嚴苛的人工選擇，發生在其基因組內的選擇和重組事件較少，保留了較高的多樣性水平，同時其基因組LD衰減距離較快。5H的LD衰減距離顯著大于其他染色體(表3)，說明該條染色體上承受了較大的選擇壓，作為野生群體，這種選擇壓主要來自于群體適應于不同環境所產生的自然選擇，推測在該條染色體上可能存在同環境適應性相關的基因。

利用DArT標記對334個青藏高原野生大麥群體進行群體結構和基因組LD水平估測，發現青藏高原野生大麥具有較高的遺傳多樣性水平，其群體結構同其混居的地理分布特征相適應，基因組LD衰減較快。野生大麥盡管具有碎穗、穗粒數少、千粒質量低等不利農藝性狀，但抗逆、耐瘠，同時蛋白質含量等品質性狀優良，在大麥育種中有著巨大的潛在應用價值。作為中國所獨有的珍貴自然資源，對青藏高原野生大麥群體結構和基因組LD水平進行估測，有助于后續開展基于自然群體的關聯作圖和基因發掘工作，有利于拓寬目前大麥育種的遺傳基礎。

Reference：

[1] 顧自奮,黃志仁,許如根,等.近10年世界大麥生產概況[J].大麥科學,2001,1(1):1-4.

GU Z F,HUANG ZH R,XU R G,etal.Summary of barley production in the world in the last ten years[J].BarleyScienceinChina,2001,1(1):1-4(in Chinese with English abstract).

[2] MALYSHEVA-OTTO L V,GANAL M W,R?DER M S.Analysis of molecular diversity,population structure and linkage disequilibrium in a worldwide survey of cultivated barley germplasm(HordeumvulgareL.)[J].BMCGenetics,2006,7(1):6.

[3] 張赤紅,張 京,趙會英,等.應用SSR標記對61個國家大麥遺傳多樣性的研究[J].植物遺傳資源學報,2008,9(1):15-19.

ZHANG CH H,ZHANG J,ZHAO H Y,etal.Study on genetic diversity of barely from 61 countries using SSR markers [J].JournalofPlantGeneticResources,2008,9(1):15-19(in Chinese with English abstract).

[4] ZOHARY D,HOPF M,WEISS E.Domestication of Plants in the Old World:The Origin and Spread of Domesticated Plants in Southwest Asia,Europe,and the Mediterranean Basin[M].Demand:Oxford University Press,2012.

[5] DAI F,NEVO E,WU D,etal.Tibet is one of the centers of domestication of cultivated barley[J].ProceedingsoftheNationalAcademyofSciences,2012,109(42):16969-16973.

[6] 馬得泉,徐廷文,顧茂芝,等.西藏野生大麥的分類和分布[J].中國農業科學,1987(2):1-5.

MA D Q,XU T W,GU M ZH,etal.The classification and distribution of wild barley in Tibet [J].ScientiaAgriculturaSinica,1987(2):1-5(in Chinese).

[7] 呂 毅.青藏高原一年生野生大麥若干農藝性狀的 QTL 定位 [D].武漢:華中農業大學,2007.

Lü Y.QTL Analysis of some agronomic traits in Qing-Tibetan Plateau annual wild barley[D].Wuhan:Huazhong Agricultural University,2007(in Chinese with English abstract).

[8] 楊 勇.青藏高原一年生野生大麥的農藝性狀及品質性狀分析[D].武漢:華中農業大學,2010.

YANG Y.Analysis of agronomic and quality traits in the annual wild barley accessions of Qing-Tibetan Plateau[D].Wuhan:Huazhong Agricultural University,2007(in Chinese with English abstract).

[9] 唐慧慧,丁 毅,胡耀軍,等.中國近緣野生大麥醇溶蛋白的遺傳多樣性研究[J].武漢植物學研究,2002,20(4):251-257.

TANG H H,DING Y,HU Y J,etal.Genetic polymorphism of hortein in wild relatives of barley from China[J].JournalofWuhanBotanicalResearch,2002,20(4):251-257(in Chinese with English abstract).

[10] 侯永翠,鄭有良,魏育明,等.青藏高原近緣野生大麥醇溶蛋白遺傳多樣性分析[J].西南農業學報,2004,17(5):545-551.

HOU Y C,ZHENG Y L,WEI Y M,etal.Analysis of genetic diversity of hordein in wild relatives of barley from Qingzang plateau[J].SouthwestChinaJournalofAgriculturalSciences,2004,17(5):545-551(in Chinese with English abstract).

[11] FENG Z Y,LIU X J,ZHANG Y Z,etal.Genetic diversity analysis of tibetan wild barley using SSR markers[J].ActaGeneticaSinica,2006,33(10):917-28.

[12] WANG A,YU Z Y,DING Y.Genetic diversity analysis of wild close relatives of barley from Tibet and the Middle East by ISSR and SSR markers[J].ComptesRendusBiologies,2009,332(4):393-403.

[13] ZHAO J,SUN H,DAI H,etal.Difference in response to drought stress among Tibet wild barley genotypes[J].Euphytica,2010,172(3):395-403.

[14] DAI H X,SHAN W N,ZHAO J,etal.Difference in response to aluminum stress among Tibetan wild barley genotypes[J].JournalofPlantNutritionandSoilScience,2011,174(6):952-960.

[15] QIU L,WU D Z,ALI S，etal.Evaluation of salinity tolerance and analysis of allelic function of HvHKTl and HvHKT2 in Tibetan wild barley[J].TheoreticalandAppliedGenetics,2011,122(4):695-703.

[16] WU D,QIU L,XU L,etal.Genetic variation of HvCBF genes and their association with salinity tolerance in Tibetan annual wild barley.[J].PlosOne,2011,6(7):646-648.

[17] KHODAYARI H,SAEIDI H,AKHAVAN A,etal.Microsatellite analysis of genetic diversity of wild barley(Hordeumvulgaresubsp.spontaneum) using different sampling methods in Iran[J].IranianJournalofBotany,2014,20(1):41-50.

[18] ZHANG C H,ZHANG J.Genetic diversity assessment of barley germplasm resources using SSR markers[J].JournalofTriticeaeCrops,2008,28(2):214-219.

[19] IVANDIC V,HACKETT C A,NEVO E,etal.Analysis of simple sequence repeats(SSRs) in wild barley from the fertile crescent:associations with ecology,geography and flowering time[J].PlantMolecularBiology,2002,48(5-6):511-527.

[20] CAI S G,WU D Z,JABEEN Z,etal.Genome-wide association analysis of aluminum tolerance in cultivated and Tibetan wild barley.[J].PlosOne,2013,8(7):e69776-e69776.

[21] RUSSELL J,DAWSON I K,FLAVELL A J,etal.Analysis of>1 000 single nucleotide polymorphisms in geographically matched samples of landrace and wild barley indicates secondary contact and chromosome-level differences in diversity around domestication genes[J].NewPhytologist,2011,191(2):564-578.

[22] 周 偉.二棱大麥種質資源引進與評價研究[D].陜西楊凌:西北農林科技大學,2006.

ZHOU W.Introduction and evolution of two-rowed barley germplasms abstract [D].Yangling Shaanxi:Northwest Agriculture &Forestry Univesity,2006(in Chinese with English abstract).

[23] BOTSTEIN D,WHITE R L,SKOLNICK M,etal.Construction of a genetic linkage map in man using restriction fragment length polymorphisms[J].AmericanJournalofHumanGenetics,1980,32(3):314-331.

[24] LIU K,MUSE S.Power marker:an integrated analysis environment for genetic marker analysis [J].Bioinformatics,2005,21(9):2128-2129.

[25] PRITCHARD J K,STEPHENS M,DONNELLY P.Inference of population structure using multilocus genotype data[J].Genetics,2000,155(2):945-959.

[26] JAKOBSSON M,ROSENBERG N A.CLUMPP:a cluster matching and permutation program for dealing with label switching and multimodality in analysis of population structure[J].Bioinformatics,2007,23(14):1801-1806.

[27] HILL W G,ROBERTSON A.Linkage disequilibrium in finite populations[J].TheoreticalandAppliedGenetics,1968,38(6):226-231.

[28] WANG L,XU J,XIA T,etal.Population structure and linkage disequilibrium in six-rowed barley landraces from the Qinghai-Tibetan Plateau[J].CropScience,2014,54(5):2011-2022.

[29] 王 蕾.青藏高原青稞及野生大麥群體結構和標記/性狀全基因組關聯分析[D].北京:中國科學院大學,2014.

WANG L.Population structure of six-rowed barley and wild barley from Qinghai-Tibet Plateau and traits/markers genome-wide association analysis [D].Beijing:University of Chinese Academy of Sciences,2014(in Chinese with English abstract).

[30] 邱 龍.青藏高原一年生野生大麥耐鹽性評價及優異等位基因的挖掘[D].杭州:浙江大學,2011.

QIU L.The evaluation of salt tolerance and exploitation of elite alleles in Tibetan Plateau annual wild barley [D].Hangzhou:Zhejiang University,2011(in Chinese with English abstract).

[31] STRACKE S,PEROVIC D,STEIN N,etal.Linkage disequilibrium in barley[C]//Proceedings of 11th Molecular Markers Symposium of the GPZ.Gatersleben:Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research (IPK),2003:114.

[32] KRAAKMAN A T W,NIKS R E,VAN DEN BERG P M M M,etal.Linkage disequilibrium mapping of yield and yield stability in modern spring barley cultivars[J].Genetics,2004,168(1):435-446.

[33] MORRELL P L,TOLENO D M,LUNDY K E,etal.Low levels of linkage disequilibrium in wild barley(Hordeumvulgaressp.spontaneum) despite high rates of self-fertilization[J].ProceedingsoftheNationalAcademyofSciencesoftheUnitedStatesofAmerica,2005,102(7):2442-2447.

[34] CALDWELL K S,RUSSELL J,LANGRIDGE P,etal.Extreme population-dependent linkage disequilibrium detected in an inbreeding plant species,Hordeumvulgare[J].Genetics,2006,172(1):557-567.

(責任編輯：成 敏 Responsible editor:CHENG Min)

Population Structure and Linkage Disequilibrium in 334 Wild Barley from the Qinghai-Tibetan Plateau

SONG Yuanfang1,2,XIA Tengfei1,2,XU Jinqing1,2,WANG Handong1,SHEN Yuhu1,3and WANG Lei1,3

(1.Key Laboratory of Adaptation and Evolution of Plateau Biota,Northwest Plateau Institute of Biology,Chinese Academy of Sciences,Xining 810001,China; 2.University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100039,China；3.Key Laboratory of Crop Molecular Breeding of Qinghai Province,Xining 810001,China)

The genetic diversity,population structure,and extent of linkage disequilibrium (LD) were investigated at a genome-wide level in 334 wild barley (HordeumvulgareL.ssp.vulgare) from the Qinghai-Tibetan Plateau using 1 389 polymorphic diversity array technol-ogy (DArT) markers.The mean polymorphism information content (PIC) of the DArT markers ranged between 0.005 6 and 0.500 0 with an average of 0.248 9.Bayesian supported that all wild barley accessions from this region are divided into two distinct subpopulations; the individuals of each subpopulation are mixed distribution with different form and different skin naked.The LD values,expressed asr2,statistical threshold forr2=0.2,there are 3.31% of marker pairs (P<0.001) whenr2> 0.2,the average ofr2were 0.454; the LD levels in different chromosomes which of the same accessions are also different.The LD values declined with increasing genetic distance,and the same tendency occurred on each chromosome.The attenuation distance of the population is 0.3 cM,decaying rapidly.Our results discerned relevant patterns of genetic diversity,population structure,and LD among members of a Qinghai-Tibet Plateau wild barley accessions have important implications for further practical breeding and studies on association mapping.

Barley; DArT markers; Population structure; Linkage disequilibrium

SONG Yuanfang,male,master student.Research area:crop genetics and breeding.E-mail：songyuanfang20@163.com

WANG Lei,female,Ph.D,assistant researcher.Research area:crop genetics and breeding.E-mail：wanglei@nwipb.cas.cn

日期：2016-12-29

網絡出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20161229.1005.014.html

2016-01-14

2016-03-10

青海省應用基礎研究計劃項目( 2013-Z-724)；2013年度中國科學院“西部之光”人才培養計劃“聯合學者”項目； 青海省應用基礎研究計劃項目(2015-ZJ-702)；2015年度中國科學院“西部之光”人才培養計劃“西部博士”項目；青海省自然科學基金(2015-ZJ-915)。

宋遠方，男，碩士研究生，從事作物遺傳育種方面的研究。E-mail：songyuanfang20@163.com

王 蕾，女，博士，助理研究員，從事作物遺傳育種方面的研究。E-mail：wanglei@nwipb.cas.cn

Q347

A

1004-1389(2017)02-0201-09

Received 2016-01-14 Returned 2016-03-10

Foundation item The Applied Basic Research Project in Qinghai Province (No.2013-Z-724);the West Light Foundation of Chinese Academy of Sciences in 2013; the Applied Basic Research Project in Qinghai Province(No.2015-ZJ-702);the West Light Foundation of Chinese Academy of Sciences in 2015;Natural Science Foundation of Qinghai Province(No.2015-ZJ-915).