全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2014, 40(5): 788−797 http://zwxb.chinacrops.org/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn
本研究由国家现代农业产业技术体系建设专项(CARS-09), 国家公益性行业(农业)科研专项经费(nyhyzx07-017), 作物种质资源保护
(NB2013-2130135-25-09)和中国农业科学院科技创新工程资助。
* 通讯作者(Corresponding author): 程须珍, E-mail: chengxz@caas.net.cn, Tel: 010-62189159
第一作者联系方式: E-mail: bai_peng02@163.com
Received(收稿日期): 2013-11-18; Accepted(接受日期): 2014-01-12; Published online(网络出版日期): 2014-03-24.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20140324.1334.006.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2014.00788
小豆遗传差异、群体结构和连锁不平衡水平的 SSR分析
白 鹏 程须珍* 王丽侠 王素华 陈红霖
中国农业科学院作物科学研究所, 北京 100081
摘 要: 利用57对小豆 SSR标记和31对绿豆 SSR标记, 用5份日本材料作对照, 对249份中国小豆种质进行遗传差异、
群体结构和连锁不平衡(LD)分析。结果表明, 共检测到630个等位变异, SSR 位点等位变异数在2~17之间, 遗传多样
性指数范围为0.024~0.898, 平均为0.574。15个不同地理来源群体间表现出显著的遗传多样性差异, 其中中国云南最
高, 河北和天津最低。聚类分析将254份材料划分为3个类群, 在一定程度上和地理生态环境相关。LD分析显示和其
他作物相比, 小豆 LD衰减距离较短, 最大衰减距离为5.8 cM (R2>0.1), 基因组 LD平均衰减距离小于1 cM (R2>0.1,
P<0.001)。
关键词: 小豆; SSR标记; 遗传多样性; 群体结构; 连锁不平衡
Genetic Diversity, Population Structure and Linkage Disequilibrium in Adzuki
Bean by Using SSR Markers
BAI Peng, CHENG Xu-Zhen*, WANG Li-Xia, WANG Su-Hua, and CHEN Hong-Lin
Institute of Crop Science, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China
Abstract: A total of 249 Chinese adzuki bean accessions were analyzed with 57 adzuki bean SSR markers and 31 mungbean SSR
markers to ascertain genetic diversity, population structure and linkage disequilibrium (LD) with five Japanese materials as the
contrast. The results indicated that 630 alleles were detected with 2–17 alleles per locus and a mean genetic diversity index of
0.574, ranging from 0.024 to 0.898. There were significant differences among 15 populations of adzuki bean resources in genetic
diversity from diversed geographic origins, with the highest in Yunnan and the lowest in Hebei and Tianjin. The 254 adzuki bean
accessions could be divided into three subgroups based on STRUCTURE and NJ cluster. The population structure derived from
them was positively correlated to some extent with the geographic eco-type. LD analysis revealed that there was a shorter LD
decay distance in adzuki bean than that in other crops. The maximum LD decay distance, estimated by curvilinear regression, was
5.8 cM (R2>0.1), with a whole genome LD decay distance less than1 cM (R2>0.1, P<0.001). The results of this study should pro-
vide valuable information for future association mapping using this Chinese adzuki bean collection.
Keywords: Adzuki bean; SSR markers; Genetic diversity; Population structure; Linkage disequilibrium
小豆(Vigna angularis)主要分布在中国、日本、
韩国和喜马拉雅山麓[1], 是我国主要食用豆类作物。
中国主产区为东北、华北、黄河中游、江淮下游, 最
佳生产区是华北及江淮流域[2]。随着人民生活水平
的提高, 国内外市场对小豆的需求量大幅增加, 对
小豆遗传育种的研究有待深入。
以往对小豆种质资源的研究主要集中于表型分
析与鉴定, 近年来, 紧密联系在目标基因上的 DNA
分子标记可用于标记辅助选择, 也可用于调查种质
库中诸如栽培种和近缘种间的遗传多样性水平 [3-4],
因此被广泛应用于小豆遗传研究。其中, SSR标记因
其多态性丰富、重复性好、具共显性及在基因组中
表现出相当均匀的分布而被最广泛应用[5]。
遗传多样性是推动作物育种发展的重要因素。
金文林[2]报道 20 世纪 50 年代初在全国范围内进行
小豆地方品种筛选, 从 20 世纪 80 年代开始利用杂
第 5期 白 鹏等: 小豆遗传差异、群体结构和连锁不平衡水平的 SSR分析 789
交改良品种; 而在当代种质育种进程中发现的遗传
差异程度可能会间接反应出未来栽培种可以实现的
遗传进展水平[6]。因此小豆遗传多样性的评估可以
有效促进育种进程中遗传资源的充分利用。
连锁不平衡(LD), 也被称为等位基因关联 , 对
于鉴定关联农艺性状的基因区域越来越重要[7-9]。而
对于一个核心种质的群体, 其大小、交配和混合模
式对 LD水平都有很大影响[7]。事实上, 评价种质资
源群体中的群体结构可以正确解释并确认功能和分
子多样性间的关联[10-11]。评估群体结构有几种方式,
并且都会把其信息整合到关联分析中, 基于 Bayes
框架的 Structure 分析方法[12-13], 邻结法聚类分析的
方法[14-15]可从分子标记数据或亲缘关系信息得到遗
传距离矩阵。
由于小豆中适合于关联分析的单位点分子标记
数量较少, 对小豆群体结构和 LD 情况的研究报道
还很少。本研究利用分布于小豆全基因组的88个
SSR标记位点分析取自核心种质的 254份小豆资源,
利用贝氏定理和分层聚类法(NJ法)分析群体结构,
并讨论其 LD 模式和一些小豆基因组特殊的特性。
而群体结构和 LD 衰减水平的信息可以在之后的综
合关联作图的研究中展开。
1 材料与方法
1.1 供试材料
参试的 254份小豆资源均来自中国农业科学院作
物科学研究所, 是依据地理来源随机选取的小豆核
心样本。其中覆盖中国 15 个省份的 249 份资源, 包
括安徽 8份、北京 17份、河北 20份、河南 20份、
黑龙江 20份、湖北 23份、吉林 30份、江苏 9份、
辽宁 14份、内蒙古 21份、山西 22份、陕西 16份、
天津 17份和云南 12份, 能较好代表传统栽培区栽培
资源的分布以及小豆种内的遗传多样水平; 另选 5份
日本小豆作对照。部分相关品种和资源名称见表 1。
表 1 部分相关品种和资源名称
Table 1 Some related adzuki bean collections and resource name
播种序号
Sowing number
统一编号
Unified code
品种
Variety
原产地
Origin
1 B0000003 京小 3号 Jingxiao 3 中国北京 Beijing, China
5 B0000091 红小豆 Hongxiaodou 中国天津 Tianjin, China
10 B0000254 金色小豆 Jinsexiaodou 中国河北 Hebei, China
17 B0000421 小豆 Xiaodou 中国山西 Shanxi, China
35 B0000664 红小豆 Hongxiaodou 中国内蒙古 Inner Mongolia, China
51 B0000919 大花脸 Dahualian 中国吉林 Jilin, China
55 B0000985 龙小豆 1号 Longxiaodou 1 中国黑龙江 Heilongjiang, China
64 B0001350 白小豆 Baixiaodou 中国河南 Henan, China
69 B0001482 红小豆 Hongxiaodou 中国云南 Yunnan, China
75 B0001621 绿小豆 Lüxiaodou 中国陕西 Shaanxi, China
94 B0002058 大红袍 Dahongpao 中国辽宁 Liaoning, China
105 B0002677 八月香 Bayuexiang 中国江苏 Jiangsu, China
138 B0003546 黑小豆 Heixiaodou 中国湖北 Hubei, China
146 B0003671 北海小豆 Baihaixiaodou 日本 Japan
1.2 DNA提取
于 2012年 5月底在昌平区种子站温室播种参试
材料, 温室温度 25~30℃, 出苗后 20 d左右采集 5株
幼苗展开的嫩叶 , 在液氮中研磨成细粉 ; 用改良
CTAB 法提取基因组 DNA[16], 得到 254 份小豆纯化
样品 , 经紫外分光光度计测定浓度后稀释标定到
25 ng μL–1, 放–20℃冰箱备用。
1.3 SSR标记和 PCR扩增
所用 SSR 标记具有多种来源, 前缀含 X 的 197
对小豆 SSR标记引自日本, 几乎覆盖全基因组[17-18],
前缀含 P 的是由本课题开发的约 3000 对绿豆 SSR
标记[19]。
筛选后共得到 57 对小豆和 31 份绿豆多态性良
好的引物。PCR总体积 10 μL, 其中含 40 ng基因组
790 作 物 学 报 第 40卷
DNA, 1×Taq buffer (10 mmol L–1 Tris-HCl, pH 8.8;
10 mmol L–1 KCl; 10 mmol L–1 (NH4)2SO4; 1.5 mmol L–1
MgCl2; 0.1% Triton X-100), 1 mmol L–1 dNTPs, 上下
游引物各 0.25 μmol L–1和 1 U Taq DNA聚合酶。反
应程序为 95℃预变性 5 min; 95℃变性 30 s, 51~60℃
退火 45 s, 72℃延伸 45 s, 32~35个循环, 最后 72℃延
伸 5 min。整个反应在东胜 EDC-810 PCR扩增仪上
进行。用 8%的聚丙烯酰胺非变性凝胶电泳分离扩增
产物, 银染法染色。
1.4 数据统计与分析
带型记录方式是根据 SSR标记长于揭示等位基
因的特点, 配合相应统计软件对 SSR 原始数据格式
特殊要求确定的[20-22]。因此, 记载同一对 SSR 引物
扩增条带(等位变异)在各参试品种中有或无, 若无
记为 0, 若有, 则按其分子量从小到大分别记为 1、
2、3、⋯⋯。
1.4.1 遗传多样性估计 在 Popgene 中得到比较
资源群体遗传多样性差异显著性的基因流系数(Nm),
遗传距离(GD), 遗传一致度(GI), Shannon’s 信息指
数 (I)和群体间遗传分化系数 (Fst) [22]; 在 Power
Marker Ver. 3.25中得到不同群体间和群体内某一位
点的等位变异数及等位变异频率, 有效等位基因数,
每个 SSR位点的多态性信息含量(PIC) [23]。
1.4.2 群体遗传结构分析 利用 Structure软件完
成 254 份小豆资源群体结构剖析及参试材料的群体
划分, 若软件输出的后验概率值[ln P(D)]随亚群数
的增大而增大, 则根据 Evanno等[24]提出的方法, 利
用连续 2个 ln P(D)间的变化速率(ΔK)确定合适的亚
群数和最好的输出结果。计算每个品种源于特定亚
群的概率 Q 值, 当某亚群的 Q 值最大时, 相应品种
被划分到该类群[13]。
构建系统发生树时, 若在进化分支上发生趋异
的次数不同, 用 UPGMA 算法可能会给出错误的聚
类图, 因此本研究用 PowerMarker Ver.3.25软件以邻
结法(NJ)计算种质间 Nei’s 遗传距离, 进行聚类分析
并用 FigTree作树状聚类图[25]。
1.4.3 LD水平估计 利用 TASSEL 2.1[26]软件衡
量 SSR 标记两两间的连锁不平衡水平。分别用总
SSR标记、同一染色体上连锁的 SSR标记和不同染
色体上的非连锁的 SSR 标记计算两两之间的 LD 相
关系数 R2, 来分析遗传连锁和 LD 的关系。仅那些
已知染色体信息的 SSR标记用于 LD估计[17]。如果
P<0.001则认为位点间的连锁不平衡显著。用非线性
回归模型模拟出 LD值随遗传距离衰减的趋势线。
2 结果与分析
2.1 小豆种质中 SSR位点多态性
88对 SSR 引物在254份小豆材料中共检测到
630个等位变异(表2)。SSR 位点等位变异数从2~
17不等 , 平均每 SSR位点检测到7.15个等位变异 ,
其中检测等位变异数最多的是位于 LG5的 X101
和位于 LG10的 X174。稀有等位变异(指分布频率
小于5%的等位变异 )有336个 , 占总等位变异数的
50.90%, 说明在所选微核心种质中存在很多新的
等位基因。
基因多样性指数的变异范围是从 0.0238~0.8984,
平均为 0.5744, 多态性信息含量 PIC 值的变异范围
0.0236~0.8904, 平均为 0.5392, 二者最高的都是位
于 LG10的 X174。
表 2 小豆种质 88个 SSR位点的多样性信息
Table 2 Allelic diversity of adzuki bean collections at 88 whole
genome SSR loci
参数
Parameter
总计(平均)
Total (mean)
等位变异数
Observed number of alleles (Na)
7.15
有效等位变异数
Effective number of alleles (Ne)
3.18
等位基因范围 Allele range 2–17
观测杂合度范围
Observed heterozygosity range (Ho)
0–0.7561 (0.1363)
期望杂合度范围
Expected heterozygosity range (He)
0.0238–0.8993 (0.5693)
基因多样性指数
Genetic diversity index
0.0238–0.8984 (0.5744)
多态性信息含量
PIC range (PIC)
0.0236–0.8904 (0.5392)
群体间遗传分化系数
F-statistics (Fst)
0.0303–0.4701 (0.1791)
遗传多样性指数和等位基因数目在给定范围内
通常呈显著正线性相关。简单相关分析(图 1)表明遗
传多样性指数和等位基因数显著相关 (r=0.711,
P<0.001)。以等位基因数为独立变量 x, 基因多样性
指数为因变量 y, 构成曲线回归方程, y = 0.352 ln
(x)–0.078 (1
基因多样性指数和多态性信息含量(表 3), 以中国河
南、云南最高, 中国湖北、山西、陕西其次, 河北和
天津最低。日本小豆资源等位变异数(4.045)小于中
第 5期 白 鹏等: 小豆遗传差异、群体结构和连锁不平衡水平的 SSR分析 791
图 1 基因多样性指数对每位点等位基因数的散点图
Fig. 1 Scatter plot of gene diversity vs. number of alleles
per locus
国的平均值(16.850), 基因多样性指数(0.450)低于中
国平均值(0.472), 多态信息含量(0.395)也低于中国
平均值(0.428)。
2.2 小豆群体结构
利用88个 SSR 标记和 Structure 软件对254份材
料进行群体遗传结构分析表明, 后验概率[ln P(D)
值随亚群数的增加而增加, 即采用基于ΔK的最大似
然估计确定适宜亚群数, 参试材料在 K = 3时ΔK出
现峰值, 即所分析的小豆种质从遗传结构上可被分
为3类血缘(图2)。由此, 用 Structure 软件计算出每
个品种归属于3亚群的后验概率 Q 值, 若设置每个
品种分到各亚群概率的临界值最大, 则有72份材料
被分到亚群(SG)1, 85份材料被分到亚群2, 97份材料
被分到亚群3; 将概率临界值设置为大于0.6, 则有
66份被分到亚群1, 69份被分到亚群2, 80份被分到亚
群3, 39份被分到混合组(AD)。进一步研究 Structure
软件分析得到的亚群和地理生态型间的关系发现
(表4), SG1主要包括中国安徽、湖北和云南所有材
料及江苏、陕西的大部分材料 SG2主要包括中国黑
龙江、吉林、辽宁和内蒙古的大部分材料, SG3主要
包括中国北京、河北、山西和天津的大部分材料, 而
混合组则包括了一些省份的部分材料, 其中中国河
南居多。
表 3 88对 SSR引物在 16个小豆群体中检测到的遗传多样性参数
Table 3 Estimates of genetic parameters for 16 populations of adzuki bean based on 88 SSR loci
来源省份
Origin
资源份数
Number of accessions
平均等位变异数
Observed alleles number
基因多样性指数
Genetic diversity index
多态性信息含量
PIC
中国安徽 Anhui, China 8 7.534 0.447 0.399
中国北京 Beijing, China 17 15.716 0.483 0.441
中国河北 Hebei, China 20 18.307 0.428 0.388
中国河南 Henan, China 20 19.398 0.524 0.481
中国黑龙江 Heilongjiang, China 20 19.398 0.472 0.428
中国湖北 Hubei, China 23 21.523 0.501 0.456
中国吉林 Jilin, China 30 27.875 0.466 0.424
中国江苏 Jiangsu, China 9 8.170 0.439 0.386
中国辽宁 Liaoning, China 14 13.614 0.454 0.411
中国内蒙古 Inner Mongolia, China 21 20.409 0.431 0.391
中国山西 Shanxi, China 22 21.250 0.512 0.466
中国陕西 Shaanxi, China 16 15.511 0.507 0.461
中国天津 Tianjin, China 17 15.989 0.411 0.372
中国云南 Yunnan, China 12 11.250 0.526 0.478
平均 — 16.850 0.472 0.428
日本 Japan 5 4.045 0.450 0.395
基于 NJ 法聚类分析的结果, 在遗传距离约为
0.110时 254份材料明显被分为 4类(图 3)。同一省份
内的种质在聚类图上大多成簇状分布, 但较难完全
聚在一起。其系统树图显示从遗传角度来讲亚群 I和
II 遗传关系更近构成姐妹群, 与亚群Ⅲ构成外类群,
亚群 IV 与其遗传距离最远。当遗传距离约为 0.133
时亚群 I和 II被聚为一类, 当遗传距离约为 0.142时
所有材料被聚为一组。与 Structure 软件分群结果相
比, 居群 I-a和 I-b对应 Structure软件中的 SGI, 主要
为中国江苏、安徽、陕西和湖北材料, 也有云南省材
料; 居群 II 对应 SGIII, 主要为中国北京、河北、天
津和山西材料和日本对照材料 ; 居群Ⅲ对应 SGII,
主要为中国东北三省及内蒙古材料; 居群 IV 包括大
部分中国河南省材料(65.0%)和其他省的少数材料。
792 作 物 学 报 第 40卷
图 2 通过ΔK值估计从 1到 10最合理的群体结构
Fig. 2 Structure estimation of populations for K ranging from one to ten by delta K-values (ΔK)
表 4 以 Structure分析小豆群体与种质地理来源的分布
Table 4 Geographical distribution of adzuki bean within populations divided by Structure
来源
Origin
亚群 I
Subgroup I
亚群 II
Subgroup II
亚群 III
Subgroup III
混合组
Admixed group
中国安徽 Anhui,China 8 — — —
中国北京 Beijing, China — 1 14 2
中国河北 Hebei, China — 1 19 —
中国河南 Henan, China 2 1 6 11
中国黑龙江 Heilongjiang, China — 15 3 2
中国湖北 Hubei, China 23 — — —
中国吉林 Jilin, China — 20 3 7
中国江苏 Jiangsu, China 7 — — 2
中国辽宁 Liaoning, China — 13 1 —
中国内蒙古 Inner Mongolia, China — 17 1 3
中国山西 Shanxi, China 1 — 14 7
中国陕西 Shaanxi, China 13 — — 3
中国天津 Tianjin, China — — 15 2
中国云南 Yunnan, China 12 — — —
日本 Japan — 1 4 —
合计 66 69 83 39
各省份间的聚类分析结果与 Structure软件分群
和个体间聚类分群结果基本一致(图 4)。亚群 I由中
国江苏、安徽、陕西、湖北和云南的资源组成, 其
中华东两省江苏和安徽、华中两省陕西和湖北遗传
距离最小, 但四省均和云南省遗传距离较大, 反映
了虽然南方有共同的光照气候条件, 但云南省种质
间遗传变异显然更丰富, 河南省材料也被分到该居
群, 原因有待进一步分析; 亚群 II 由中国天津、中
国河北、中国陕西、中国北京和日本材料组成, 其
中中国华北 4 个主产省份中天津与河北间的遗传距
离最小, 与山西、北京的遗传距离也很小, 显示生态
气候条件相似的省份栽培小豆资源群间的亲缘关系
很近或遗传差异很小, 但日本材料也被分到该类群,
原因有待进一步分析; 亚群Ⅲ由中国内蒙古、辽宁、
吉林和黑龙江的资源组成, 其中内蒙古与辽宁、吉
林和黑龙江遗传距离最小, 反映了东北三省和内蒙
古较为特殊的生境气候条件。
2.3 小豆连锁不平衡水平
利用57个已知所在染色体信息的小豆 SSR标记
估计整个基因组的连锁不平衡水平(表5)。整个群
第 5期 白 鹏等: 小豆遗传差异、群体结构和连锁不平衡水平的 SSR分析 793
图 3 基于 NJ算法的 254份小豆种质的系统树图
Fig. 3 Dendrogram of 254 adzuki bean accessions by NJ cluster
SG1、SG2和 SG3是由 Structure在分群概率最大时分成的 3个亚群。
SG1, SG2, and SG3 are three subgroups identified by Structure with the maximum membership probability.
图 4 基于 SSR标记数据的种质资源省际间遗传距离聚类图
Fig. 4 Dendrogram of provincial group of the adzuki bean accessions based on SSR
794 作 物 学 报 第 40卷
表 5 小豆种质材料中 SSR位点的连锁不平衡模式
Table 5 Linkage disequilibrium (LD) patterns of SSR locus pairs in the adzuki bean collection
共线组合位点 Linked locus 非共线组合位点 Unlinked locus 所有位点 Total locus
观测值 Observed 147 1449 1596
P<0.001, 50 (34.01%) 281 (19.39%) 331 (20.73%)
R2>0.1 5 (3.40%) 4 (0.28%) 9 (0.56%)
P<0.001, R2>0.1 5 (3.40%) 4 (0.28%) 9 (0.56%)
体中连锁的和非连锁位点的组合共有 1596种, 其中
在显著性水平 P<0.001的条件下, 有 331对(20.73%)
位点组合间存在 LD; 在显著水平 P<0.001且 R2>0.1
的条件下, 有 9对位点组合间存在 LD。在所有组合
中 , 有 147 对共线组合。共线组合在显著性水平
P<0.001的条件下, 有 50对(34.01%)位点间存在 LD;
在上述所有有意义的位点间, 有 5对(147对的 3.40%)
的 R2>0.1。在共线组合(3.40%)中观测到的 LD 水平
比非共线组合(0.28%)的高。
为了得到参试小豆种质中的 LD 衰退图, 利用
所有连锁 SSR标记间的 R2值对两两位点间的遗传距
离(cM)作散点图, 构建非线性回归曲线表现其趋势
(图 5)。对于本研究群体共线的 SSR标记对, 通过对
R2 值与连锁的标记间遗传距离的回归分析得到方程
y = –0.007 ln (x)+0.0359, 其中 x为标记间遗传距离;
y为两标记间的 LD值。
由图可以看出, 随着位点间遗传距离的增加, R2
值减小。回归方程结合 LD值可得, 在 R2≥0.1的条
件下的平均遗传距离小于 1 cM, 观测到的最大衰减
距离为 5.8 cM; 在 R2≥0.03时能观察到的 LD最大
衰减距离为 2.32 cM。
图 5 全基因组水平 LD值(R2)随遗传距离(cM)衰减散点图
Fig. 5 Scatter plot of R2values and genetic distance (cM) of
locus pairs on whole genomes in adzuki bean
3 讨论
3.1 小豆自然群体遗传多样性
目前已有不少小豆遗传多样性研究的报道, 包
括表型数据[27-29]和 DNA 分子标记研究[30-31]。叶剑
等[32]仅用 7 对 SSR 引物分析不同国家 104 份小豆
种质, 检测到平均等位变异为 6.29个, 最多只检测
到 8 个等位变异; 王丽侠等[33]用 87 对 SSR 引物分
析国内外 112份栽培小豆、野生小豆和近缘属植物,
检测到每 SSR 位点的等位变异数 2~22 不等, 平均
为 7.58个。
本研究所使用的引物, 一部分是从国外引进的
开发的小豆 SSR引物 197对, 筛选到 57对多态性引
物, 多态性引物比率为 28.93%; 一部分是本课题自
主开发的约 3000 对绿豆 SSR 引物, 筛选到 31 对多
态性引物, 多态性引物比率为 1.03%, 与钟敏等 [19]
报道的绿豆引物在豇豆属中的通用性结果基本一
致。88 对多态性引物共检测出 630 个等位基因, 平
均每位点检测到 7.15 个等位变异, 其中有效等位变
异数 3.18个, SSR位点等位变异数的变化 2~17不等。
不同指标均说明小豆 SSR 引物有较高的多态性水平,
在揭示遗传多样性方面存在巨大差异。
本文得到的结论较之以前的研究成果能检测到
更丰富的变异类型, 很大程度上是因为参试材料来
源广泛, 能较大程度代表小豆的遗传多样性, 而且
所用 SSR 引物相对较多, 能覆盖较广的全基因组信
息。但相关结果低于王丽侠等[33]的研究, 推测因为
其所选野生及近缘材料居多, 而本研究所选全国范
围内小豆资源栽培种居多。
3.2 群体结构
当所用研究群体结构较复杂时, 由于群体结构
分层及亚群内等位基因的不均衡分布将导致基因型
与表型间的假阳性关联[34]。本研究中小豆种质资源
的 Structure 遗传结构分析和 NJ 法树状聚类图分析
的结果相互间基本吻合, 说明所选国内材料亲缘关
系很近, 群体内遗传背景较窄, 遗传结构较单一。这
和 PowerMarker软件的遗传多样性估计结果相同。
Structure 和 NJ 聚类分析的结果都显示, SG1(I)
主要包括中国华东区(江苏、安徽), 华中区(陕西、
湖北)和云南省材料, 而华东区和华中区又很明显地
分为2个不同亚组, 云南省材料和华中区遗传关系较
第 5期 白 鹏等: 小豆遗传差异、群体结构和连锁不平衡水平的 SSR分析 795
近。SG2(III)主要为东北三省及内蒙古材料, 东北区
和内蒙古区明显分为 2 个亚组。SG3(II)主要为华北
地区(北京、河北、天津、山西)材料, 这些省份均为
小豆主产区, 详细分析发现其中的地理分布并无明
显规律, 但日本材料也被分到该组内, 显示与中国
北京材料遗传关系较近, 可能因为国外材料仅 5 份,
不具有代表意义, 而且所用试验材料包括一些杂交
选育的品种, 不同种质间存在一定基因漂流。两种
群体结构分析结果均显示中国小豆种质资源的遗传
背景与其地理来源有较大的一致性。
3.3 连锁不平衡水平
群体的 LD水平是关联分析定位 QTL的理论基
础, LD衰减距离直接决定了关联分析所需的标记密
度, 并影响关联作图的精度[7]。Nordborg 等[35]第一
次对拟南芥 FRI 基因位点附近的连锁不平衡度进行
评估, 发现其衰减距离为 250 kb (约为 1 cM), 之后
随着整个基因组更深入的研究发现 LD 距离接近
50 kb [36]。Hyten等[37]对大豆种质中的 4个不同群体
LD 水平分别估计 , 发现在 26份野生原种(Glycine
soja)中 LD 衰减距离没有超过 100 kb, 而在其他 3
个群体材料中为 90 到 574 kb 不等。本研究群体的
平均 R2值为 0.022, 最大衰减距离(R2>0.1)为 5.8 cM,
254份小豆的平均 LD衰减距离小于 1 cM (R2>0.1)。
小豆基因组大小约为 539 Mbp[38], 遗传连锁图总长
约为 832.1 cM[17], 因此粗略估计本研究中 LD 衰减
距离小于 648 kb。相比而言, 小豆的 LD衰减速率与
大豆栽培种[37]差不多, 但慢于拟南芥[36]。
因目前对小豆 LD 和 QTL 定位的研究极少, 本
研究只是基于少量分子标记(57个位点), 旨在初步
了解小豆基因组连锁不平衡状态, 估计位点 LD 的
衰减。
3.4 小豆遗传背景分析为育种提供信息
对小豆种质资源遗传背景的分析有助于新品种
选育、种质创新等工作的进一步开展。研究均表明,
小豆种质资源呈现一定的地理区划。不同省份资源
间的比较发现, 中国河南、云南、陕西、山西、湖
北的多样性最丰富。这与徐宁等[39]和王丽侠等[40]的
分析结果基本一致。进一步说明中国中西部省份的
小豆资源中含有更丰富的遗传变异、外引种质有助
于拓宽当地小豆品种的遗传背景, 这些为以后的资
源收集、种质创新等工作提供可靠信息。
参试的日本材料与中国的华北地区小豆表现
出较近的遗传距离 , 可能原因是与中国这部分种
质的最初来源上相近。日本小豆最初来源于中国 ,
但在日本长期的生态环境下 , 经人工选择和改良 ,
在遗传结构上发生了很大的变异 [41]。如果能引进
日本的大粒、高产性状优异品种 , 无疑将有利于我
国小豆育种 , 提高小豆产量。这一工作也为今后小
豆品种改良中亲本的选择、发掘优异基因提供重
要参考。
4 结论
本研究得到的我国小豆资源的遗传多样性水平
较其他研究中的小豆种质要高。利用 SSR标记进行
Structure 分析得到的群体结构要比使用地理生态型
信息得到的更精确。小豆图谱上的共线性的或是非
共性的 SSR位点组合都有一定程度的 LD。
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