132份甘薯地方种质遗传多样性和群体结构分析

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2023-0505

中国农学通报 ›› 2024, Vol. 40 ›› Issue (18): 22-30.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2023-0505

132份甘薯地方种质遗传多样性和群体结构分析

陈伊航¹^,²(), 唐朝臣², 张荣², 姚祝芳², 金晶炜¹(), 王章英²()

¹ 西北农林科技大学草业与草原学院，陕西杨陵 712100
² 广东省农业科学院作物研究所/广东省农作物遗传改良重点实验室，广州 510640

收稿日期:2023-07-28 修回日期:2023-10-16 出版日期:2024-06-25 发布日期:2024-06-18
通讯作者:
金晶炜，女，1980年出生，内蒙古扎兰屯人，副研究员，博士，研究方向：半干旱区草地植被恢复与重建。通信地址：712100 陕西省咸阳市杨陵区邰城路3号，Tel：18291994289，E-mail：jjw@ms.iswc.ac.cn。
王章英，女，1978年出生，河北衡水人，研究员，博士，研究方向：甘薯资源与遗传育种。通信地址：510640 广东省广州市天河区金颖西二街18号，Tel：15817096369，E-mail：wangzhangying@gdaas.cn。
作者简介:
陈伊航，男，1998年出生，湖南娄底人，硕士研究生，研究方向：甘薯种质资源。通信地址：510640 广东省广州市天河区金颖西二街18号，Tel：17612918779，E-mail：chenyihang2022@126.com。
基金资助:
作物种质资源保护与利用专项“甘薯种质资源安全保存”(NWB014); 国家作物种质资源库“甘薯广州分库运行分库”(NCGRC-2023-39); 现代农业产业技术体系 “国家甘薯产业技术体系”(CARS-10)

132 Sweetpotato Landraces: Genetic Diversity and Population Structure

CHEN Yihang¹^,²(), TANG Chaochen², ZHANG Rong², YAO Zhufang², JIN Jingwei¹(), WANG Zhangying²()

¹ College of Grassland Agriculture, Northwest A&F University, Yangling, Shaanxi 712100
² Crops Research Institute, Guangdong Academy of Agricultural Sciences/Guangdong Provincial Key Laboratory of Crop Genetic Improvement, Guangzhou 510640

Received:2023-07-28 Revised:2023-10-16 Published:2024-06-25 Online:2024-06-18

摘要/Abstract

摘要：

本研究旨在评估中国甘薯地方种质资源的遗传多样性和群体结构。研究以132份甘薯地方种质为材料，对其表型性状、类胡萝卜素含量以及SSR分子标记进行遗传多样性分析和群体结构分析。分析结果表明，132份甘薯地方种质表型性状的平均变异系数为45.84%，类胡萝卜素含量平均为6.33 μg/g，最高为59.90 μg/g，SSR分子标记的Nei’s多样性指数平均为0.15、Shannon’s多样性指数平均为0.23，表明存在一定程度的遗传多态性。进一步的群体结构分析表明，这132份甘薯地方种质可分为5个亚群。分子变异分析（AMOVA）显示，84%的变异存在于群体内，16%的变异存在于群体间。综上所述，中国的甘薯地方种质具有丰富的遗传多样性，且种质之间的遗传变异主要集中在亚群内部。这对于中国甘薯地方种资源的保护和新品种的培育提供了重要的信息。

关键词: 甘薯, 表型性状, SSR分子标记, 类胡萝卜素含量, 遗传多样性, 群体结构, 地方种质

Abstract:

Understanding the genetic diversity and population structure of sweetpotato landraces in China is helpful for the protection of sweetpotato germplasm resources and the cultivation of new varieties. In this study, 132 sweet potato landraces were used as materials to analyze the genetic diversity and population structure of phenotypic traits, carotenoid content, and SSR molecular markers. The results showed that the average coefficient of variation of phenotypic traits of 132 sweetpotato landraces was 45.84%, the average carotenoid content was 6.33 μg/g, and the highest was 59.90 μg/g. The average Nei's diversity index of SSR molecular markers was 0.15, and the average Shannon's diversity index was 0.23. Based on the population structure analysis, the 132 sweetpotato landraces were divided into five subpopulations. Further analysis of molecular variation revealed that 84% of the variation existed within populations and 16% between populations. In summary, sweetpotato landraces have rich genetic diversity, and the genetic variation among germplasms is mainly concentrated within the subpopulation. This provides important information for the protection of local sweetpotato germplasm resources and the cultivation of new varieties in China.

Key words: sweetpotato, phenotypic traits, SSR markers, carotenoid content, genetic diversity, population structure, local germplasm

陈伊航, 唐朝臣, 张荣, 姚祝芳, 金晶炜, 王章英. 132份甘薯地方种质遗传多样性和群体结构分析[J]. 中国农学通报, 2024, 40(18): 22-30.

CHEN Yihang, TANG Chaochen, ZHANG Rong, YAO Zhufang, JIN Jingwei, WANG Zhangying. 132 Sweetpotato Landraces: Genetic Diversity and Population Structure[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2024, 40(18): 22-30.

图/表 6

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性状	特征描述（分布比例，%）											Shannon’s多样性指数	变异系数/%
性状	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	Shannon’s多样性指数	变异系数/%
顶叶色		浅绿	绿	紫绿	褐绿	浅紫	紫	褐	金黄	红		1.68	57.92
顶叶色		11.36	41.67	3.79	11.36	5.30	18.18	7.58	0.76	0.00		1.68	57.92
顶叶形状		圆	肾	心	尖心	三角	缺刻					1.11	28.09
顶叶形状		0.00	0.00	30.30	12.12	5.30	52.27					1.11	28.09
顶芽色		浅绿	绿	浅紫	紫	深紫	褐					1.45	53.55
顶芽色		15.15	50.76	7.58	13.64	5.30	7.58					1.45	53.55
叶色		浅绿	绿	紫绿	褐绿	浅紫	紫	褐	金黄	红		0.75	42.65
叶色		9.85	79.55	6.82	0.76	0.00	2.27	0.00	0.76	0.00		0.75	42.65
叶片形状		圆	肾	心	尖心	三角	缺刻					0.99	27.83
叶片形状		0.00	0.76	28.79	6.82	3.03	60.61					0.99	27.83
叶主脉色		浅绿	绿	黄	浅紫	紫	紫斑					1.53	39.79
叶主脉色		9.85	17.42	0.76	18.18	38.64	15.15					1.53	39.79
叶侧脉色		浅绿	绿	黄	浅紫	紫	紫斑					1.55	46.35
叶侧脉色		9.85	31.82	0.76	17.42	28.03	12.12					1.55	46.35
脉基色		浅绿	绿	浅紫	紫	深紫						1.16	24.68
脉基色		0.00	16.67	13.64	56.82	12.88						1.16	24.68
叶尖形状	无	锐	钝									0.61	35.27
叶尖形状	0.00	69.70	30.30									0.61	35.27
叶柄主色		浅绿	绿	浅紫	紫	深紫						0.75	32.97
叶柄主色		2.27	80.30	7.58	6.82	3.03						0.75	32.97
柄基色		浅绿	绿	浅紫	紫	深紫						1.27	33.22
柄基色		0.76	38.64	17.42	35.61	7.58						1.27	33.22
茎色		浅绿	绿	褐	浅紫	紫	深紫					0.78	48.51
茎色		1.52	78.79	5.30	0.00	8.33	6.06					0.78	48.51
茎主色		浅绿	绿	紫红	浅紫	紫	深紫	褐				0.82	52.34
茎主色		1.52	77.27	2.27	0.00	12.88	3.79	2.27
茎次色	无	绿	紫红	紫	褐
茎次色	32.58	16.67	1.52	38.64	10.61
茎端茸毛	无	少	中等	多
茎端茸毛	35.61	25.76	18.94	19.70
株型		直立	半直立	匍匐	攀缘
株型		0.00	34.09	65.91	0.00
茎叶生长势		强	中	弱
茎叶生长势		43.18	46.97	9.85
薯形		球形	短纺锤	纺锤	长纺锤	上膨纺	下膨纺	筒形	弯曲	不规则
薯形		1.52	3.03	43.94	10.61	10.61	21.97	6.82	0.00	1.52
薯皮主色		白	淡黄	棕黄	黄	褐	粉红	红	紫红	紫	深紫
薯皮主色		18.94	6.82	4.55	9.85	4.55	6.82	12.12	26.52	9.09	0.76
薯肉主色		白	淡黄	黄	橘黄	橘红	粉红	红	紫红	紫	深紫
薯肉主色		32.58	25.00	19.70	13.64	4.55	0.00	0.76	0.00	3.79	0.00

性状	特征描述（分布比例，%）											Shannon’s多样性指数	变异系数/%
性状	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	Shannon’s多样性指数	变异系数/%
顶叶色		浅绿	绿	紫绿	褐绿	浅紫	紫	褐	金黄	红		1.68	57.92
顶叶色		11.36	41.67	3.79	11.36	5.30	18.18	7.58	0.76	0.00		1.68	57.92
顶叶形状		圆	肾	心	尖心	三角	缺刻					1.11	28.09
顶叶形状		0.00	0.00	30.30	12.12	5.30	52.27					1.11	28.09
顶芽色		浅绿	绿	浅紫	紫	深紫	褐					1.45	53.55
顶芽色		15.15	50.76	7.58	13.64	5.30	7.58					1.45	53.55
叶色		浅绿	绿	紫绿	褐绿	浅紫	紫	褐	金黄	红		0.75	42.65
叶色		9.85	79.55	6.82	0.76	0.00	2.27	0.00	0.76	0.00		0.75	42.65
叶片形状		圆	肾	心	尖心	三角	缺刻					0.99	27.83
叶片形状		0.00	0.76	28.79	6.82	3.03	60.61					0.99	27.83
叶主脉色		浅绿	绿	黄	浅紫	紫	紫斑					1.53	39.79
叶主脉色		9.85	17.42	0.76	18.18	38.64	15.15					1.53	39.79
叶侧脉色		浅绿	绿	黄	浅紫	紫	紫斑					1.55	46.35
叶侧脉色		9.85	31.82	0.76	17.42	28.03	12.12					1.55	46.35
脉基色		浅绿	绿	浅紫	紫	深紫						1.16	24.68
脉基色		0.00	16.67	13.64	56.82	12.88						1.16	24.68
叶尖形状	无	锐	钝									0.61	35.27
叶尖形状	0.00	69.70	30.30									0.61	35.27
叶柄主色		浅绿	绿	浅紫	紫	深紫						0.75	32.97
叶柄主色		2.27	80.30	7.58	6.82	3.03						0.75	32.97
柄基色		浅绿	绿	浅紫	紫	深紫						1.27	33.22
柄基色		0.76	38.64	17.42	35.61	7.58						1.27	33.22
茎色		浅绿	绿	褐	浅紫	紫	深紫					0.78	48.51
茎色		1.52	78.79	5.30	0.00	8.33	6.06					0.78	48.51
茎主色		浅绿	绿	紫红	浅紫	紫	深紫	褐				0.82	52.34
茎主色		1.52	77.27	2.27	0.00	12.88	3.79	2.27
茎次色	无	绿	紫红	紫	褐
茎次色	32.58	16.67	1.52	38.64	10.61
茎端茸毛	无	少	中等	多
茎端茸毛	35.61	25.76	18.94	19.70
株型		直立	半直立	匍匐	攀缘
株型		0.00	34.09	65.91	0.00
茎叶生长势		强	中	弱
茎叶生长势		43.18	46.97	9.85
薯形		球形	短纺锤	纺锤	长纺锤	上膨纺	下膨纺	筒形	弯曲	不规则
薯形		1.52	3.03	43.94	10.61	10.61	21.97	6.82	0.00	1.52
薯皮主色		白	淡黄	棕黄	黄	褐	粉红	红	紫红	紫	深紫
薯皮主色		18.94	6.82	4.55	9.85	4.55	6.82	12.12	26.52	9.09	0.76
薯肉主色		白	淡黄	黄	橘黄	橘红	粉红	红	紫红	紫	深紫
薯肉主色		32.58	25.00	19.70	13.64	4.55	0.00	0.76	0.00	3.79	0.00

类胡萝卜素	平均值	标准差	最大值	最小值	变异系数/%
紫黄质	0.802	0.715	3.244	0.000	89.174
新黄质	0.253	0.545	2.850	0.000	215.294
环氧玉米黄质	0.884	0.988	4.140	0.000	111.734
叶黄素	0.006	0.056	0.638	0.000	1009.910
玉米黄质	0.004	0.036	0.342	0.000	822.049
α-隐黄质	0.007	0.079	0.916	0.000	1107.100
ε-胡萝卜素	0.016	0.082	0.515	0.000	518.563
β-隐黄质	0.002	0.011	0.096	0.000	683.719
α-胡萝卜素	0.000	0.001	0.016	0.000	1144.552
β-胡萝卜素	4.321	10.360	57.417	0.000	239.763
δ-胡萝卜素	—	—	—	—	—
γ-胡萝卜素	0.037	0.129	1.151	0.000	348.041
番茄红素	—	—	—	—	—
总量	6.331	11.470	59.904	0.000	181.170

类胡萝卜素	平均值	标准差	最大值	最小值	变异系数/%
紫黄质	0.802	0.715	3.244	0.000	89.174
新黄质	0.253	0.545	2.850	0.000	215.294
环氧玉米黄质	0.884	0.988	4.140	0.000	111.734
叶黄素	0.006	0.056	0.638	0.000	1009.910
玉米黄质	0.004	0.036	0.342	0.000	822.049
α-隐黄质	0.007	0.079	0.916	0.000	1107.100
ε-胡萝卜素	0.016	0.082	0.515	0.000	518.563
β-隐黄质	0.002	0.011	0.096	0.000	683.719
α-胡萝卜素	0.000	0.001	0.016	0.000	1144.552
β-胡萝卜素	4.321	10.360	57.417	0.000	239.763
δ-胡萝卜素	—	—	—	—	—
γ-胡萝卜素	0.037	0.129	1.151	0.000	348.041
番茄红素	—	—	—	—	—
总量	6.331	11.470	59.904	0.000	181.170

引物名称	样本数量	条带总数	多态性位点数量	多态性位点百分比	平均等位基因数(Na)		平均有效等位基因数(Ne)		Nei’s遗传多样性指数(He)		Shannon’s多样性指数(I)
引物名称	样本数量	条带总数	多态性位点数量	多态性位点百分比	平均值	标准差	平均值	标准差	平均值	标准差	平均值	标准差
GDAAS0338	132	21	17	80.95%	1.81	0.39	1.20	0.33	0.12	0.18	0.19	0.25
GDAAS0694	132	11	5	45.45%	1.45	0.50	1.19	0.31	0.11	0.18	0.17	0.26
GDAAS0782	132	10	8	80.00%	1.80	0.40	1.42	0.36	0.25	0.19	0.38	0.26
GDAAS0819	132	11	7	63.64%	1.64	0.48	1.29	0.34	0.18	0.18	0.27	0.26
GDAAS0871	132	8	7	87.50%	1.88	0.33	1.26	0.34	0.16	0.19	0.25	0.26
GDAAS0911	132	18	13	72.22%	1.72	0.45	1.30	0.35	0.18	0.19	0.28	0.26
GDAAS0922	132	17	12	70.59%	1.71	0.46	1.29	0.36	0.17	0.20	0.26	0.27
GDAAS0940	132	11	10	90.91%	1.91	0.29	1.25	0.29	0.17	0.16	0.27	0.22
SPGS2	132	23	10	43.48%	1.43	0.50	1.11	0.21	0.08	0.13	0.13	0.20
SPGS3	132	5	3	60.00%	1.60	0.49	1.37	0.38	0.22	0.20	0.32	0.28
总量All	132	135	92	68.15%	1.68	0.47	1.25	0.33	0.15	0.18	0.23	0.26

132份甘薯地方种质遗传多样性和群体结构分析

132 Sweetpotato Landraces: Genetic Diversity and Population Structure

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亚群	遗传分化指数
Ⅰ	0.01
Ⅱ	0.32
Ⅲ	0.73
Ⅳ	0.49
Ⅴ	0.21

亚群	遗传分化指数
Ⅰ	0.01
Ⅱ	0.32
Ⅲ	0.73
Ⅳ	0.49
Ⅴ	0.21