Genetic Diversity Analysis and Core Collection of Cymbidium ensifolium Germplasm Resources

doi:10.16420/j.issn.0513-353x.2021-0312

Acta Horticulturae Sinica ›› 2022, Vol. 49 ›› Issue (1): 175-186.doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2021-0312

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Genetic Diversity Analysis and Core Collection of Cymbidium ensifolium Germplasm Resources

CHEN Mingkun¹, CHEN Lu¹, SUN Weihong², MA Shanhu¹, LAN Siren¹, PENG Donghui¹, LIU Zhongjian¹, AI Ye¹^,^*()

¹Key Laboratory of National Forestry and Grassland Administration for Orchid Conservation and Utilization,College of Landscape Architecture,Fujian Agriculture and Forestry University,Fuzhou 350002,China
²College of Forestry,Fujian Agriculture and Forestry University,Fuzhou 350002,China

Received:2021-05-09 Revised:2021-11-26 Online:2022-01-25 Published:2022-01-24
Contact: AI Ye E-mail:aiyefafu@163.com

Abstract

Abstract:

The phenotypic characteristics of sepal color,petal color,lip color,leaf art,petal type and lip spot of 311 Cymbidium ensifolium germplasms were recorded,and the traits were assigned and statistically analyzed. Twenty-two pairs of SSR fluorescent primers were used to perform PCR amplification on 311 C. ensifolium germplasm resources in order to conduct genetic diversity analysis. Use Structure software to analyze the population structure of C. ensifolium germplasm resources,and principal component analysis and cluster analysis were employed for verification. Core collection was analyzed and screened by using Core Finder software and t-test. The results showed that the phenotypic genetic diversity of the six quality traits of 311 C. ensifolium germplasm resources were all greater than 0.5,indicating that the phenotype of C. ensifolium germplasm resources had abundant genetic variations. A total of 171 alleles（N_a）were detected by 22 pairs of SSR fluorescent primers,the average of N_e was 2.729. High genetic diversity was revealed in the germplasm resources of C. ensifolium（I = 1.026）. Structure software analysis results showed that the optimal population number K was three,and there is a small amount of germplasm mixing among the populations. The population structure analysis divided C. ensifolium germplasm resources into three groups. Principal component analysis and cluster analysis further verified the reliability of its classification. In this study,51 core collections of C. ensifolium were constructed,accounting for 16.4% of the initial collection,with the retention rate of N_a,N_e,and I were 100%,130% and 124%,respectively. Through t-test and principal coordinate analysis showed that there was no significant difference between the genetic diversity of the core collection and initial collection. The 51 core collections constructed could represent the genetic diversity of C. ensifolium germplasm resources to the greatest extent.

Key words: Cymbidium ensifolium, germplasm resources, phenotypic traits, SSR, genetic diversity, core collection

CLC Number:

S682.31

CHEN Mingkun, CHEN Lu, SUN Weihong, MA Shanhu, LAN Siren, PENG Donghui, LIU Zhongjian, AI Ye. Genetic Diversity Analysis and Core Collection of Cymbidium ensifolium Germplasm Resources[J]. Acta Horticulturae Sinica, 2022, 49(1): 175-186.

Figures/Tables 12

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引物 Primer	正向引物（5′-3′） Forward primer	反向引物（5′-3′） Reverse primer	扩增范围/bp Amplification range
JL6	TGGGCGACAGATCGAGTTC	ACATGGACCACAGCATTCC	335 ~ 366
JL8	TGCTGGAATACATGCGAGAC	GTTTGCCGAAGCCAGTGC	140 ~ 165
JL9	GCTTTATGCGACATCTGCG	CGTCGGTTCCATGCACATC	175 ~ 225
JL14	TATGCGTCTCTCCCAACCG	AAGCTAGTGGCCTTTGGTG	225 ~ 260
JL15	AGAGGGCCACCTGCTTTC	GCCAATTGCCAGATGGACG	290 ~ 320
JL16	GGTGGGTTAGACCAGCTCC	TCCTCAAGGCAAAGCTCCC	185 ~ 190
JL17	CCCAACGCAGAACGATAGC	CGGTGGCACAAATGGAACG	205 ~ 215
JL18	AGACAGAGAGTCCCTAAAGGC	CAGGGATGTTAAGTGGGCTG	430 ~ 455
JL19	AGTATTGGACCCTCCAGGC	AGAGGATCATGGTGTTAGGC	370 ~ 395
JL20	GACGACATATCGCGTTCGG	CTCAGCCACACCCAAGAGG	220 ~ 240
JL21	GGAGCTGCATACGCAAGTG	AGCTTCTCACTGCCTCCAG	460 ~ 500
JL22	TGAAACGGTTGGCTCTAGTTC	AGCAAGCACTGACCTGAAAC	260 ~ 290
JL24	AACGCCATGTCCAATACCC	GGAGGGCTTATTTGCAGCG	365 ~ 430
JL25	AAACGAAGGGCTGGAAGTC	TTTGACATCGGGAAGTGGC	255 ~ 270
JL28	ATCTTCCCTCCACATCGGC	TGGAGAAGAGTCGACCAGC	235 ~ 260
JL29	AACTGACAAGCATCTGCAAG	CTGCTGCATTGGCCTTACC	265 ~ 285
JL30	TTTGTGGCAGTGGAAAGCG	TGATACCAATGGCAAGGCG	270 ~ 300
JL31	CACAGCAGCTCACAATCCTG	TACAGCCCTGTTTACCGCC	270 ~ 290
JL34	AAGAGGCACTGCAAGACCC	CGTTCCAGCAACCCATAGC	425 ~ 450
JL38	GCCTTACACATCCCTTCCAAC	TGCCTGCTGATAGTTTGCC	400 ~ 420
JL41	CTTCCTCCACCTGGATCGC	CTGCCGATCAATCCGAGAC	170 ~ 180
JL43	CTCGGTTCATTTGCAGCCC	GGGTGGGTATGGCGAAATC	340 ~ 360

引物 Primer	正向引物（5′-3′） Forward primer	反向引物（5′-3′） Reverse primer	扩增范围/bp Amplification range
JL6	TGGGCGACAGATCGAGTTC	ACATGGACCACAGCATTCC	335 ~ 366
JL8	TGCTGGAATACATGCGAGAC	GTTTGCCGAAGCCAGTGC	140 ~ 165
JL9	GCTTTATGCGACATCTGCG	CGTCGGTTCCATGCACATC	175 ~ 225
JL14	TATGCGTCTCTCCCAACCG	AAGCTAGTGGCCTTTGGTG	225 ~ 260
JL15	AGAGGGCCACCTGCTTTC	GCCAATTGCCAGATGGACG	290 ~ 320
JL16	GGTGGGTTAGACCAGCTCC	TCCTCAAGGCAAAGCTCCC	185 ~ 190
JL17	CCCAACGCAGAACGATAGC	CGGTGGCACAAATGGAACG	205 ~ 215
JL18	AGACAGAGAGTCCCTAAAGGC	CAGGGATGTTAAGTGGGCTG	430 ~ 455
JL19	AGTATTGGACCCTCCAGGC	AGAGGATCATGGTGTTAGGC	370 ~ 395
JL20	GACGACATATCGCGTTCGG	CTCAGCCACACCCAAGAGG	220 ~ 240
JL21	GGAGCTGCATACGCAAGTG	AGCTTCTCACTGCCTCCAG	460 ~ 500
JL22	TGAAACGGTTGGCTCTAGTTC	AGCAAGCACTGACCTGAAAC	260 ~ 290
JL24	AACGCCATGTCCAATACCC	GGAGGGCTTATTTGCAGCG	365 ~ 430
JL25	AAACGAAGGGCTGGAAGTC	TTTGACATCGGGAAGTGGC	255 ~ 270
JL28	ATCTTCCCTCCACATCGGC	TGGAGAAGAGTCGACCAGC	235 ~ 260
JL29	AACTGACAAGCATCTGCAAG	CTGCTGCATTGGCCTTACC	265 ~ 285
JL30	TTTGTGGCAGTGGAAAGCG	TGATACCAATGGCAAGGCG	270 ~ 300
JL31	CACAGCAGCTCACAATCCTG	TACAGCCCTGTTTACCGCC	270 ~ 290
JL34	AAGAGGCACTGCAAGACCC	CGTTCCAGCAACCCATAGC	425 ~ 450
JL38	GCCTTACACATCCCTTCCAAC	TGCCTGCTGATAGTTTGCC	400 ~ 420
JL41	CTTCCTCCACCTGGATCGC	CTGCCGATCAATCCGAGAC	170 ~ 180
JL43	CTCGGTTCATTTGCAGCCC	GGGTGGGTATGGCGAAATC	340 ~ 360

性状 Trait	赋值（频率） Assignment value（Frequency）								多样性指数（I） Diversity index
性状 Trait	1	2	3	4	5	6	7	8	多样性指数（I） Diversity index
萼片颜色 Sepal color	黄绿 Yellowish- green（82.32%）	复色 Multiple （4.50%）	黄 Yellow （1.61%）	粉红 Pink （4.82%）	紫红 Fuchsia （1.61%）	白 White （5.14%）			0.7315
花瓣颜色 Petal color	黄绿 Yellowish- green（70.09%）	黄 Yellow （11.25%）	复色 Multiple （3.86%）	粉红 Pink （5.47%）	紫红 Fuchsia （1.61%）	白 White （7.72%）			1.0435
唇瓣颜色 Lip color	黄绿 Yellowish- green（49.84%）	黄 Yellow （40.84%）	白 White （8.36%）	红 Red （0.64%）	紫红 Fuchsia （0.32%）				0.9712
叶艺 Leaf art	正常叶 Normal leaf （79.74%）	线艺 Thread art （8.36%）	斑艺 Spot art （0.64%）	多重叶艺 Multiple leaf art （5.15%）	矮种 Dwarf species （2.57%）	行龙 Xing long （1.93%）	水晶艺 Crystal art （1.29%）	叶蝶 Butterfly leaf （0.32%）	0.8179
瓣型 Petal type	竹叶瓣 Bamboo-like （42.44%）	奇花 Peculiar flower（19.94%）	水仙瓣 Narcissus-like （3.86%）	荷瓣 Lotus-like （19.61%）	梅瓣 Plum-like （14.15%）				1.4070
唇瓣斑点 Lip spot	有 Yes （76.85%）	无 None （23.15%）							0.5411

性状 Trait	赋值（频率） Assignment value（Frequency）								多样性指数（I） Diversity index
性状 Trait	1	2	3	4	5	6	7	8	多样性指数（I） Diversity index
萼片颜色 Sepal color	黄绿 Yellowish- green（82.32%）	复色 Multiple （4.50%）	黄 Yellow （1.61%）	粉红 Pink （4.82%）	紫红 Fuchsia （1.61%）	白 White （5.14%）			0.7315
花瓣颜色 Petal color	黄绿 Yellowish- green（70.09%）	黄 Yellow （11.25%）	复色 Multiple （3.86%）	粉红 Pink （5.47%）	紫红 Fuchsia （1.61%）	白 White （7.72%）			1.0435
唇瓣颜色 Lip color	黄绿 Yellowish- green（49.84%）	黄 Yellow （40.84%）	白 White （8.36%）	红 Red （0.64%）	紫红 Fuchsia （0.32%）				0.9712
叶艺 Leaf art	正常叶 Normal leaf （79.74%）	线艺 Thread art （8.36%）	斑艺 Spot art （0.64%）	多重叶艺 Multiple leaf art （5.15%）	矮种 Dwarf species （2.57%）	行龙 Xing long （1.93%）	水晶艺 Crystal art （1.29%）	叶蝶 Butterfly leaf （0.32%）	0.8179
瓣型 Petal type	竹叶瓣 Bamboo-like （42.44%）	奇花 Peculiar flower（19.94%）	水仙瓣 Narcissus-like （3.86%）	荷瓣 Lotus-like （19.61%）	梅瓣 Plum-like （14.15%）				1.4070
唇瓣斑点 Lip spot	有 Yes （76.85%）	无 None （23.15%）							0.5411

引物 Primer	N_a 等位基因数 Number of alleles	N_e 有效等位基因数 Number of effective alleles	H_o 观测杂合度 Observed heterozygosity	H_e 期望杂合度 Expected heterozygosity	I Shannon’s信息指数 Shannon’s information index
JL6	10	1.390	0.226	0.280	0.657
JL8	8	2.433	0.461	0.589	1.207
JL9	14	4.595	0.511	0.782	1.830
JL14	10	3.783	0.680	0.736	1.509
JL15	11	1.514	0.300	0.339	0.803
JL16	3	1.063	0.053	0.059	0.150
JL17	6	2.661	0.197	0.624	1.079
JL18	3	1.928	0.455	0.481	0.725
JL19	4	2.197	0.316	0.545	0.870
JL20	9	4.900	0.354	0.796	1.721
JL21	12	2.264	0.218	0.558	1.274
JL22	5	2.170	0.485	0.539	0.983
JL24	23	10.189	0.676	0.902	2.602
JL25	6	1.948	0.259	0.487	0.825
JL28	5	1.100	0.049	0.091	0.241
JL29	4	1.350	0.191	0.259	0.457
JL30	10	5.592	0.287	0.821	1.918
JL31	5	1.970	0.127	0.492	0.848
JL34	7	1.708	0.327	0.414	0.844
JL38	9	2.269	0.458	0.559	1.168
JL41	4	1.965	0.331	0.491	0.710
JL43	3	1.057	0.049	0.054	0.144
均值Average	7.773	2.729	0.319	0.496	1.026

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类群 Group	各类群种质数量 Number of germplasm in each group	种质数量（频率） Frequency of germplasm numbers
类群 Group	各类群种质数量 Number of germplasm in each group	Q < 0.6	0.6 ≤ Q < 0.8	0.8 ≤ Q < 0.9	Q ≥ 0.9
Ⅰ	82	2（2.4%）	9（11.0%）	11（13.4%）	60（73.2%）
Ⅱ	64	7（10.7%）	12（18.9%）	9（14.1%）	36（56.3%）
Ⅲ	165	16（9.7%）	26（15.8%）	24（14.5%）	99（60.0%）
合计Total	311	25（8.0%）	47（15.1%）	44（14.1%）	195（62.8%）

序号 Number	种质（瓣型） Germplasm（Petal type）	序号 Number	种质（瓣型） Germplasm（Petal type）	序号 Number	种质（瓣型） Germplasm（Petal type）
1	中国龙Zhongguolong （荷瓣Lotus-like）	18	桃腮素 Taosaisu （竹叶瓣 Bamboo-like）	35	越南四季 Yuenan Siji （竹叶瓣 Bamboo-like）
2	彩云荷 Caiyunhe （荷瓣Lotus-like）	19	日月潭之恋 Riyuetan Zhilian （竹叶瓣 Bamboo-like）	36	连城大荷素 Liancheng Dahesu （竹叶瓣 Bamboo-like）
3	云南下山 Yunnan Xiashan （竹叶瓣Bamboo-like）	20	素君荷 Sujunhe （荷瓣 Lotus-like）	37	观音素 Guanyinsu （竹叶瓣 Bamboo-like）
4	五岳奇蝶 Wuyue Qidie （奇花 Peculiar flower）	21	君临天下 Junlin Tianxia （荷瓣 Lotus-like）	38	翠衣仙子 Cuiyi Xianzi （水仙瓣 Narcissus-like）
5	四季华光蝶 Siji Huaguangdie （奇花 Peculiar flower）	22	黄金彩梅 Huangjin Caimei （梅瓣 Plum-like）	39	朝阳三星 Zhaoyang Sanxing （奇花 Peculiar flower）
6	龙凤大彩梅 Longfeng Dacaimei （梅瓣 Plum-like）	23	建兰水晶艺 Jianlan Shuijingyi （竹叶瓣 Bamboo-like）	40	蝴蝶王 Hudiewang （奇花 Peculiar flower）
7	下山素 Xiashansu （竹叶瓣 Bamboo-like）	24	大满贯 Damanguan （竹叶瓣 Bamboo-like）	41	建兰红芽 Jianlan Hongya （竹叶瓣 Bamboo-like）
8	大叶铁骨 Daye Tiegu （竹叶瓣 Bamboo-like）	25	四季罗汉 Siji Luohan （荷瓣 Lotus-like）	42	老种荷仙 Laozhong Hexian （水仙瓣 Narcissus-like）
9	银边大贡 Yinbian Dagong （竹叶瓣 Bamboo-like）	26	新君荷 Xinjunhe （荷瓣 Lotus-like）	43	四季红宋梅 Siji Hongsongmei （梅瓣 Plum-like）
10	泸州荷仙 Luzhou Hexian （水仙瓣 Narcissus-like）	27	立叶剑惠 Liye Jianhui （竹叶瓣 Bamboo-like）	44	翡翠梅 Feicuimei （梅瓣 Plum-like）
11	火凤凰 Huofenghuang （奇花 Peculiar flower）	28	蜘蛛瓣 Zhizhuban （奇花 Peculiar flower）	45	大青 Daqing （竹叶瓣 Bamboo-like）
12	复兴奇蝶 Fuxing Qidie （奇花 Peculiar flower）	29	海南鹅岭 Hainan Eling （竹叶瓣 Bamboo-like）	46	红猫蕊蝶 Hongmao Ruidie （奇花 Peculiar flower）
13	桂荷三星 Guihe Sanxing （荷瓣Lotus-like）	30	铁骨金龙 Tiegu Jinlong （竹叶瓣 Bamboo-like）	47	南靖下山 Nanjng Xiashan （竹叶瓣 Bamboo-like）
14	峨眉弦 Emeixian （竹叶瓣 Bamboo-like）	31	富士锦 Fushijin （竹叶瓣 Bamboo-like）	48	仙山红 Xianshanhong （荷瓣 Lotus-like）
15	福建永定 Fujian Yongding （竹叶瓣 Bamboo-like）	32	铁骨银针 Tiegu Yinzhen （竹叶瓣 Bamboo-like）	49	红顶荷 Hongdinghe （荷瓣 Lotus-like）
16	仁化大荷素 Renhua Dahesu （荷瓣 Lotus-like）	33	四季建兰 Siji Jianlan （竹叶瓣 Bamboo-like）	50	黄一品 Huangyipin （梅瓣 Plum-like）
17	桃园三结义 Taoyuan Sanjieyi （奇花 Peculiar flower）	34	四季素 Sijisu （竹叶瓣 Bamboo-like）	51	八宝奇珍 Babao Qizhen （竹叶瓣 Bamboo-like）

种质 Collection	种质数 Number of Collection	N_a	N_e	I	H_o	H_e
原有种质 Initial collection	311	7.773	2.729	1.026	0.319	0.496
核心种质 Core collection	51（16%）	7.773（100%）	3.551（130%）	1.268（124%）	0.360（113%）	0.573（116%）
保留种质 Reserve collection	260（84%）	5.955（77%）	2.585（95%）	0.951（93%）	0.308（97%）	0.476（96%）
t1		0.000	-0.962	-1.277	-0.793	-1.112
t2		1.409	1.164	1.687	0.942	1.365

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