西藏冬青稞種質資源SNP標記的遺傳多樣性分析

孟霞+曾興權+其美旺姆+尼瑪扎西

摘要 單核苷酸多態性（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記。利用IlluminaiSelect 9k SNP芯片對96個西藏冬青稞種質資源進行了SNP檢測。結果表明，在分布于7條染色體上的7 000個SNP位點中，5 026個檢測到了多態性，多態性比率為71.8%；SNP聚類分析將96份西藏冬青稞種質資源聚成七大類群，種質資源間的遺傳相似系數（GS），其變異范圍為0.288～0.999，平均值為0.771。96份西藏冬青稞種質資源間親緣關系較近，遺傳基礎比較單一。

關鍵詞 西藏冬青稞；種質資源；單核苷酸多態性（SNP）；遺傳多樣性

中圖分類號 S512.3；S34 文獻標識碼 A 文章編號 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。大麥是我國青藏高原地區主要的糧食作物，對該地區的農業生產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大麥生產的穩步發展具有十分重要的意義。

近年來，隨著DNA分子標記技術的出現，為在DNA水平上評估不同品種間的親緣關系及計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標記技術分析了西藏小麥、普通小麥和歐洲小麥遺傳多樣性，發現歐洲和西藏小麥遺傳多樣性遠高于普通小麥；馮宗云等[2]利用微衛星標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構特點，提高大麥種質材料的利用效率，利用SSR標記對大麥親本材料進行遺傳多樣性和群體結構分析，發現需要引入新種質來拓展親本的遺傳基礎。

單核苷酸多態性（single nucleotide polymorphisms，SNP）是普遍存在于生物基因組中的一種新型分子標記，是指在基因組水平上由單個核苷酸的變異而引起的DNA序列單個堿基多態性變化。SNP是二等位基因，具有在基因組中數量最多、分布密度高、無需電泳、可高通量自動化檢測等特點[3-4]。大規模、高通量SNP芯片檢測首先廣泛應用于人類群體結構的遺傳學研究和關聯性分析[5]，商業化的SNP芯片也已被應用于一些家畜全基因組關聯分析、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芯片技術對模式植物擬南芥不同品系進行了多態性研究；近年來，隨著大麥高通量測序研究工作的開展，SNP開發和利用進展迅速。大麥已經開發了基于Illumina技術平臺的9k高通量SNP分析芯片，已開始應用于大麥遺傳連鎖圖譜的構建、DNA指紋分析、群體結構和連鎖不平衡分析以及基因定位等諸多領域。Ren[9]、Chao[10]和Wurschum等[11]利用發現SNP標記能夠真實反映小麥品種間的親緣關系，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其遺傳構成和親緣關系進行研究的報道。本研究采用Illumina 9k iSelect SNP標記技術對來自西藏的96個大麥品種的遺傳構成進行分析，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系，以期為大麥新品種選育的親本選配提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

選用96份西藏冬青稞品種，對其進行編號，編號為X1～X99，其中X35、X61和X63缺號。供試材料為西藏農牧科學院提供的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標記對96個大麥品種進行了全基因組掃描，采用Genome Studio Polyploid Clustering Module v1.0 Software進行SNP分型。

2 結果與分析

2.1 多態性SNPs位點的分布

利用IlluminaiSelect 9k SNP芯片對96個大麥品種進行了SNP檢測。在分布于7條染色體上的7 000個SNP位點中，5 026個檢測到了多態性，多態性比率為71.8%。多態性SNP位點中有2 935個已經定位于各個染色體上，每條染色體上分布的多態性位點不等，從最少的4H染色體（244個）到最多的2H染色體（526個）（圖1）。

2.2 西藏冬青稞種質資源間的遺傳相似系數GS

利用NTSYS-pc 2.1遺傳分析軟件，根據SNP標記數據計算出冬青稞種質資源間的遺傳相似系數（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個品種間親緣關系最遠，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個品種血緣關系最近，遺傳差異較小。

根據所計算的4 560個遺傳相似系數（GS），以0.18為組距進行次數分布分析（圖2）。可以看出，96個品種間的遺傳相似系數在0.78處分布密度最大。>0.78的遺傳相似系數有1 946個，<0.7的有2 614個，分別占總數的42.68%和57.32%。遺傳相似系數主要分布在0.65～0.89之間，數量為4 198個，占總數的92.06%；遺傳相似系數為0.65的有240個，占總數的5.26%；遺傳相似系數>0.89的有119個，占總數的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，遺傳基礎相對狹窄。

2.3 聚類分析

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

第Ⅲ類群包含83個品種，占試驗品種總數的86.4%，品種間的遺傳相似系數變幅在0.74～0.99之間，平均值為0.809，其中X70與X72之間的相似系數最大，在遺傳基礎上具有很高的親緣性。

第Ⅳ類群包含7個品種，品種間的遺傳相似系數變幅在0.74～0.99之間；第Ⅴ類群包含2個品種，品種間的遺傳相似系數變幅為0.99。

第Ⅵ類群和第Ⅶ類分別包含1個品種，遺傳相似系數在0.66處；X31單獨聚為一類，遺傳相似系數在0.69處；X23單獨聚為一類。

3 結論與討論

試驗結果表明，西藏冬青稞種質資源間的遺傳相似系數變幅為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在0.65～0.89之間，親緣關系較近，遺傳基礎比較單一，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。加強國內外育種單位的交流與合作，廣泛收集不同類型的種質資源，不斷創制新的適合本生態區的種質材料，加快新的育種技術應用，將是今后西藏大麥育種工作的重點。

4 參考文獻

[1] SUN Q X，NI Z F，LIU Z Y，et al.Genetic relationships and diversity among Tibetan wheat，common wheat and European spelt wheat revealed by RAPD markers[J].Euphytica，1998，99：205-211.

[2] 馮宗云，張義正，張立立.應用微衛星標記研究西藏野生二棱大麥的遺傳多樣性及地理分化[J].高技術通訊，2003（10）：16-53.

[3] NASU S，SUZUKI J，OHTA R，et al.Search for and analysis of single nucleotide polymorphisms（SNPs）in rice（Oryza sativa，Oryza rufipogon）and establishment of SNP markers[J].DNA Research，2002，9：163-171.

[4] 鄒喻蘋，葛頌.新一代分子標記-SNPs及其應用[J].生物多樣性，2003，11（5）：370-382.

ZHOU Y P，GE S.A novel molecular marker-SNPs and its application[J].Biodiversity Science，2003，11（5）：370-382.

[5] NISHIDA N，KOIKE A，TAJIMA A，et al.Evaluating the performance of Afrymetrix SNP array 6.0 platform with 400 Japanese individuals[J].BMC Genomics，2008，9：431.

[6] KARLSSON E K，BARANOWSKA I，WADE C M，et al.Efficient mapping of mendelian traits in dogs through genome-wide association[J].Nat Genet，2007，39：1321-1328.

[7] ANDERSON L.Genome-wide association analysis in domestic animals：a powerful approach for genetic dissection of trait loci[J].Genetica，2009， 136：341-349.

[8] CLARK R M，SCHWEIKERT G，TOOMAJIAN C，et al.Common sequence polymorphisms shaping genetic diversity in Arabidopsis thaliana[J].Science，2007，317（5836）：338-342.

[9] REN J，CHEN L，SUN D，et al.SNP-revealed genetic diversity in wild emmer wheat correlates with ecological factors[J].BMC Evolutionary Biology，2013，13：169.

[10] CHAO S，DUBCOVSKY J，DVORAK J，et al.Population-and genome-specific patterns of linkage disequilibrium and SNP variation in spring and winter wheat（Triticum aestivum L.）[J].BMC Genomics，2010，11：727.

[11] WURSCHUM T，LANGER S M，LONGIN C F，et al.Population structure，genetic diversity and linkage disequilibrium in elite winter wheat assessed with SNP and SSR markers[J].Theor Appl Genet，2013，126：1477-1486.