Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Đa dạng di truyền và động lực học dòng gen được tiết lộ trong các quần thể hoang dã hiếm gặp của đậu nành (Glycine soja) và loại bán hoang dã (Glycine gracilis) ở Trung Quốc
Tóm tắt
Cho đến nay, có rất ít hiểu biết về đa dạng di truyền, cấu trúc và động lực dòng gen trong các quần thể hỗn hợp đậu nành hoang dã và bán hoang dã hiếm gặp, và thông tin như vậy là rất quan trọng để hiểu về nguồn gốc của đậu nành bán hoang dã (Glycine gracilis) và bảo vệ an toàn sinh học cho đậu nành hoang dã khỏi đậu nành chuyển gen. Dữ liệu sinh thái di truyền quần thể là cần thiết để cung cấp một cái nhìn rõ ràng và toàn diện hơn về các sự kiện di truyền đã xảy ra trong môi trường tự nhiên của đậu nành hoang dã (Glycine soja). Chúng tôi đã kiểm tra đa dạng di truyền và cấu trúc của 11 quần thể hỗn hợp hoang dã của đậu nành hoang dã (Glycine soja) và đậu nành bán hoang dã (G. gracilis), 1 quần thể đậu nành hoang dã, và 1 quần thể giống đậu nành trồng trọt bằng cách sử dụng 20 dấu hiệu vi hạt nhân (SSRs). Dựa trên sự đa dạng của các vi hạt nhân, chúng tôi phát hiện ra rằng các quần thể hỗn hợp được đặc trưng bởi độ dị hợp tử trung bình cao hơn (H_o = 0.029) và tỷ lệ tự thụ phấn (t_m = 6.35%), cùng với chỉ số cố định thấp hơn (F_is = 0.891), và các cây bán hoang dã có độ dị hợp tử rõ rệt cao hơn (H_o = 0.081) so với các cây hoang dã (H_o = 0.007). Sự xuất hiện của các cây bán hoang dã ảnh hưởng đến cấu trúc di truyền của quần thể nhưng không ảnh hưởng đến sự phân hóa quần thể địa lý. Các quần thể hỗn hợp này thể hiện sự phân hóa sinh thái địa lý mạnh mẽ, điều này gợi ý rằng các quần thể nguyên thủy của chúng đã được thực dân hoá qua một lịch sử thực vật học dài. Sự xâm nhập xảy ra thông qua dòng gen phấn từ các cánh đồng đậu nành vào các quần thể hoang dã và tạo ra các cây bán hoang dã, với sự khác biệt di truyền đáng kể so với các cây hoang dã điển hình. Các gen xâm nhập có thể được thiết lập bằng hai cách thức khả thi trong quần thể đậu nành hoang dã thông qua cả tự phân ly và/hoặc lai tạp thứ cấp trong quần thể. Điều này cần được chú ý vì khả năng thoát gen nhanh chóng.
Từ khóa
#đậu nành #đa dạng di truyền #cấu trúc di truyền #dòng gen #cây bán hoang dã #cây hoang dãTài liệu tham khảo
Aarssen LW, Jordan CY (2001) Between-species patterns of covariation in plant size and fecundity in monocarpic herbs. Ecosci 8:471–477
Choi IY, Kang JH, Song HS, Kin NS (1999) Genetic diversity measured by simple sequence repeat variations among the wild soybean, Glycine soja, collected along the riverside of five major rivers in Korea. Genes Genet Syst 74:169–177
Cregan PB, Jarvik T, Bush AL, Shoemaker RC, Lark KG, Kahler AL, Kaya N, Vantoai TT, Lohnes DG, Chung J, Specht JE (1999) An integrated genetic linkage map of the soybean genome. Crop Sci 39:1464–1490
Doyle JJ, Doyle JL (1990) Isolation of plant DNA from fresh tissue. Focus 12:13–15
Ellstrand NC, Prentice HC, Hancock JF (1999) Gene flow and introgression from domesticated plants into their wild relatives. Ann Rev Ecol Syst 30:539–563
Excoffier L, Laval G, Schneider S (2006) Arlequin ver. 3.1: an integrated software package for population genetics data analysis. http://cmpg.unibe.ch/software/arlequin3
Felber F, Kozlowski G, Arrigo N, Guadagnuolo R (2007) Genetic and ecological consequences of transgene flow to the wild flora. In: Fiechter A, Suatter C (eds) Advances in biochemical engineering/biotechnology. Springer, Berlin, pp 173–205
Goudet J (2001) FSTAT, a program to estimate and test gene diversities and fixation indices (version 2.9.3). Lausanne University, Switzerland
Guo J, Liu Y, Wang Y, Chen J, Li Y, Huang H, Qiu L, Wang Y (2012) Population structure of the wild soybean (Glycine soja) in China: implications from microsatellite analyses. Ann Bot 110:777–785
Hennery ML, Westoby M (2001) Seed mass and seed nutrient content as predictore of seed output variation between species. Oikos 92:479–490
Hymowitz T (1970) On the domestication of the soybean. Econ Bot 24:408–421
Hyten DL, Song QJ, Zhu YL, Choi IY, Nelson RL, Costa JM, Specht JE, Shoemaker RC, Cregan PB (2006) Impacts of genetic bottlenecks on soybean genome diversity. Proc Natl Acad Sci USA 103:16666–166674
Kiang YT, Chiang YC, Kaizuma N (1992) Genetic diversity in natural populations of wild soybean in Iwate prefecture, Japan. J Hered 83:325–329
Kuroda Y, Kaga A, Tomooka N, Vaughan A (2006) Population genetic structure of Japanese wild soybean (Glycine soja) based on microsatellite variation. Mol Ecol 15:959–974
Kuroda Y, Kaga A, Tomooka N, Vaughan AD (2008) Gene flow and genetic structure of wild soybean (Glycine soja) in Japan. Crop Sci 48:1071–1079
Kuroda Y, Kaga A, Tomooka N, Vaughan D (2010) The origin and fate of morphological intermediates between wild and cultivated soybeans in their natural habitats in Japan. Mol Ecol 19:2346–2360
Leishman MR, Wright IJ, Moles AT, Westoby M (2000) The evolutionary ecology of seed size. In: Fenner M (ed) Seeds the ecology of regeneration in plant communities. CAB International, Wallingford, pp 31–57
Li J, Tao Y, Zheng SZ, Zhou JL (1995) Isozymatic differentiation in local population of Glycine soja Sieb. & Zucc. (China). Acta Bot Sin 37:669–676 (in Chinese with English abstract)
Li XH, Wang KJ, Jia JZ (2009) Genetic diversity and differentiation of Chinese wild soybean germplasm (G. soja Sieb. & Zucc.) in geographical scale revealed by SSR markers. Plant Breed 128:658–664
Liu K, Muse SV (2005) PowerMarker: integrated analysis environment for genetic marker data. Bioinformatics 21:2128–2129
Liu YN, Li XH, Wang KJ (2008) Genetic diversity evaluation by SSR markers for natural populations of wild soybean (Glycine soja Sieb. & Zucc.) growing in Beijing. (China). J Plant Ecol 32:938–950 (in Chinese with English abstract)
Nakayama Y, Yamaguchi H (2002) Natural hybridization in wild soybean (Glycine max ssp. soja) by pollen flow from cultivated soybean (Glycine max ssp. max) in a designed population. Weed Biol Manage 2:25–30
Nei M (1973) Analysis of gene diversity in subdivided populations. Proc Natl Acad Sci USA 70:3321–3323
Oumar I, Mariac C, Oham JL, Vigouroux Y (2008) Phylogeny and origin of pearl millet (Pennisetum glaucum [L.] R. Br.) as revealed by microsatellite loci. Theor Appl Genet 117:479–487
Pei YL, Wang L, Song G, Wang LZ (1996) Studies on genetic diversity of Glycine soja-isozyme variation in four populations (China). Soybean Sci 15:302–308 (in Chinese with English abstract)
Pritchard JK, Stephens M, Donnelly P (2000) Inference of population structure using multilocus genotype data. Genetics 155:945–959
Shimamoto Y, Fukushi H, Abe J, Knazawa A, Gai JY, Gao Z, Xu DH (1998) RFLPs of chloroplast and mitochondrial DNA in wild soybean, Glycine soja, growing in China. Genet Resour Crop Evol 45:433–439
Skvortzow BV (1927) The soybean–wild and cultivated in Eastern Asia. In: Proceedings of the Manchurian Research Society, Natural History Section Publication Series A 22:1–8
Stewart CN, Halfhill MD, Warwick SI (2003) Transgene introgression from genetically modified crops to their wild relatives. Nat Rev Genet 4:806–817
Tozuka A, Fukushi H, Hirata T, Ohara M (1998) Composite and clinical distribution of Glycine soja in Japan revealed by RFLP analysis. Theor Appl Genet 96:170–176
Trucco F, Tatum T, Rayburn AL, Tranel P (2009) Out of the swamp: unidirectional hybridization with weedy species may explain the prevalence of Amaranthus tuberculatus as a weed. New Phytol 184:819–827
Wang KJ, Li XH (2011a) Interspecific gene flow and the origin of semi-wild soybean revealed by capturing the natural occurrence of introgression between wild and cultivated soybean populations. Plant Breed 130:117–127
Wang KJ, Li XH (2011b) Genetic differentiation and diversity of phenotypic characters in Chinese wild soybean (Glycine soja Sieb. et Zucc.) revealed by nuclear SSR markers and the implication for intraspecies phylogenic relationship of characters. Genet Resour Crop Evol 58:209–223
Wang KJ, Takahata Y (2007) A preliminary comparative evaluation of genetic diversity between Chinese and Japanese wild soybean germplasm pools using SSR markers. Genet Resour Crop Evol 54:157–165
Wang KJ, Li FS, Cheema AA (2001) Studies on the distribution of wild soybean (Glycine soja) in China. Pak J Biol Sci 4:149–155
Wang KJ, Li XH, Zhang ZW, Li FS, Cao YS (2005) Components and distribution of 100-seed weight in natural populations of wild soybean (China). Soybean Sci 24:243–248 (in Chinese with English abstract)
Wang KJ, Li XH, Zhang JJ, Chen H, Zhang ZL, Yu GD (2010) Natural introgression from cultivated soybean (Glycine max) into wild soybean (Glycine soja) with the implications for origin of populations of semi-wild type and for biosafety of wild species in China. Genet Resour Crop Evol 57:747–761
Wang KJ, Li XH, Liu Y (2012) Fine phylogenic-genetic structure and major events in the history of the current wild soybean (Glycine soja) and taxonomic assignment of semi-wild type (Glycine gracilis Skvortz.) within the Chinese subgenus Soja. J Hered 103:13–27
Weir BS (1996) Methods for discrete population genetic data. In: Genetic data analysis II. Sinauer Associates, Sunderland, MA
Wen ZX, Ding YL, Zhao TJ, Gai JY (2009) Genetic diversity and peculiarity of annual wild soybean (G. soja Sieb. et Zucc.) from various eco-regions in China. Theor Appl Genet 119:371–381
Yeh FC, Yang RC, Boyle T (1999) Popgen ver. 1.31: Microsoft window-based freeware for population genetic analysis. University of Alberta and Centre for International Forestry research
Yu HY, Kiang YT (1993) Genetic variation in South Korean natural populations of wild soybean (Glycine soja). Euphytica 68:213–221