紅薯收獲機的設(shè)計與仿真【含CAD圖紙、說明書、三維模型】

【溫馨提示】壓縮包內(nèi)含CAD圖有下方大圖片預(yù)覽，下拉即可直觀呈現(xiàn)眼前查看、盡收眼底縱觀。打包內(nèi)容里dwg后綴的文件為CAD圖，可編輯，無水印，高清圖，壓縮包內(nèi)文檔可直接點開預(yù)覽，需要原稿請自助充值下載，所見才能所得，請見壓縮包內(nèi)的文件及下方預(yù)覽，請細(xì)心查看有疑問可以咨詢QQ：11970985或197216396

利用微衛(wèi)星標(biāo)記鑒定烏干達(dá)紅薯（甘薯）種質(zhì)的遺傳多樣性 芭芭拉M. Zawedde?Marc Ghislain? Eric Magembe ? Geovani B. Amaro ? 麗貝卡格魯梅特?吉姆漢考克 收到日期：2014年4月7日/接受日期：2014年9月1日/網(wǎng)上發(fā)布：2014年9月17日 斯普林格科學(xué)+商業(yè)媒體Dordrecht 2014 摘要有關(guān)作物品種遺傳多樣性和結(jié)構(gòu)的知識可以幫助做出更好的保護(hù)決策，并指導(dǎo)作物改良工作。 利用微衛(wèi)星標(biāo)記進(jìn)行多樣性分析以評估烏干達(dá)甘薯的遺傳多樣性水平，并評估烏干達(dá)種質(zhì)與從肯尼亞，坦桑尼亞，加納，巴西和秘魯獲得的一些基因型之間的遺傳關(guān)系。 共有260個甘薯品種用93個微衛(wèi)星位點進(jìn)行鑒定。 烏干達(dá)收藏展示不同的地方品種，以及從不同農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)獲得的基因型之間的遺傳多樣性水平非常低（3％）。 東非基因型之間觀察到的遺傳多樣性水平很低（6％）; 然而來自各種來源的收集物中存在獨特的等位基因。 成對比較遺傳分化表明烏干達(dá)種質(zhì)與坦桑尼亞，加納，巴西和秘魯?shù)钠贩N差異顯著（P <0.001）。 來自烏干達(dá)各個農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)和其他全球區(qū)域的人群中獨特的等位基因以及區(qū)域多樣性模式表明，應(yīng)該努力進(jìn)一步收集和更加深入地描述種質(zhì)。 關(guān)鍵詞表征á作物育種áIpomoea batatasá分子標(biāo)記áSSR 介紹 具有不同環(huán)境適應(yīng)能力的作物品種的種質(zhì)資源集合既是未來作物改良的基因來源，也是農(nóng)民的關(guān)鍵資源。 大多數(shù)重要全球糧食作物的遺傳多樣性水平最高的地區(qū)是南部，這里通常有起源的作物中心，而且由于長期選擇農(nóng)民而出現(xiàn)多樣性中心（糧農(nóng)組織 2008). 在東部非洲收獲的重量方面，甘薯Ipomoea batatas（L.）Lam。是第五重要的糧食作物（糧農(nóng)組織 2012）。 葡萄牙探險家于16世紀(jì)將紅薯從南美引入東非邊界（Zhang et al。 2004）。 在秘魯Chilca峽谷的洞穴中發(fā)現(xiàn)了最古老的甘薯遺跡，其歷史可追溯到8,000年前（Lebot 2010）。 然而，根據(jù)相關(guān)物種之間的形態(tài)關(guān)系，起源中心似乎位于墨西哥的尤卡坦半島和委內(nèi)瑞拉的奧里諾科河之間（奧斯汀 1977）。 在該地區(qū)也發(fā)現(xiàn)野生種Batatas，被認(rèn)為是公認(rèn)的祖先和栽培甘薯的野生親緣種（Andersson and de Vicente 2010）。 來自世界不同地區(qū)的種質(zhì)資源遺傳多樣性模式的評估導(dǎo)致了中國，東南亞，新幾內(nèi)亞和東非是次要的多樣性中心的建議（日元 1982; 奧斯汀 1983). 烏干達(dá)是撒哈拉以南非洲地區(qū)人均生產(chǎn)量最高的地區(qū)，種植了大量不同種類的甘薯品種。 2005年，全國甘薯項目收集了1300多個地方品種，這些品種使用形態(tài)學(xué)方法來確定遺傳多樣性水平，其中946個被發(fā)現(xiàn)是形態(tài)上不同的基因型（Yada et al。 2010a）。 這種高水平的多樣性主要歸因于甘薯的同種異體和六倍體性質(zhì)（Lebot 2010），以及農(nóng)民偏好的變化（Veasey et al。 2008）。 藤蔓繁殖的方法也通過保持栽培品種的多樣性間接起作用。 關(guān)于現(xiàn)有作物品種遺傳多樣性和結(jié)構(gòu)的知識可以有助于做出更好的保護(hù)決策，并有助于直接育種計劃。 作物多樣性的表征可以通過形態(tài)學(xué)和分子學(xué)工具來實現(xiàn)。 形態(tài)特征是評估多樣性的重要的第一步; 然而，僅依賴于形態(tài)學(xué)表征（包括低水平的多態(tài)性，低重復(fù)性，某些性狀的晚期表達(dá)）存在主要限制; 表型可塑性和平行進(jìn)化（Karuri et al。 2010; 亞達(dá)等人。 2010b）。 許多分子標(biāo)記包括隨機擴增的多形態(tài)DNA（RAPD），限制性片段長度 多態(tài)性（RFLP），擴增片段長度多態(tài)性（AFLP），微衛(wèi)星或簡單序列重復(fù)序列（SSR），單核苷酸多態(tài)性（SNPs）已經(jīng)被開發(fā)并被用于補充形態(tài)表征。 在作物中選擇任何特定的DNA標(biāo)記在很大程度上取決于研究的目的，可用的資源和技術(shù)技能（Otoo et al。 2009). 在甘薯研究中，許多分子標(biāo)記已被用于研究作物的遺傳多樣性，包括RAPD（Connolly et al。 1994; Gichuki等人 2003; 他等人。 2006），DNA擴增指紋圖譜（DAF）（He et al。 1995），AFLPs（Zhang et al。 2004，Elameen et al。 2008），簡單序列重復(fù)序列（ISSR）（Hu et al。 2003），微衛(wèi)星多態(tài)位點的選擇性擴增（SAMPL）（Tseng et al。 2002）和SSRs標(biāo)記（Gichuru et al。 2006; Veasey等人。 2008）和微衛(wèi)星或SSR（Jarret和Bowen 1994; 布特勒等人。 1999; 胡等人。 2004; 亞達(dá)等人。 2010b; Tumwegamire等人 2011). 甘薯是一種六倍體（2n = 6x = 90）作物，據(jù)信來自幾種野生物種之間的天然雜交（Lebot 2010）。 關(guān)于六倍體甘薯的產(chǎn)生有三種假設(shè)：多倍體（Kobayashi 1983; Shiotani和Kawase 1987, 1989）; allo-autopolyp-loidy（Schafleitner et al。 2010）和allopolyploidy（奧斯汀 1977; 西山 1971; Srisuwan等人 2006; 高等人。 2011）。 當(dāng)使用分子標(biāo)記進(jìn)行種質(zhì)鑒定時，甘薯的六倍體性質(zhì)和其基因組構(gòu)成的復(fù)雜性造成挑戰(zhàn)（Lebot 2010）。 然而，已經(jīng)證明SSR標(biāo)記在揭示與六倍體幾內(nèi)亞山藥Dioscorea rotundata Poir的形態(tài)表征非常相似的遺傳關(guān)系中是有用的。 （Mignouna et al。 2003）和紅薯中多態(tài)性的檢測（Veasey et al。 2008）。 已發(fā)現(xiàn)少量SSR標(biāo)記（低至10對引物）可有效追蹤群體間特定等位基因的移動（Lebot 2010），并區(qū)分人群中不同的個體（Yada et al。 2010b). 在烏干達(dá)，有兩項研究先前使用SSR標(biāo)記分析了烏干達(dá)甘薯種質(zhì)的遺傳多樣性。 一項研究集中于評估192個選定的優(yōu)良地方品種（高產(chǎn)，甘薯病毒病或鏈格孢病抗性或高干物質(zhì)含量），并得出結(jié)論，有190個不同的地方品種（Yada et al。 2010b）。 第二項研究使用同一系列的75個品種評估東非橙肉與白肉地方品種之間的遺傳關(guān)系，以及它們與來自中國，美國，巴布亞新幾內(nèi)亞和秘魯?shù)钠贩N之間的關(guān)系（Tumwegamire et al。 2011）。 他們發(fā)現(xiàn)，肯尼亞首先發(fā)展的橙色肉食類型與非非洲的橙色肉食類型不同，而東非的橙肉和白肉地方品種密切相關(guān)。 自1995年以來，國家育種計劃已經(jīng)發(fā)布了20個品種（Mwanga et al。 2011）。 大多數(shù)這些品種（Sowola和NASPOT1至11）是從18至24歲父母的雜交種的膨化種子中選擇的。 本研究的目的是利用SSR標(biāo)記來確定Ugan-s甘薯遺傳多樣性的結(jié)構(gòu)，以評估烏干達(dá)地方品種和釋放栽培品種之間的遺傳關(guān)系，并將其與來自其他地區(qū)的種質(zhì)相關(guān)聯(lián)世界。 這些信息可用于提出建議，以改進(jìn)并可能提高低成本甘薯多樣性的保護(hù)。 材料和方法植物材料 利用Namulonge國家作物資源研究所甘薯項目維護(hù)的收集數(shù)據(jù)庫，共選取了168個烏干達(dá)基因型，分為三類：對蟲害侵染的反應(yīng)（Muyinza et al。 2012）; 農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)（Yada et al。 2010a）; 和品種分類（Mwanga et al。 2011）。 從烏干達(dá)的五大紅薯種植農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)選取土地：北部地區(qū); 東部地區(qū); 中央?yún)^(qū)域; 西部地區(qū); 和南部地區(qū)。 為了確定它們與來自世界其他地區(qū)的基因型之間的遺傳關(guān)系，將烏干達(dá)基因型與來自其他甘薯種植的非洲國家，巴西和秘魯?shù)幕蛐瓦M(jìn)行比較。 從三個不同的polycross-es的膨大種子中選擇改良的栽培種，每個種子包含18到24個親本（Mwanga et al。 2003, 2009, 2011）。 種植材料的選定栽培種在篩房中生長2個月，將幼葉立即置于冰上并儲存在-80℃直到DNA提取。 DNA提取和簡單序列重復(fù)（SSR）擴增 使用改進(jìn)的CTAB方法從200mg冷凍葉組織中分離基因組DNA（Doyle和Doyle， 1990），根據(jù)（Yada et al。 2010b）。 定量總共308個DNA樣品，稀釋至20ng /μl，并準(zhǔn)備用于聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）擴增。 在之前的甘薯研究中使用的31標(biāo)記的SSR引物對（Karuri et al。 2010; 亞達(dá)等人。 2010b; Tumwegamire等人 2011）進(jìn)行DNA擴增測試，并且僅有19個SSR標(biāo)記（表1 1）被選中并用于本研究。 其他SSR標(biāo)記由于非特異性擴增或單形性而被拒絕。 總反應(yīng)體積為10μl，其中含有11μl10X PCR緩沖液（10mM Tris-HCl pH 9.0,30mM KCl，1.5mM MgCl2），0.1μl凍干的5U /μlTaq DNA聚合酶，0.2μl10mM dNTP，0.5μl10μl引物，2.5μl20ng /μlDNA模板和5.7μl雙蒸水用于PCR。 PCR程序設(shè)置如下：94 LC 3分鐘進(jìn)行初始變性，然后進(jìn)行35個循環(huán)，每個循環(huán)包括94℃變性30秒，對于每個引物對在指定溫度下退火（表 1）并在72LC下聚合30秒，然后在72LC下最終延伸20分鐘。 針對每種DNA樣品制備擴增的PCR產(chǎn)物，并使用ABI 3730毛細(xì)管測序儀（Applied Biosystems）進(jìn)行片段分析。 等位基因評分和數(shù)據(jù)分析 使用Genemapper v3.7軟件（Applied Biosystems）進(jìn)行峰檢測和片段大小估計。 AlleloBin軟件（Prasanth et al。 1997）被用于校正在PCR期間由于DNA聚合酶滑移導(dǎo)致的得分等位基因中的任何錯誤（Schlotterer和Tautz 1992）。 使用以前用于描述多倍體多樣性的兩種數(shù)據(jù)編碼方法進(jìn)行分析（Esselink et al。 2004; 約根森等人 2008; Kloda等人 2008; Garc?'a-Verdugo等人。 2009; 桑普森和拜恩 2012）。 首先，使用ALS-Binary軟件（Prasanth和Chandra）將多位點數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為每個個體存在/不存在等位基因的二進(jìn)制陣列 1997). 名稱 染料 主題 TAa 參考 IB-S07 6-FAM （TGTC）7 60 Benavides（unp。）b IB-R03 寵物 （GCG）5 58 Benavides（unp。） IB-16 VIC （GATA）4 59 Benavides（unp。） IB-13 NED （TTC）6 58 Benavides（unp。） J10A 寵物 （AAG）6 TD（57-62）Solis等人 （UNP。）c J175 VIC （AATC）4 TD（57-62）Solis等人 （UNP）。 IBCIP-9 6-FAM （CCA）2AC（ACC）6 TD（50-60） Yan?ez（2002) IBCIP-13 NED （GTC）2 TD（57-62） Yan?ez（2002) IB-R19 寵物 （CAG）5B TD（57-62） Benavides（unp。） BU691984 6-FAM （TGG）6 TD（57-62）Hu et al。 （2004) JB1809 VIC （CCT）6（CCG）6 TD（50-60）Solis等人 （UNP）。 IBSSR09 NED （GAA）5（GAG）3 TD（57-62）Hu et al。 （2004) IB-R08 寵物 （T3A）4 TD（50-60） Benavides 續(xù)表 名稱 染料 主題 TAa 參考 BU690708 6-FAM （CCG）5 TD（57-62）Hu et al。 （2004) 1B-S18 6-FAM （TAGC）4 TD（57-62） Benavides（unp。） IBCIP-1 6-FAM （ACC）7a中 TD（57-62） Yan?ez（2002) IBSSR07 寵物 （CT）7A（TC）4 TD（57-62）Hu et al。 （2004) IB-12 NED （CAG）5A TD（57-62） Benavides（unp。） 其次，MAC-PR（微衛(wèi)星DNA等位基因計數(shù)峰比）法（Esselink et al。 2004）被用來獲得每個多倍體個體的16個標(biāo)記的等位基因劑量。 MAC-PR方法利用GeneMapper軟件提供的峰值區(qū)域的定量值。 對于每個基因座，所有等位基因在成對組合中進(jìn)行分析以確定其在各個樣品中的拷貝數(shù)。 這是通過計算兩個等位基因一起發(fā)生的所有樣品中兩個等位基因的峰面積之間的比率來完成的。 獲得具有六種不同等位基因或三種不同等位基因的個體為分別計算單和雙拷貝劑量提供了基線。 二進(jìn)制數(shù)據(jù)被用來確定多態(tài)信息內(nèi)容（PIC），這是衡量每個標(biāo)記在區(qū)分由Weir制定的個體之間的有用性的度量（1996）為每個群體的遺傳多樣性包括多態(tài)位點數(shù)（P），多態(tài)還使用GenAlEx版本6.4進(jìn)行分子方差分析（AMOVA）以估計種群內(nèi)和種群間多樣性的總方差和分布。 還使用GenAlEx軟件計算了賴特的F統(tǒng)計量（FST，固定指數(shù)），以估計可由群體結(jié)構(gòu)解釋的遺傳變異量（Holsinger和Bruce 2009). 其中HI是亞群內(nèi)每個個體觀察到的平均雜合度，HT是隨機交配總?cè)后w中的期望雜合性。 FST的范圍可以從0.0（無分化）到1.0（完全分化，即固定用于不同等位基因的亞群）。 使用DARwin第5版（Perrier和Jacquemoud-Collet）評估種群間的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系 2006）。 用Jaccard's從二進(jìn)制數(shù)據(jù)構(gòu)造相似性矩陣系數(shù)（Jaccard 1908）。 Jaccard系數(shù)= NAB/（NaΔNb），其中NAB是兩個個體a和b共享的等位基因數(shù)，Na樣本a和Nb是樣本b中等位基因的總數(shù)。 通過基于單體型頻率計算通常的歐幾里德距離矩陣來獲得種群之間的遺傳距離。 從該矩陣中，使用來自Saitou和Nei的相鄰連接方法（NJ）構(gòu)建樹狀圖1987）。 每個節(jié)點的重要性通過引導(dǎo)原始矩陣的5,000個重復(fù)位點上的數(shù)據(jù)來評估。 我們使用未加權(quán)的配對組方法分析（UPGMA）檢查了個體之間的分層遺傳變異，如Sneath和Sokal（1973). 使用STRUCTURE版本2.3.3檢查個體和群體的聚類模式（Pritchard et al。 2000），據(jù)報道它具有生成種群結(jié)構(gòu)的能力（Prit-chard et al。 2009）。 使用每個個體的等位基因劑量（MAC-PR）數(shù)據(jù)，將個體概率地分配給基因簇（K）。 STRUCTURE程序運行時沒有使用混合祖先模型的人口結(jié)構(gòu)的先驗假設(shè)，并且推薦的隱性等位基因方法和等位基因頻率相關(guān)。 該分析用于確定是否可以在取樣的植物中確定生物相關(guān)簇，并建立起源于每個簇的個體基因組（Q）的比例。 對于所有的分析，馬爾科夫鏈蒙特卡羅（MCMC）參數(shù)被設(shè)置為50000次的老化時間，其中50,000次迭代。 使用Evanno等人描述的方法，對于每個K值（K設(shè)定為10），從20次重復(fù)運行確定指示數(shù)據(jù)中真實簇數(shù)量的最佳K值。 （2005）和特定數(shù)量增量K，其基于連續(xù)K值之間的數(shù)據(jù)的對數(shù)概率的變化率。 Evanno等人的方法的參數(shù) （2005）使用結(jié)構(gòu)收割機版本0.6.92（Earl和vonHoldt）計算 2012）。 不同運行之間的相似性通過Jakobsson和Rosenberg（2007）在他們的計算機程序CLUMPP 1.1.2中使用。 該方法計算相似系數(shù)h0，它可以評估程序STRUCTURE的各個運行的相似性。 使用計算機程序CLUMPP 1.1.2（Jakobsson和Jakob）確定了20個重復(fù)K值的最佳比對 許多這些群集與地方性。 值得注意的是（6/10）改良品種與肯尼亞品種卡卡梅加（Kakamega）組合在一起，該品種故意包含在本分析中，因為它是許多這些改良品種的已知母本。 基因型之間的遺傳關(guān)系 來自烏干達(dá)的農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)和從其他東非國家收集的品種 分子方差分析（AMOVA）表明，只有6％的遺傳變異是由不同來源解釋的 3）。 分析十六個微衛(wèi)星在來自八個預(yù)定義群體的228-甘薯基因型中總共產(chǎn)生了93個推測位點（表 4）。 在每個群體中觀察到平均70個多態(tài)性位點。 遺傳多樣性水平各不相同在不同的人群中。 烏干達(dá)大部分地區(qū)的人群中只有少數(shù)獨特的等位基因（1-4），除了西南地區(qū)，沒有。 坦桑尼亞栽培品種也有少數(shù)獨特的等位基因（4），但雜合度最高（D）。 總體而言，收集的樣品的雜合度（D）水平較低。 來自坦桑尼亞的栽培種與烏干達(dá)和肯尼亞的種群之間的顯著差異清楚地顯示在遺傳距離矩陣中（圖1）。. 烏干達(dá)基因型與從其他地區(qū)采集的品種之間的遺傳關(guān)系 分子方差分析（AMOVA）表明，只有24％的遺傳變異是由國家之間的差異來解釋的（表1 5）。 國家間遺傳分化的成對比較表明烏干達(dá)的種質(zhì)為與巴西，秘魯和加納的基因型差異顯著（P <0.001） 6）。 Jaccard的相似系數(shù)范圍從0.0到0.95，平均值為0.56。 超過70％的成對相似系數(shù)在0.50和0.63之間。 DARwin軟件產(chǎn)生的樹狀圖顯示了三個簇（圖1）。 2）。 為了有效地可視化結(jié)果，從完整樹中修剪樹狀圖以僅顯示引導(dǎo)值大于60的基因型之間的聚類。該修剪樹顯示與完整樹類似的廣泛聚類模式（數(shù)據(jù)未顯示）。 在A組中發(fā)現(xiàn)了來自美國的東非種質(zhì)和品種，巴西和秘魯?shù)拇蠖鄶?shù)品種在B簇中，而大部分加納品種在C簇中發(fā)現(xiàn)。 貝葉斯模型的結(jié)構(gòu)（Pritchard et al。 2000）將個體分配給兩個主要的遺傳聚類，因為在K = 2處觀察到最高的Delta K。所有個體似乎在其基因組中具有兩個聚類的組分; 然而，烏干達(dá)和肯尼亞品種的基因組來源于K1群，巴西，加納和秘魯?shù)谋壤浅８叩膩碓从诖豄2的基因組，而坦桑尼亞栽培品種由兩個簇的混合物組成（圖1）。 結(jié)論 總的來說，紅薯具有高水平的遺傳多樣性。 然而，來自烏干達(dá)各農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)和其他全球區(qū)域的人群中獨特的等位基因以及區(qū)域多樣性模式的存在表明了更深入地收集和表征種質(zhì)的價值。 微衛(wèi)星標(biāo)記數(shù)據(jù)的使用對于更好地選擇需要保存的東西以增加非洲地區(qū)的遺傳多樣性和代表品種特別有用。 這些基因型需要納入國家基因庫的收集品中，并設(shè)法確保其長期保存。 最后，東非紅薯種質(zhì)的起源似乎并非嚴(yán)格來自巴西的單一來源，而是來自多個來源的連續(xù)引入。 致謝我們非常感謝Norman E. Borlaug農(nóng)業(yè)領(lǐng)導(dǎo)力提升計劃（LEAP）資助此項研究。 我們衷心感謝坦桑尼亞Mikocheni農(nóng)業(yè)研究??所的Joseph Nduguru博士和Luambano Nessie博士向我們提供來自坦桑尼亞的樣品。 我們還感謝烏干達(dá)國家作物資源研究所的生物科學(xué)設(shè)施的Francis Osingada和Jimmy Akono，生物科學(xué)東部和中部非洲（BACA）的Bramwel Wanjala中心以及國際家畜研究所CIP-Office的Maggie Mwathi?？夏醽唭?nèi)羅畢提供的技術(shù)援助來進(jìn)行研究。