1 197份西瓜種質(zhì)資源遺傳多樣性和群體結構分析及核心種質(zhì)構建

張海英 范建光 郭紹貴 任毅 宮國義 張潔 翁益群 許勇

目的與意義：西瓜是世界上主要的蔬菜作物，更是中國瓜農(nóng)增收的高效園藝作物。拓寬西瓜遺傳基礎，發(fā)掘優(yōu)異種質(zhì)，提高西瓜品種改良效率是目前全球西瓜育種面臨的首要任務，核心種質(zhì)構建為發(fā)掘與利用優(yōu)異種質(zhì)提供了一條有效途徑。而已有西瓜種質(zhì)資源的研究多局限于形態(tài)特征及農(nóng)藝性狀的鑒定與描述，巨大的工作量使我們無法同時對上千份種質(zhì)資源進行各種抗病性的細致鑒定，更缺乏對其遺傳多樣性及不同資源群間異同點的系統(tǒng)認識。目前，西瓜全基因組測序與重測序工作已經(jīng)全面開展，有必要基于西瓜全基因組序列，準確分析不同西瓜不同種之間的遺傳關系，盡快構建含有野生種、地方品種和主要改良種的核心種質(zhì)，使最少量的樣品代表最豐富的遺傳變異，為品種改良提供材料與技術指導。

材料與方法：利用北京市農(nóng)林科學院蔬菜研究中心已經(jīng)開發(fā)的代表最大限度遺傳多樣性的23對SSR核心引物，對中心收集的包含西瓜屬全部7個種的1 197份資源材料進行SSR檢測。將SSR電泳條帶轉(zhuǎn)換為0、1數(shù)據(jù)后，利用PowerMarker v3.25軟件計算多態(tài)性信息量、平均等位基因數(shù)、主等位基因頻率等;利用POPGENE v1.32軟件計算Nei's基因多樣性指數(shù)、Shannon信息指數(shù)、觀測雜合度值、期望雜合度值等;利用STRUCTURE v.2.3軟件進行群體結構分析;利用PowerCore軟件進行核心種質(zhì)構建。

結果與分析：（1）遺傳多樣性分析：采用23對SSR核心引物對1 197份資源材料進行擴增，共檢測到133個等位基因，單個引物檢測到的等位基因數(shù)在4～9個，平均為6.05個。PIC值在0.35～0.70之間，平均為0.49。1 197份材料，Neis基因多樣性指數(shù)在0.38～0.74之間，平均為0.56。Shannon信息指數(shù)平均為0.99。期望雜合度值平均為0.56。（2）群體結構分析：1 197份材料，主要分為2大類群（Pop I和Pop II）和1個混合類群。Pop I 包含450份種質(zhì)，大部分屬于C. lanatus subsp. Vulgaris（446份），少數(shù)屬于C. mucosospermus（4份）。Pop II 包含465份種質(zhì)，379份屬于C. lanatus subsp. vulgaris，其余86份材料分別屬于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）。混合類群包括282份，其中271份屬于C. lanatus subsp. vulgaris，11份屬于C. mucosospermus。混合類群中的種質(zhì)具有多個遺傳背景，可能是由于雜交或種群之間的基因流動造成的。Pop I和Pop II可以進一步分為4個亞群：Pop IA、Pop IB、Pop IIA、Pop IIB。Pop IA主要為美洲和東亞生態(tài)型栽培資源混合亞群，Pop IB主要為東亞生態(tài)型栽培資源亞群，Pop IIA主要為美洲生態(tài)型栽培資源亞群，Pop IIB主要為野生資源亞群。栽培和野生資源之間、美洲和東亞生態(tài)型栽培資源之間存在顯著不同的遺傳差異。群體結構分析與Fst 值的成對比較及依據(jù)Neis遺傳距離獲得的聚類結果一致。（3）核心種質(zhì)構建：結合SSR聚類數(shù)據(jù)和群體結構分析，采用逐步聚類方法，從1197份資源中，確定了130份核心種質(zhì)，涵蓋西瓜屬的7個種。其中47份核心種質(zhì)來自Pop I，68份來自Pop II，15份來自混合亞群。核心種質(zhì)包括利用23對SSR核心引物對1197份資源材料進行擴增時獲得的全部133個等位基因，但只保留了10.9%的樣品，平均Nei's基因多樣性指數(shù)和平均Shannon信息指數(shù)分別為0.65和1.25，均高于參試的原始群體（Nei's基因多樣性指數(shù)和平均Shannon信息指數(shù)分別為0.56和0.99），更高于美國學者利用形態(tài)標記構建的美國核心種質(zhì)（平均Nei's基因多樣性指數(shù)和平均Shannon信息指數(shù)分別為0.48和0.92），說明本研究構建的核心種質(zhì)可以很好地代表西瓜種質(zhì)資源的遺傳多樣性。

結? ? 論： 在西瓜全基因組測序與重測序工作基礎上，利用代表最大限度遺傳多樣性的23對核心引物組合，對包含西瓜屬全部7個種的1 197份資源材料進行遺傳多樣性和群體結構分析，同時在全基因組水平構建130份核心種質(zhì)，將有助于提高西瓜優(yōu)異性狀種質(zhì)篩選與改良的效率，為拓寬西瓜遺傳基礎與親本選配提供材料與技術指導。