基于SCoT标记的饲用燕麦品种遗传结构及指纹图谱分析

LI Jin，CHEN Shi-yong，ZHAO Xu，et al. Analysis of genetic structure and fingerprinting in oat varieties based on SCoT markers. Acta Prataculturae
S inica ，2 02 1 ，30（7）：72 − 81.
燕麦（Avena sativa）为禾本科（Poaceae）燕麦属（Avena）一年生草本植物，具有抗旱、耐冷、耐瘠薄等优良特性 和 很 高 的 营 养 及 保 健 价 值［1］，因 此 成 为 重 要 的 粮 饲 兼 用 作 物 。 燕 麦 主 要 分 布 在 北 半 球 的 温 带 地 区 ，国 内 主 要 种 植 省 区 为 河 北 、内 蒙 古 、山 西 ，其 次 是 青 海 、甘 肃 、宁 夏 、吉 林 、云 南 及 四 川 等［2］。 根 据 燕 麦 籽 粒 外 稃 的 形 状 可 以 划 分 为皮燕麦（A. stativa）和裸燕麦（A. nuda），其中皮燕麦主要为饲用。随着畜牧业的快速发展，其对优质粗饲料的 需 求 越 来 越 大 ，而 燕 麦 饲 草 已 经 成 为 牛 羊 养 殖 行 业 最 重 要 的 优 质 粗 饲 料 来 源 之 一 。 在 我 国 的 青 藏 高 原 高 寒 牧 区 ， 燕 麦 青 干 草 更 是 牦 牛 和 藏 羊 最 重 要 的 冬 春 补 饲 饲 草 种 类 ，目 前 已 成 为 高 寒 地 区 冷 季 补 饲 的 主 要 饲 草 。
Analysis of genetic structure and fingerprinting in oat varieties based on SCoT
markers
LI Jin1，CHEN Shi-yong2，3*，ZHAO Xu1，TIAN Hao-qi1，CHEN Zhi-hua2，3，ZHOU Qing-ping1
目 前 国 内 外 对 于 燕 麦 的 研 究 主 要 集 中 在 栽 培 技 术［5-6］、抗 性 生 理［7-8］、遗 传 育 种 等 ［9-10］ 方 面 。 而 针 对 现 有 品 种 遗传亲缘关系、品种鉴定方面的研究还较少。基于醇溶蛋白标记的研究初步揭示了青引 1 号等 15 个燕麦品种之 间 的 亲 缘 关 系 ，但 由 于 其 标 记 位 点 较 少 ，部 分 品 种 间 并 不 能 完 全 区 分 。 ［10］ 采 用 基 于 PCR 技 术 的 分 子 标 记 已 经 成 为 种 质 资 源 遗 传 亲 缘 关 系 和 指 纹 图 谱 等 研 究 的 重 要 手 段 。 现 已 有 多 种 分 子 标 记 对 不 同 燕 麦 材 料 进 行 了 研 究 ，如 内 部 简 单 重 复 序 列（inter-simple sequence repeats，ISSR）［11］、DNA 扩 增 片 段 长 度 多 态 性（amplified fragment length polymorphism，AFLP）［12］、相 关 序 列 扩 增 多 态 性 标 记（sequence-related amplified polymorphism，SRAP）［13］ 等 分 子 标 记 技 术 运 用 在 燕 麦 属 植 物 遗 传 分 析 中 。 目 标 起 始 密 码 子 多 态 性 标 记（start condon targeted polymorphism，SCoT）是一种基于翻译起始位点的目的基因标记，自 Collard 等 开 ［14］ 发了 SCoT 分子标记至今，已 有 大 量 研 究 将 其 用 于 植 物 遗 传 多 样 性 分 析 ，如 优 良 牧 草 资 源 紫 花 苜 蓿（Medicago sativa）［15］、鸭 茅（Dactylis glomerata）［16］等 ，但 在 燕 麦 属 植 物 中 的 应 用 还 未 见 报 道 。 本 研 究 首 次 利 用 SCoT 技 术 对 目 前 国 内 主 要 种 植 的 饲 用 燕 麦 品 种 进 行 了 遗 传 亲 缘 关 系 分 析 ，比 较 了 不 同 燕 麦 品 种 之 间 的 遗 传 差 异 ，筛 选 出 特 异 的 标 记 构 建 了 供 试 燕 麦 品 种 的 指 纹 图 谱 ，从 分 子 水 平 上 为 品 种 鉴 定 、品 种 保 护 及 杂 交 育 种 等 资 源 创 制 工 作 提 供 了 重 要 的 参 考 。
基于
标记的饲用燕麦品种遗传结构
SCoT
及指纹图谱分析
李进 1，陈仕勇 2，3*，赵旭 1，田浩琦 1，陈智华 2，3，周青平 1
（1. 西南民族大学青藏高原研究院，四川 成都 610041；2. 西南民族大学畜牧兽医学院，四川 成都 610041；3. 动物科学国家民委重点实验室，四川 成 都 610041）
收 稿 日 期 ：2020 -12 -30 ；改 回 日 期 ：2021 -01-14 基 金 项 目 ：四 川 省“ 十 四 五 ”饲 草 育 种 攻 关 项 目（2021Y F Y Z 0013），西 南 民 族 大 学 中 央 高 校 基 本 科 研 业 务 费 动 物 科 学 国 家 民 委 重 点 实 验 室 专 项 资
摘要：采用目标起始密码子多态性标记（SCoT）对目前国内种植利用的 36 个饲用燕麦品种进行了遗传变异结构及 指 纹 图 谱 分 析 。 结 果 显 示 ，从 80 个 SCoT 引 物 中 筛 选 出 多 态 性 较 好 、条 带 清 晰 且 重 复 性 高 的 引 物 15 个 ，共 扩 增 出 146 条 条 带 ，不 同 引 物 扩 增 出 的 多 态 性 条 带 数 为 3~9 条 ，平 均 为 6. 4 条 ，多 态 性 比 率 为 65. 75%，平 均 有 效 等 位 基 因 数（Ne）为 1. 46，平均 Nei’s 基因多样性指数为 0. 27，平均 Shannon’s 多样性指数为 0. 38。基于 4 个多态性较高的核 心引物组扩增的 14 个位点，构建了 36 个燕麦品种的 DNA 指纹图谱，其能够将供试燕麦品种区分并准确鉴定。供试 品 种 的 DICE 遗 传 相 似 性 系 数 为 0. 7596~0. 9507，平 均 值 为 0. 8473；基 于 遗 传 相 似 系 数 的 非 加 权 组 平 均 法 （UPGMA）聚类分析结果显示，可将 36 个品种分为四大类，聚类与其来源的关联性不高。群体遗传结构分析表明， 国外引进品种遗传组成分布均匀，有 32. 1% 的品种具有混合来源，而国内品种分布相对集中且仅有 25. 0% 的品种 有 混 合 来 源 ，表 明 供 试 的 国 内 种 植 利 用 的 燕 麦 品 种 遗 传 基 础 较 狭 窄 ，来 源 相 对 单 一 。 结 果 为 燕 麦 品 种 的 鉴 定 、新 品 种的选育等提供了理论参考。 关 键 词 ：燕 麦 ；S C oT ；指 纹 图 谱 ；遗 传 结 构
1. Institute of Qinghai-Tibetan Plateau，Southwest Minzu University，Chengdu 610041，China； 2. College of Animal & Veterinary Sciences，Southwest Minzu University，Chengdu 610041，China； 3. Key Laboratory of Animal Science of State Ethnic Affairs Commission，Southwest Minzu University，Chengdu 610041，China
金（2020 P T JS 21）和 国 家 牧 草 产 业 技 术 体 系（C A R S 34）资 助 。 作者简介：李进（1997-），男，四川南充人，在读硕士。E-mail：lijin921@foxmail. com
∗ 通信作者 Corresponding author. E-mail：chengshi8827@163. com
第 30 卷第 7 期
草业学报 2021 年
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oat varieties was 0. 7596-0. 9507，with an average of 0. 8473. The unweighted pair group method with arithmetic average cluster analysis based on genetic similarity coefficients showed that the tested varieties could be divided into 4 groups. There was no obvious correlation between genetic similarity and geographical origin. The results of population structure analysis revealed the genetic composition of the oat varieties，and showed that 32. 1% of foreign oat varieties have mixed sources，while only 25. 0% of Chinese domestic varieties have mixed sources. It also showed that the domestic oat varieties have narrow genetic bases and single genetic components. The results provide genetic data for cultivar identification，and a theoretical foundation for breeding and analysis of genetic relationships of oats. Key words：oat；SCoT；fingerprinting；genetic structure
72-81 2021 年 7 月
草业学报 ACTA PRATACULTURAE SINICA
第 30 卷 第 7 期 Vol. 30，No. 7
： DOI 10. 11686/cyxb2020596
http：//cyxb. magtech. com. cn
李进，陈仕勇，赵旭，等 . 基于 SCoT 标记的饲用燕麦品种遗传结构及指纹图谱分析 . 草业学报，2021，30（7）：72−81.
选择适宜的品种是不同地区进行燕麦饲草生产最重要的环节。目前生产中应用的饲用燕麦品种有国产品种 和 进 口 品 种 ，如 在 青 藏 高 原 地 区 种 植 的 品 种 包 括 青 引 系 列 、陇 燕 系 列 及 白 燕 系 列 等 国 产 品 种 ，也 有 包 括 科 纳 、梦 龙 、贝 勒 、哈 维 等 国 外 品 种 。 已 有 的 引 种 以 及 品 比 试 验 结 果 表 明 不 同 燕 麦 品 种 在 不 同 的 区 域 表 现 了 不 同 的 特 点 和 生产潜力［3-4］，但是对这些品种资源的遗传基础信息了解较少。同时 ，如何确保品种的真实性以及利用现有品种 资源进行下一步的材料创制及新品种选育等都有待进一步研究。
Abstract：The genetic diversity and fingerprinting of 36 forage oat varieties used in China were analyzed using start codon targeted polymorphism markers（SCoT）. In this research 15 primers were selected from 80 SCoT primers， and a total of 146 bands were amplified. The number of polymorphic bands amplified by different primers ranged from 3 to 9，with an average of 6. 4. The proportion polymorphic bands（PPB）was 65. 75%. The average effective number of alleles，and values of Nei’s gene diversity and Shannon’s information index were 1. 46，0. 27，and 0. 38， respectively. The DNA fingerprints of 36 oat varieties were constructed using 14 sites from 4 core primers，which could identify and discriminate the tested oat varieties efficiently. The DICE genetic similarity coefficient of all tested