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Mahilet特、Mulugeta Kebede Dejene吉尔马, ”微软目前的遗传多样性Eragrostis微软(调查)。快步走的人] as Revealed by Microsatellite Markers”,国际基因组学杂志, 卷。2021年, 文章的ID6672397, 9 页面, 2021年。 https://doi.org/10.1155/2021/6672397
微软目前的遗传多样性Eragrostis微软(调查)。快步走的人] as Revealed by Microsatellite Markers
文摘
遗传变异的基本前提是任何作物育种程序开发优良品种。大约有350Eragrostis1种,其中,微软目前是唯一物种培育供人类食用。目前,埃塞俄比亚生物多样性研究所(EBI)收集超过五千微软目前登记入册从不同的地理区域,不同的气候和海拔,无特征。本研究的目的是评估遗传多样性在64年微软到达使用10选择多态简单序列重复(SSRs)标记。共有314个等位基因检测与平均14.5个等位基因位点和扩增子的大小范围从90 bp - 320个基点。均值的多态信息含量(PIC)为0.87,出现多态位点。浮置板轨道价值最低(0.05)被记录在研究微软目前的人口。均值主要等位基因频率、有效等位基因数分别为0.33和3.32,分别。基因流的平均值(Nm)和香农信息指数(I)是4.74和1.65,分别。观察到的预期(Ho)和(他)杂合性变化从0.34到0.56,从0.58到0.76,分别。集群分析分组64微软目前登记入册分成三个不同的集群基于他们的相似之处。 The PCoA analysis showed that clustering is basing on the geographical origin of accessions. Analysis of molecular variance revealed 56%, 39% and 5% of the total variation due to variation within populations, among individuals and among populations, respectively. Structure bar-plot also inferred three gene pools, but with high level of admixtures. Thus, the present study shows that the identified tef accessions could be of great interest for the initiation of a planned breeding and conservation programs.
1。介绍
微软(Eragrostis微软(调查)。Trotter]是一个本土粮食作物的文化和经济重要性在埃塞俄比亚。它属于禾本科植物禾本科,亚科Eragrostoideae,部落Eragrostae,属Eragrostis。作为一个最大的属禾本科植物,属Eragrostis包含超过350种(1]。然而,微软目前是唯一物种培育对人类概念(2]。它是一种异源四倍体品种基本染色体数目的10 ( )。细胞遗传学研究微软报道,微软目前是672的基因组大小Mbp所描述的Cannarozzi et al。3)和622年的Mbp范布伦et al。4]。微软是营养丰富的粮食作物,包含基本和重要的营养物质,碳水化合物、蛋白质、脂肪、纤维和矿物质(5),有更多的健康效益包括种子从面筋是免费的6]。一些矿物质,如铁含量显著高于微软比面包小麦(7]。微软目前在所有埃塞俄比亚地区广泛种植在一个广泛的土壤条件从被变性土moisture-stressed,干旱土壤(8]。微软是一个每年大约有5000万人的食物和收入来源。超过600万小农在埃塞俄比亚有栽培。而其健康和营养内容,微软现在食品和牧草生长在不同的国家包括美国、以色列、荷兰、西班牙、南非、印度、澳大利亚和肯尼亚(8,9]。相对其他谷类作物,微软目前的生产力明显低(CSA, 2016)。粉碎,地方品种遗传潜力低,住宿,和穷人农艺管理实践主要产量限制因素(10]。丰富的物种多样性提供了充足的机会遗传改良作物品种开发的适合不同的农业,种植制度,目的。因为这个事实,一直努力在过去的评估和量化微软种质的遗传多样性集合使用不同的方法(11]。分子标记是短的DNA片段之间的不同品种,因此可用于鉴定种质的特定模式的多态性,多样性和评估来确定关系。dna标记提供了非常有效的和可靠的测量工具在作物种质资源和遗传多样性研究进化关系。分子标记是优于形态学和生化标记,因为他们都是整个基因组相对丰富,独立于环境条件,可以发现在任何发展阶段的植物12]。几项研究已经完成检查微软种质的多样性使用形态和农艺性状。一些研究Assefa et al。13- - - - - -17),Adnew et al。18),adma和确保19]Ayalew et al。20.),Shiferaw et al。21],Plaza-Wuthrich et al。22]。然而,很少有尝试进行研究利用DNA标记多样性。Ayele [23)通过使用妊娠标记和白等。24]利用RAPD标记的遗传相似系数报道85 - 90%和84 - 96%,这表明高水平的检测基因型的遗传相似性。先前的研究[25- - - - - -31日]表明SSR标记在遗传多样性分析的有效性和建立微软种质之间的遗传关系。SSR标记是特别有用的,因为他们是共显性的、高重现性和多态,低运营成本和locus-specificity,揭示高等位基因的多样性。效果,被广泛用于微软和其他各种作物育种和多样性研究[32]。因此,本研究的目的是评估的模式和水平遗传多样性和亲缘64微软到达使用多态的简单重复序列(SSR)标记。这项研究将提供遗传变异的状态信息进行进一步的改善和保护。
2。材料和方法
2.1。植物材料
64微软代表九人口登记入册(北Shewa贡德尔北部,南罗,西Gojjam提格雷区中部,提格雷区西部,Kembata Tembaro,东Wellega和Illubabor)被用于这项研究如(表所示1)。这些微软到达埃塞俄比亚生物多样性研究所收集的来自微软种植区的埃塞俄比亚。这项研究是在Holetta国家农业生物技术研究中心(NABRC)。
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(来源:埃塞俄比亚生物多样性研究所(EBI))。 |
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2.2。DNA提取
Twenty-day-old植物生长在温室和新鲜的叶子从每个幼苗收集。DNA提取使用修改后的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)方法(33]。DNA的质量取决于运行在1%琼脂糖凝胶1×TAE缓冲区(Trizma基地与EDTA和硼酸;pH值调整到8.0与氢氧化钠)在100 V 30分钟。数量(浓度)的DNA决定使用Nanodrop分光光度计(nd - 8000、热科学)。估计每个放大产品的分子量是通过比较标准λ高密度DNA的DNA带梯子。放大产品的图案被紫外线transsiluminator灯拍摄(Bio-Doc成像系统)。DNA是稀释50 ng使用TE缓冲和储存在4°C为进一步PCR的工作。
2.3。SSR标记的选择
总共有15 SSRs标记用于初步筛选由·查德et al。34]。10个SSRs的引物选择最终的多样性分析基于他们的目标位点多态性和特异性(表2)。
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2.4。PCR扩增
基于聚合酶链反应(PCR)的SSR标记系统是应用于调查六十四登记入册的微软的基因之间的关系。进行了PCR扩增96 -孔板(埃普多夫主周期计专业)按Williams建议的协议等。35]。总优化PCR反应是12.5μ6.25 l,这包括μl 1×1 Taq大师混合(新英格兰生物实验室),1μ0.25 l的正向和反向引物,μl二甲亚砜(DMSO,费舍尔科学),2μl nuclease-free水,2μ分别为50 l ng模板DNA。放大温度设定在94°C初始变性3分钟后跟35周期在94°C的变性1分钟,基于单个引物退火温度变化要求1分钟,引物延伸在72°C 2分钟之后,最终在72°C扩展10分钟,并保持温度在4°C。乐队是由分离运行PCR产品3%的琼脂糖凝胶在100 V 2小时1% TAE (Tris-acetate-EDTA)缓冲区和50个基点DNA梯。放大产品的图案被紫外线transsiluminator拍照灯(Bio-Doc成像系统)和数据保存进行进一步分析。
2.5。数据分析
明确的和可再生的每个SSR等位基因放大的得分根据他们的片段大小(bp)使用PyElph 1.4版本软件包[36]。数据从所有条目进行了综述并转换为适当的格式为各种分析。等位基因的数量(Na),有效等位基因数(Ne),香农信息指数(I),基因流(Nm),观察到的杂合性(Ho),预期的杂合性(他),分子方差分析(AMOVA)和哈迪温伯格平衡(HWE)在整个种群确定使用GenAlEx软件6.502版本(37]。Locus-based多样性指数包括主要等位基因频率(加),基因多样性(H)、多态信息含量(PIC),和固定指数(F)是计算使用权力标记3.25版本软件(38]。检查之间的遗传关系不同的登记入册,基因不同矩阵是使用Jaccard的公式来计算的,和未加权的两组与算术平均法(UPGMA)基于Neighbor-Joining树和僧侣的聚类分析是基于人口和个人使用达尔文到达6.0版(39]。结构软件版本。2.3.4基于贝叶斯算法应用于确定人口结构和混合模式(40]。估计真实的人口数字集群( ),100000年老化时间用于每次运行,并收集数据超过200000马尔可夫链蒙特卡罗(密度)复制 来 使用20个迭代 。最优值预测仿真系统后被Evanno et al。41)通过网络结构0.6.92收割机版本(42]。酒吧最大的阴谋确定使用Clumpak测试版(43]。
3所示。结果与讨论
3.1。SSR多态性
目前研究中调查显示高geneticvariation微软目前登记入册。这些到达收集来自不同农业生态学微软目前日益增长的地区。遗传多样性的研究在任何研究工作是至关重要的,因为它是为改善基线信息,保护方法和育种程序。应用不同的现代技术可以帮助开发潜在的真理,是合适的和灵活的气候变化和新兴问题受到全球关注44]。在这项研究中,15个SSR标记筛选,发现了10个SSR标记的多态性和适合多样性分析。SSRs的使用微软多样性的研究是非常重要的,因为它提供了准确、公正的评价,揭示了详尽的信息登记入册的遗传差异(31日]。共有314个等位基因放大了平均14.5个等位基因位点。CNLTs5轨迹的图片值范围从0.61到0.90 CNLTs6。放大每个SSR引物标记不同的数量从12到17的最大数量的等位基因(17)被引物CNLTs6和CNLTs25放大。
3.2。种群的遗传分化
分子方差分析(AMOVA)显示之间的显著差异,在化验下的人群。比例最高的56%的变异归因于个体之间的遗传变异,而39%的个体差异是由于在相同的人口。相反,一个更小的部分变化是人口总数的5%(表3)。种群之间的遗传分化很低( ),用温和的非随机交配群体内的影响( )。低(0.05)种群之间的遗传分化是由于种群内的高可变性,这可能是由于基因流动。广泛迁移基因通过杂交的长白猪开发改进的微软目前品种可能的原因之一当前种群之间的遗传分化水平低,另一方面,农民不小心处理可能有混合的改善与长白猪的品种,可以视为到达后(45]。类似的模式作为本研究中观察到的变化在微软种质一直在报道一项研究[28]。在一项研究中,涉及一起,登记入册,和改良品种收集来自不同不同微软目前日益增长的区域在埃塞俄比亚,总变异的63%是由于在基因型变异。发现所描述的Jifar et al。31日),大多数基因型种质到达高基因多样性由于更多的机会比人工选择下共同进化的本质。繁殖,然而,最低的所有遗传参数值可能由于人工选择对同质人口大大减少了多样性。
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Df:自由度;SS:平方和;迈克尔-舒马赫:意味着广场。 |
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3.3。种群之间的遗传距离
成对人口Nei的无偏人口之间的遗传距离范围从最高0.540北贡德尔和北Shewa到达0.478种群之间Kembata Tembaro和北Shewa。下一个最高种群之间的遗传距离观察提格雷区西部和Kembata Tembaro(0.372)和西方之间的人口Gojjam和南罗(0.341),其次是Illubabor和西Gojjam(0.325)和东部Wellega和北Shewa (0.316)。成对的遗传分化低置值(0.031)之间的摩擦Kembata Tembaro和东部东Wellega之间Wellega,紧随其后的是0.051和北贡德尔人群。解释细分人群的性质,区分的大小和数量可以量化的使用统计(健康,Fis,置也称为固定索引(置),这是一个意味着评估人口由于遗传结构分化。低置值(较小的遗传分化)意味着有一个高频率相同的等位基因在登记入册(46]。浮置板轨道值成对遗传分化温和的占总数的94%置值从0.061到0.135之间的人群。浮置板轨道的价值更大的是0.15,提格雷区西部和南部罗之间的记录显示(表4)。
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NS:北Shewa;西南:南罗;吴:北贡德尔;WG:西Gojjam;TCZ:提格雷区中部;TWZ:西方提格雷区;KT: Kembata Tembaro;艾玛:东Wollega;IL: Illubabor。 |
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3.4。主坐标分析
主坐标分析(PCoA)显示,前三个主坐标约占30.72%的遗传变异存在于SSR分子研究中使用的数据来源于64年登记入册。第一、第二、第三主坐标解释约为13.13%,9.20%,和8.39%的总变异,分别。PCoA分析二维图(图中显示1)显示,到达从不同的收集网站经常聚集在一起,显示可能的基因流动。类似的发现也报道了Fikre et al。30.]。没有单独的组由一个单一的人口可能会因为不同的因素支持混合的种质资源包括基因流动和杂交。结果提出了NJ系统树图,没有独特的集群中类似的人口登记入册。PCoA进一步支持了先前的发现(25,47),观察混合集群中不同起源的人口登记入册。在某些情况下,到达相同的人口如Wollega东部和北部罗subcluster形成的主要群体。即使大多数的到达是形成subcluster在特定群体;但是没有单独的组由一个单一的人口。上所述PCoA biplot,加入一些(2、3、26和38)从人口获得1,5和7差异被发现从中央轴。因此,这种类型的到达是非常值得推荐的未来。本研究的发现强调了需要开发调查微软的遗传资源加快微软目前育种程序。因此,对流的微软目前品种改良的努力应该得到现代分子工具和科学技术的支持。
3.5。聚类分析和人口结构
三大集群提取的六十四登记入册含56.25%,25%,和18.75%的总到达集群I, II, III,分别。所有的集群进一步分为两个subclusters(图2)。集群的最大人口数量包括在我拥有9人口和集群三世拥有6中的最小数量的人口。集群我从提格雷区中部,由到达南罗Illubabor,东Wellega西Gojjam Kembata Tembaro,北Shewa提格雷区西部,和北贡德尔,其中34。总人口的20%来自提格雷区中部和东部Wellega。集群模式表示的存在大量的变异在微软目前登记入册。同样,集群二世的subclustering导致两组由六个和五个人口从Illubabor南罗北贡德尔北Shewa提格雷区西部,东Wellega, Kembata Tembaro。同样,第三个集群包含从东Wellega登记入册,西Gojjam Kembata Tembaro,南罗,Illubabor。模式分组的数量在所有集群显示遗传物质存在的进化力量的独立事件。进一步的进化力量的独立事件,如基因突变、选择、遗传漂变,种质交换可能单独成相关但不同的基因池(48,49]。集群贡献最大散度有更大的决定强调集群的类型为进一步选择和杂交的父母的选择。
长期关注的群体遗传学是识别基因同质群体的个体。在这方面,最近的一次贝叶斯算法实现在软件结构允许识别这些团体(42]。该算法允许估计真正的集群的数量( )个人纳入研究的样本。分析表明,最大的三角洲( )(这是一个很好的指示器的真实数字集群)变成一个峰值在三角洲 。在这项研究中,δ价值最高的 (图3(一个))这表明64多元到达微软可以分为三个子组(图3 (b))。再分组的数量确定的三角洲模型描述Evanno et al。41]。基于价值,Clumpak结果(图)显示广泛的掺合料,因此,没有明确的地理原产地种群的结构(图3 (b))。这表明我们雇佣的SSR标记是非常强大的显示之间的遗传关系研究微软目前登记入册。
(一)
(b)
4所示。结论
观察高遗传多样性检测登记入册。当前的研究强调了存在高水平的多样性在64年微软目前登记入册,这是适合的改善潜力品种。SSR标记提供无偏和足够的信息的识别和确认微软目前登记入册,因此,到达之间的多态性检测可用于育种程序利用遗传资源的使用。大部分的研究数量值的多态信息含量高,基因多样性,和香农多样性指数可能是重要的获取足够的信息多样性种质基因库中登记入册。它还表明需要给予同等重视所有微软目前埃塞俄比亚种植区在种质资源收集和实验调查。构建系统树图识别的遗传相似性在这些到达显示到达相同的地区被发现一起集群主要是暗示的分子组合之间的相关性及其来源集合。层次聚类和人口结构分析组装微软目前在三组登记入册。因此,父母的选择必须基于更广泛的intercluster距离和优越性能。因此,到达之间的多态性检测可用于微软为开发优越的微软目前品种育种项目。
数据可用性
这项研究是由Holetta国家农业生物技术研究中心分子实验室。
的利益冲突
本文作者确认内容没有利益冲突。
确认
研究的作者要感谢埃塞俄比亚农业研究所(EIAR)的金融支持进行这项研究。埃塞俄比亚生物多样性研究所(EBI)加入微软提供和博士Zerihun Tadele伯尔尼大学的瑞士,他的技术支持。
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