甘薯引进种SSR遗传多样性分析

苏一钧 王娇 霍恺森 赵路宽 赵冬兰 唐君 陈艳丽 曹清河

摘要：通过SSR分子标记，对112份甘薯引进种进行了遗传多样性和群体结构分析，并与中国地方种进行了聚类比较分析。研究了中国目前保存最多的甘薯引进种间的遗传多样性和亲缘关系，以及与地方种间的遗传多样性关系。用SSR建立研究材料的0，1数据库，用ntsys-pe2.10软件计算遗传距离矩阵并导人MEGA 6.06聚类，利用STRUCTURE 2.3.4软件对112份引进种进行群体结构分析，并将112份引进种与58份中国地方种共170份进行聚类分析。结果表明：112份材料的平均遗传距离为0.552，遗传距离分布在0.031到0.949范围之内。使用Neighbor-Joining（NJ）聚类法，在遗传距离为0.442处将112份材料分成9个类群，其中类群9又在遗传距离为0.428处，分为3个亚群。亚群ⅨC含有39份材料，该亚群主要来自南美洲，聚类集中，血缘较为单一。通过群体结构分析将112份材料划分成了2个群体，通过对引进种的来源地比较分析，发现来自南美洲与其他地区种质材料分属于2个群体。通过对引进种和地方种共计170份甘薯资源聚类比较分析，发现中国大陆地方种与中国台湾品种间亲缘关系最近，与东南亚、东北亚、南美洲甘薯引进种间亲缘关系较近，与国际马铃薯中心、国际热带农业研究所的材料和世界蔬菜中心的材料亲缘关系较远。

关键词：甘薯引进种;SSR;遗传多样性;群体结构

中图分类号：S531.024

文献标识码：A

文章编号： 1000-4440（ 2018） 05-0984-14

甘薯[Ipomoea batatas （L.） Lam]是世界上第7大作物，中国甘薯产量占世界总产量的67.3%…。甘薯在中国不但可作为鲜食、保健、菜用、观赏和加工原料用而且也是粮食安全保障与应急的理想作物。甘薯及其近缘野生种起源于中南美洲的广大地区，所属的旋花科番薯属（Ipomoea）大约有600～700个种。由于国内甘薯育成种的遗传背景狭窄，引入国外优异种质资源改良现有品种非常必要。因此研究中国目前保存的甘薯引进种遗传多样性成为当务之急。关于甘薯的遗传多样性，前人已经做过很多研究，但利用SSR标记分析甘薯引进种遗传多样性和群体结构的研究尚未见报道。遗传多样性分析，不仅有利于亲本的选择，也有助于作物保护和品种改良。本研究以国家种质徐州甘薯试管苗库保存的112份甘薯引进种（截至2017年底）为材料，运用SSR分子标记对其进行遗传多样性和群体结构分析，为了解甘薯引进种之间亲缘关系及群体结构现状提供最新信息，并利用58份甘薯地方种与甘薯引进种进行聚类分析，解析引进种与地方种间的亲缘关系，为甘薯育种过程中亲本选配提供参考

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料取自国家种质徐州试管苗库（圃）。甘薯引进种共计112份，编号为1—112（表1）。包括北美洲的美国21份、多米尼加共和国l份、牙买加1份，南美洲的国际马铃薯中心（CIP） 12份、秘鲁22份、阿根廷4份、委内瑞拉l份、巴西l份，非洲的国际热带农业研究所（IITA）7份、摩洛哥l份、马里l份，亚洲的日本23份、菲律宾7份、世界蔬菜中心（WVC，以前为亚洲蔬菜研究与发展中心AVRDC）6份、中國台湾2份、马来西亚1份、朝鲜l份。甘薯地方种58份，编号为113—170，分别来自中国广东20份、中国浙江20份、中国福建18份。

1.2 甘薯基因组DNA提取和扩增

甘薯引进种基因组DNA提取、扩增、电泳、银染检测采用苏一钧等方法。30对SSR引物序列信息引自文献，由上海生工有限公司合成。

1.3 数据统计与分析

112份甘薯引进种数据统计聚类采用苏一钧等方法，用iTOL（Interactive tree of life）美化聚类图。用STRUCTURE2.3.4[13]软件对112份材料进行群体结构分析，设置群体数K值为2—10，每个参数运行10次，每次运行的Bum-in time设置为200 000，重复次数为120000。将170份甘薯混合材料进行聚类分析。

2 结果与分析

2.1 甘薯引进种SSR遗传多样性分析

用30对引物对112份甘薯引进种进行SSR分析，共扩增出199条多态性条带，每对引物扩增l～13条谱带，平均每对引物获得6.63条多态性条带。其中引物225获得的多态性条带最多，为13条：C24获得的多态性条带最少，为l条。112份材料的平均遗传距离为0.552，遗传距离分布在0.031到0.949范围之内。

2.2 甘薯引进种来源地遗传距离分析

通过计算美国、日本、菲律宾、CIP、WVC、IITA、秘鲁和其他地区的引进种遗传距离矩阵见表2，聚类结果见图l。从表2可知国际马铃薯中心与热带农业研究所引进种间遗传距离最小（0.501），原因可能是这2个国际机构间种质交流频繁，导致了这2个机构引进种间遗传距离较小。菲律宾与秘鲁甘薯种质间遗传距离最大（0.638），同时菲律宾与其他地区甘薯材料遗传距离均较远，可能由于菲律宾是岛国，与外界种质资源交流较少的原因。从图l可知在遗传距离为0.28处，CIP、IITA、美国、日本聚在了一起，说明这些地区间甘薯种植资源交流频繁，亲缘关系较近。

2.3 甘薯引进种聚类分析

112份甘薯引进种在遗传距离为0.442处可划为9个类群，第9类群在遗传距离为0.428处划分为3个亚群（图2）。其中类群I、Ⅳ、V、Ⅵ均只含l份甘薯引进种，类群Ⅱ含有2份材料，类群Ⅲ包含3份材料，说明这几个类群与其他类群间亲缘关系较远。类群Ⅸ包含了80份甘薯引进种，说明该类群内种质资源间遗传距离较近，亲缘关系也较近。类群I—Ⅷ、ⅨA主要集中了亚洲、非洲的引进种，类群ⅨA、ⅨB引进种来源地最为丰富，类群ⅨC主要是南美洲的引进种。美国甘薯引进种在类群Ⅲ、Ⅷ、Ⅸ均有分布，聚类最为分散。各类群组成及种质资源来源地信息见表3。

2.4 甘薯引进种的群体结构分析

随着K值（最优分群数）增加，InP（D）没有明显拐点（图3）。在K=2处，△K取最大值，因此将112份甘薯引进种划分为2个群体（图4）。图5中红色群体的材料来源地较为广泛;绿色群体较为单一，共有30份，分别是20份秘鲁、4份美国、2份CIP、1份热带农业研究所、2份阿根廷和l份牙买加甘薯引进种。当p值>0.6时，105份甘薯引进种血缘较为单一，当Q值<0.6时，7份材料划入混合群体，分别是农林3号、农林31号、400039、106984.1、CIP94-13、106212.1和401396。其中來自委内瑞拉的401396种质所含红色血缘较多，其余6份引进种与绿色群体亲缘关系更近。南美洲是甘薯的起源中心，但在传播过程中亚太地区的甘薯种质已经具有了新的种质特征。将112份资源聚类结果与群体结构划分结果比较，发现二者基本吻合，即类群ⅨC包含的甘薯引进种与绿色群体基本重合。

2.5 甘薯引进种与地方种聚类分析

170份甘薯材料在遗传距离为0. 488处分为11个类群，其中第Ⅺ类群主要包含中国大陆地方种、中国台湾品种、非洲引进种、南美洲引进种（图6）。由表4可知每个类群组成的甘薯引进种和地方种及其来源地信息。中国大陆地方种主要聚类在类群Ⅺ中。该类群来源地较为丰富，说明中国大陆地方种具有丰富的遗传多样性。来自中国台湾的甘薯材料和非洲甘薯引进种全部聚类于第Ⅺ类群中。中国台湾品种与中国大陆地方种遗传距离最近，说明两者间亲缘关系最近。大部分南美洲引进种与中国甘薯地方种处于同一类群，说明中国地方种与主要南美洲引进种间亲缘关系较近。部分东北亚甘薯材料与中国甘薯地方种处于同一类群，说明这些东北亚甘薯材料与中国地方种有一定的亲缘关系。有4份东南亚材料聚在类群Ⅺ中，有4份分散于类群Ⅳ和类群X中。说明中国地方种与东南亚甘薯引进种亲缘关系较近。中国地方种与CIP、IITA、WVC甘薯引进种间遗传距离较远，亲缘关系较远。

3 讨论

通过对甘薯引进种与地方种聚类分析发现。中国台湾地区的甘薯材料与中国大陆地方种间亲缘关系最近。而来源于东南亚菲律宾的材料与中国地方种间亲缘关系较近。进一步证实了Roullier等的研究结果。即中国大陆甘薯是经由菲律宾传人中国台湾地区而后传人中国大陆东南沿海地区的。由聚类结果可进一步推测，甘薯传人中国大陆后。在华南地区形成以广东省为中心的次级分化中心。这可能是由于华南地区纬度和生态环境与甘薯的起源地较为相似，而且多数品种能够开花结实，使甘薯的遗传多样性更为丰富，这也与前期研究结果一致。

本研究对112份现有甘薯引进种进行了遗传多样性分析，结果表明南美洲的甘薯材料遗传背景较为单一。原因可能是该地区种质被引出的多，引进的少，栽培种多样性较低，造成内部同质性较高。聚类结果显示。来自美国和日本的引进种遗传多样性最为丰富。推测原因是这2个国家甘薯种质资源交流制度较为健全，国际种质交流合作较多。值得注意的是，国际热带农业研究所与国际马铃薯中心的甘薯种质资源遗传距离较近，说明国际农业组织间种质资源交流合作较为紧密。从甘薯种质资源群体结构K值曲线中可以看出，类群I到类群X来源地较为广泛，引进种间聚类较为分散，推测原因可能是甘薯在传人这些地区后，为适应当地气候环境，产生了相应的分化。建议在未来国外引种项目中，应优先考虑引入国际组织及美国、日本等甘薯种质资源，以改善中国甘薯遗传背景狭窄的现状，进一步应用于种质创新和品种改良。