土耳其古代小麦地方品种的分子和农业形态特征

背景

土耳其是许多作物物种的重要基因中心之一。在本研究中，一些古老的小麦，如四倍体小麦、二倍体小麦和六倍体小麦(小麦ssp。leucospermumKorn。）主要适应土耳其东部安应冬季条件的地位，以农业形态和分子水平为特征。来自Kastamonu，Konya和Kayseri省份和来自卡尔斯省的普通小麦人口的50名耐心小麦人口来自火鸡的Kars省份是在2013年进行表征的原位。每种人口的一些定量和定性特征都被确定。

结果

在形态水平上，将哈萨克斯坦省23个脱壳小麦群体分为9个二粒小麦和14个单粒小麦。Konya、Kayseri和Kars群体分别为单粒小麦、二粒小麦和tir小麦。在评价性状中，果皮小麦的蛋白质含量显著高于注册品种。利用荧光标记的11个多态SSRs引物进行分子水平检测。引物显示104条条带，范围为6 ~ 16条，平均每个位点9.45条。聚类分析将种质分为两个聚类，根据遗传相似系数又分为两个亚聚类。通过对65个群体的5个检测，估计等位基因数(N)、期望和观察的杂合子(He和Ho)、多态性信息含量(PIC)、Wright固定指数(F)、Hardy-Weinberg期望的遗传偏差(合身-FIS.）和遗传变异（置）测定为9.45,0.71,0.07,0.67,0.90,0.39,0.87和0.39。特别是在人口中观察到来自Hardy - Weinberg期望的明确遗传偏差。这些结果表明，体力相比，在人口中显示出相当大的遗传变异。

结论

这些分子信息表明，在土耳其和国外，单粒小麦、二粒小麦和tir小麦群体的遗传多样性可以作为进一步育种研究的亲本。此外，分子分析也普遍将种质划分为倍性水平。

去壳小麦是最早被驯化的作物品种。两种带壳小麦，如单粒小麦(t . monoccocumvar。monoccocum）emmer小麦（T. Dicoccum.L.）谷物首先在Cayonu挖掘中发现返回6500-7000 B.C.在土耳其 [1］．这清楚地表明，土耳其对培养这两种耐心小麦物种具有巨大的体验。它们也是栽培（面包和杜兰姆）和野麦麦梁之间的桥梁种类。他们的尖刺并不脆弱，但他们被忍受了。如今，einkorn和emmer小麦人群的混合主要在土耳其几个省的农村种植，如Çankırı，卡尔斯·卡斯兰，凯瑟和辛沃斯。蒂拉姆（小麦ssp。leucospermumKorn。）也是独特的面包小麦样厂，特别是在包括Kars Province的湖泊盆地的恶劣冬季条件下的种植[2］．由于他们的人口习惯，他们对许多农艺性状有很大的变化，并且对某些叶片疾病的抗性甚至足够的抗性[3.那4.］．居住在Van湖盆地偏远地区的农民，特别是在卡尔斯省，种植着带壳小麦和小麦的混合作物，因此当地农民通常称之为带壳小麦，它们既是人类的食物，也是动物的饲料来源。

由于其低产量水平，在1960年之前，世界造成覆盖的小麦以及土耳其的培养显着下降，但在20世纪90年代之后，除了与之相关的耐心小麦的健康特征外，它在自然和有机产品的利益方面增加了耐高淀粉含量[5.那6.］．此外，对多样性和食物质量的提高认识和需求越来越大，对有机农民而言对有机农民变得更加重要[7.］．除此之外，还具有较高营养价值和适合加工的区域产品的各种区域产品导致不同的研究[8.］．

有效利用植物遗传资源属于靶向种质的鉴定鉴定靶细菌的疟疾和基因蛋白变异。遗传多样性的测定可能导致有效利用种质，特别是植物育种研究。基于分子标记的多样性研究与环境因素无关，可以通过使用少量DNA来估算[9.］．分子多样性研究评估各种遗传结构与物种复合组分之间的关​​系到特定基因型的起源[10］．为此，利用ISSR、AFLP、SSR和RAPD等不同的标记系统对包括小麦在内的不同谷类种质进行了鉴定。简单序列重复(SSRs，又称微卫星)是一种多态标记，它是一种短且随机重复的DNA序列，主要存在于真核生物基因组中[11］．土耳其去皮小麦，如单粒小麦、二粒小麦和小麦形态学的研究很少[3.那4.那12那13]及分子水平[14］．在这项研究中，我们研究了从农场保守省的麦克风，埃默默和蒂拉麦人口古代小麦种群的农业形态学和分子特征，包括普通栽培的杜伦姆和面包小麦品种，以发现人口遗传多样性和关系被用作进一步育种计划的父母。

植物材料

完全，来自Kastamonu（23），Konya（16）和Kayseri（11）和来自卡尔斯省土耳其的50名蒂拉麦人口的50名耐用的小麦种群是原地收集的。辅助，四个杜兰姆（杜鲁姆L.）品种，（Saricanak，C-1252，Y.人口和Kiziltan）和一个面包小麦（T. Aestivum.L.）栽培品种，伴有对照组和实验室实验中的控制。

现场实验，观察和数据分析

2013年4月2日，土耳其凯塞里Erciyes大学研究农场共种植了70个小麦基因型。每一种作物种植成两行，两米长，行距35厘米[15］．每条入口的10克种子是在5厘米的春季种植的春季，普通农艺实践应用于雨量条件下的小麦种质培养。4月的平均温度最低（13.0°C），7月份最高（23.4°C），总季节性降水量为90.8毫米。生长季节的平均温度值高出3°C，而不是长期条件，雨量少70.2毫米。为了减少培养期间严重干旱的负面影响，常规灌溉种质。实验区的土壤纹理具有肉质砂质，略微碱性反应和沉迷。通过采用五种随机单曲，测量诸如植物高度，植物产量，植物产量，前线时间，成熟时间，1000个粒重和蛋白质比和定性特征，例如毛眼，蜡质，生长栖息地和麦满，每种人群被测量。植物 [16］．为Minitab统计软件的每个条目计算了基本统计参数，均值和标准偏差。

DNA提取和SSR扩增

从所有基因型的幼叶中收获，并使用CTAB法进行DNA分离。17］．为了鉴定古代小麦的多晶型SSR基因座，扩增了12个壳体小麦群的DNA，用24个SSR引物扩增[18那19那20.］．PCR技术进行15μl卷包含:7.8μl dH2O 1μl底漆(0.6毫米),1.5μl 10 x PCR缓冲(750毫米Tris-HCI pH值8.8,200毫米(NH4) 2 so4 1.5μl MgCl2(25毫米),1.5μl核苷酸,0.2μl Taq DNA聚合酶(5 U /μl)已经1.5μl DNA(约20 ng /μl)。初始筛选的放大在一个热循环器中进行，程序如下:1个95°C/4 min变性循环，35个放大循环(94°C/1 min, 58°C/2 min和72°C/2 min)， 1个72°C/7 min终延伸循环。产物在2%琼脂糖凝胶上分离，用溴化乙酯染色，在紫外光下拍照，可见多态性。初筛中出现多态性的位点，11对正向引物，“Xgwm135, Xgwm312, Xgwm251, Xgwm149, Xgwm372, Xgwm493, WMC216, Xbarc180 [18]，WMC170，WMC177 [19]和dupw167 [20.用FAM、PED、VIC和NED进行荧光标记，并使用与初筛相同的PCR条件扩增70个基因型。四种引物各取1 μl标记产物与蒸馏水结合，最终体积为200 μl。从4个引物中分离得到的1 μl片段，装入ABI 3500毛细管电泳仪进行片段分析。

标记评分和数据分析

利用11对多态SSR引物的等位基因大小测定了70个小麦群体的分子特征和遗传多样性。计算每个微卫星位点的多态性信息含量(PIC)和固定指数(F = 1-Ho/He)。此外,合身那FIS.和置计算11个SSR标记的Wright的F统计数据[21那22］．合身和FIS.分别为地方品种内和地方品种间哈迪-温伯格期望的遗传偏差。当合身和FIS.是0，Landraces在Hardy-Weinberg均衡。置从0到1的范围内，是体重符中基因分化的估计[23］．置如果存在体重标签中没有遗传变异，则为0。

人口结构和多样性分析

使用分子数据进行小麦等离子反应之间的多样性分析。为了检查遗传关系，基于MEGA软件的​​最大复合似然距离（7.0.14版本）来执行具有算术平均值（UPGMA）的未加权对组方法（7.0.14版）[24］．我们还进行了主坐标分析(PCoA)作为另一种方法来描述遗传多样性的材料。遗传资料的PCoA使用PAST软件(3.14版)进行。另一方面，利用贝叶斯方法对古小麦种群进行种群结构分析，利用structure软件生成基于模型的聚类。将基因型数据上传到STRUCTURE软件，确定模拟参数。为了检测K的最佳值，从1到10连续运行K。对于每个K，进行10次独立跑。数据来自于100.000个马尔可夫链蒙特卡罗(MCMC)复制，初始10.000个复制被丢弃为老化复制[25]结构收割机（版本0.6.93）[26，表示最优聚类数“K”。Structure Harvester允许结构输出的可视化，以推断基于下述方法的集群数量[27以及用户手册中埃万诺的方法[25］．

表型鉴定和变异

考虑到在收获期间和收获期间收集的植物，尖峰和谷物数据，以确定真实鉴定，在形态学水平上检查所有种质。所有来自卡尔斯省收集的小麦种群都赤裸裸的谷物，他们被确定为蒂拉姆，而来自Konya和Kayseri Provines收集的人群分别覆盖了谷物“Einkorn是emmer小麦”。然而，从卡斯坦村省收集的23种被覆盖的小麦种群被区别为九个艾梅麦和14名einkorn。平均植物高度，每穗，植物产量，标题和成熟时间，3000粒重量和Kastamonu，Konya，Kayseri和Kars人群的粒度，植物产量，蛋白质比例的数量均显示在表格中1．此外，表中还给出了毛、蜡质、生长习性、谷壳等性状2．检查栽培品种植物高度和成熟时间较短，但植物产量较高，与由于长期育种研究导致不同倍性水平的所有古代小麦地区相比（表1)．然而，与对照品种相比，二倍体和四倍体皮小麦，如主要来自Konya和Kastamonu的单粒小麦，来自Kayseri和Kastamonu的二粒小麦和tir小麦的株高和成熟期更长，但单株产量更低(见表)1)．就蛋白质比例而言，与检查品种相比） （桌子1)．采自Kayseri (42.81 g)和Kastamonu (41.60 g)的二粒小麦产量比所有小麦的1000粒重都高(见表)1)．植株产量与倍性水平之间有明显的关系，即植株产量越高，倍性水平越高(表)1)．

除了数量上的变异外，质量上的变异也足以区分古小麦和对照品种。Kastamonu和Konya的一粒小麦和Kayseri和Kastamonu的二粒小麦在谷壳、毛和蜡度方面与对照品种完全不同(见表)2)．然而，来自Kastamonu和Konya省份的Einkorn样本也在毛羽和蜡质方面进行了区分（表2)．此外，一粒小麦自然具有匍匐惯质，而二粒小麦自然具有直立惯质，但也有一些混合惯质，特别是在卡斯塔摩奴省，那里的农民历史上一直共同种植这两种小麦(见表)2)．

遗传变异的测量

从不同连杆基团（LG）的11个标记的SSR引物获得的数据用于分子表征和估计在表中总结的基本群体遗传参数3.．通过对70个小麦群体和对照品种的筛选，共检测到11个SSR位点的104个等位基因。每个位点的等位基因数为6 ~ 16，平均为9.45。基因座WMC177 (NA)获得的等位基因数量最多，而Xgwm135和Xgwm312产生的等位基因数量最少(见表)3.)．PIC值作为各位点遗传多样性的指标[28]在0.50和0.86之间变为0.67的平均值。最高的PIC值由轨迹WMC177产生，而PICUS XGWM312产生的最低PIC值。根据 [29[分别在WMC177（0.50）基因座和XGWM312（0.98）中观察到最高水平的遗传多样性和最低遗传多样性的遗传多样性。基于PIC值的遗传多样性的大势为0.67。Wright的固定索引（f）估计近距离繁殖系数为0.69的XGWM135至1，对于XGWM372，平均值为0.9。如果只有其f值达到1 [），Landraces被认为是杂合子[21那22］．的合身那FIS.和置也称为赖特统计参数，计算出通过Popgene32软件分析遗传结构。意思FIS.为0.87，从0.32（XGWM135）到1（XGWM372），和合身平均值为0.39，在相应的基因座和0.22至0.79置平均值为0.39，从0.23（xgwm251，xbarc180，xgwm251和xgwm493）不同0.80（xgwm312）（表3.)．Xgwm312居群间遗传变异最高，为0.80。

小麦等分中的遗传关系

获得的遗传距离[29]基质用于构建树枝图（图。1)．70种附加分为主要两组，这些组分别被命名为组和B组。两组也被分成了两个子组。群组由多数二倍体组成T. Monococcum.和四倍体T. Dicoccum.人口和杜鲁姆对照品种，而B组完全解释了六倍体小麦(图。1)．然而，六倍体小麦品种Dogankent与来自Kastamonu的四倍体二聚体群体(图。1)．在emmer小麦（Kayseri2-kayseri5-kayseri11）和e_Antamonu23-Konya16）中观察到最高的最大相似性分别观察到。群体彼此中最截然不同的是A2组和Kastamonu1和Kastamonu21-Konya1的Kayseri2-kayseri7和Kastamonu 14-Kastamonu4在A1组中（图。1)．此外，B组仅由来自卡尔斯省的六倍体样品(tir小麦)组成。根据分子数据，该主聚类中的小麦也被划分为两个亚聚类，但在形态水平上无法区分。除此之外，SSR数据还成功地区分了喀斯特木奴省的混合二倍体(单粒小麦)和四倍体(二粒小麦)样品，只有一个例外(喀斯特木奴11)(图。1)．有趣的是，所有Tetraplois检查品种由子群A2下的子分组组成。

人口遗传结构和PCOA分析

在这项研究中，还在65名古代小麦和五个注册品种中检测人口遗传结构。使用所有70种附加和10个独立的结构进行该分析，每个k值（假设次级的子步骤）从1到10中的一个独立运行。对于每个k值，所以显示数据最高概率的运行被认为是结构输出数据．然后，将这些数据加载到结构收割机上，结果表明，最佳的k = 6暗示小麦基因库中存在六个主要组的存在。另一方面，在曲线图中可视化聚类图案以证明群体结构（图。2)．分析表明，从土耳其采集的居群和对照品种可分为6个不同的亚居群。

结构程序假定具有高于0.80的隶属系数的个体被认为是纯粹的，并且隶属于0.79的隶属系数被认为是杂种。鉴定了总共55个以上的载体，以上占人口成员系数。使用隶属系数，将24个等分分配到最大的子Puppop5（Q5）中，用Einkorn（t . monoccocum）大多是来自Kastamonu和Konya的accessions。六倍体TIR小麦（小麦ssp。leucospermum）除了Kars11和Kars14以及分别位于诸如Q3和Q4的不同亚步骤中的注册六倍体积组合物之外，Qar11和Kars14的Q1和Q6的access2)．亚贫民Q3主要包括从凯塞里省收集的加入和尤其是Konya14和Kars11。注册的品种分为亚泊素Q4（图。2)．为了测量群体之间的距离和进一步评估人口结构，计算了亚群成对的净核苷酸距离（表4.)．

对亚居群之间的距离为0.0303 (Q2 - Q4)至0.128 (Q1 - Q3)。当K = 4时，根据采集区域，主要将资源划分为4个亚居群(图4)。2)．基于它们的多倍体水平，例如分别是二倍体，四倍体和六倍倍体，分别的多倍体水平来实现小麦涂抹的分离（图。2)．

作为揭示遗传多样性的另一种方法，PCoA分析还将70个古小麦加入品种和对照品种划分为6个主要群体，这与STRUCTURE的结果一致(图2)。3.)．在PCoA图上，从同一区域收集的大多数种群更紧密地分组。Q5的品种基本上分布在地块的左上方，而Q3的品种分布在地块的右侧。在坐标系统上，植物属于Q2和Q3亚居群，呈分散分布。古小麦5个种质(konya5、kars9、kars2、kars12和konya2)与其他5个种质距离较远。Q4范围内地方品种与注册品种的遗传距离较远，表明地方品种的遗传多样性较高。

表型变异

麦片地质和古代小麦，如Einkorn，Emmer和Tir小麦是一种独特的种质，可以适应不利的条件，同时它们是疾病和害虫抗性的良好源，合理的植物营养素。在我们的田间实验中，现代品种与古代小麦之间的植物高度，成熟时间和粮食产量有明显的差异。特别是古代小麦和体重体的特征在于植物高度，后来成熟度和较低的谷物产量与现代检查品种相比。由于所有现代检查都有半侏儒基因，它们已经适应营养丰富的条件，导致谷物产量和最佳成熟时间。我们的观察结果完全妥协了[30.那31那32］．此外，Einkorn和Emmer小麦的蛋白质含量优于现代品种。这可以解释一下，不仅有一些农艺上的重要特征，而且还有几个重要的特征，而且还在现代品种的术语育种期间减少的谷物质量特征[32那33］．然而，剥壳小麦是许多农艺性状的非凡基因来源，包括在野生二粒小麦中发现的高蛋白质含量[34］．现代栽培品种失去了一些情况，如叶子和茎和叶片上的毛毛，这在选择过程中可以有助于基因型的耐旱性。我们观察到，与现代小麦相比，与现代小麦相比，几乎所有耐用的小麦和蒂拉麦人群都与[32］．

基因型变异和群体遗传学参数

利用11个SSR标记对70份小麦材料进行片段分析，共获得104个等位基因，可用于分析群体间和群体内的遗传变异。等位基因信息数据包括N、He、Ho、PIC、F和置单独计算所有换乘（表3.)．PIC值，它确保有关标记区分能力的信息[35]的变化范围为0.5 (Xgwm312) ~ 0.86 (WMC177)，平均值为0.67。这一平均PIC值高于印度二粒小麦的报告值[36]，埃塞俄比亚emmer landraces [37]及意大利二粒小麦品种[38，但低于[报告的值0.6839]对于283个小麦种畜。每个基因座的等位基因数量从6（XGWM135和XGWM312）到16（WMC177）.WE观察到每个基因座的平均等位基因数为9.这个平均值低于野生遗迹每位基因座的18个等位基因数的平均值emmer小麦种群报告了[40］．这可以归因于从以色列收集的野生emmer小麦的狂野性质。但是，这高于平均等位基因数，5.2在30个用17个SSR标记检测到的30个拼写的小麦牧草中，[41那42[报道，每位基因座的平均等位基因数为18.1，其在998名中的24个SSR标记中测定T. Aestivum.．在上次报告中，这种高度的杂合子比较我们的结果可以通过高度多样化和大量的面包小麦样力加入来解释全世界的大量和大量的杂种。

本实验中的所有小麦种植的平均值为0.71（0.59-0.87）。根据以前的研究，他的价值为0.650（0.211-0.899），适用于欧亚面包小麦品种[43];西伯利亚普通春小麦0.70 (0.46-0.82)[44]和0.56(0.18-0.80)的中国小麦基因库[45］．从11份SSR引物的特征特征来看，等位基因数少的位点He值较低，等位基因数多的位点He值较高。这些结果与[46］．

意思置值为0.39，在本研究中从0.23变化到0.80。数据解释了39%的变异来自种群间，而61%的变异来自种群内，这高于[报告的硬粒小麦地方品种(0.25)和芥菜地方品种(0.12)。31那47]， 分别。芥末是一种开放的授粉作物物种，因此与自我授粉的古代小麦相比，人群内部有更多的变化[22那47］．此外，利用三种不同倍性水平的小麦与硬粒小麦地方品种比较[31在本研究中古代小麦人口种类中导致更多的变异。

遗传关系和种群结构

群体结构是分析遗传结构最方便的组成部分，也是进一步关联研究的关键步骤[48］．利用基于模型的方法对SSR进行聚类分析，结果显示所有的种质都分为两个主要的聚类，这两个聚类又与结构分析的结果相一致(图2)。1)．主要聚类A-A由57个主要是二倍体和四倍体小麦索取，可以进一步聚集成四个亚组，主要的簇-B组成，其中包含13个六倍倍细TIR小麦涂层，其进一步聚集成两个亚组。这表明SSR的有效性主要将作物物种区分倍增性水平。此外，B组中的两个子组可以是TIR小麦卡索中不同亚种的第一个线索，因此需要进一步研究来澄清这个问题。关于鉴定亚种的最新研究Juniperus thurifera由(l .49]与此结果一致。在这项研究中，人口结构将古代小麦基因型分为六个亚群，使用根据[的结构软件的ΔK值25］．最大的群体包括24个主要源于Kastamonu和Konya省份。最小的亚群由从凯尔斯获得的5个TIR小麦涂层组成。当考虑到0.60的隶属概率阈值时，通过结构到Q2,13至Q3,14至Q4和8至Q6聚集6种附加的附加物（图。2)．此外，主坐标分析表明，将70种载体分成与结构组成的结果一致的六个主要组（图。3.)．从UPGMA集群和结构获得的类似结果分析了验证的人口结构和遗传多样性评估。人口结构也支持PCOA中70种古代小麦牧场的分布，以及树木图。此外，可以从这项研究中提出，群体结构也与古代小麦种质的地理来源相关。通过[50.报告指出野生二齿鲨有两个主要的地理群(t . dicoccoides）因此，他们建议驯化Tetraploid Hulled小麦最可能发生在土耳其卡拉卡加地区。

干旱条件下的田间试验表明，单粒小麦和二粒小麦群体具有株高长、千粒重和蛋白质比大、叶毛蜡质、茎干等性状，可作为遗传源，开发更耐旱的新种质。SSR标记是研究古小麦群体间基因型变异、亲缘关系、不同倍性水平和遗传距离的有效工具。利用遗传型数据进行群体结构分析和主坐标分析，可以有效地揭示不同群体间的遗传差异。另一方面，古小麦群体中哈迪-温伯格预期的明显偏差是选择优良基因型的良好指标。建议利用SSR标记对不同倍性水平的小麦进行分离的效果在今后的研究中得到验证。

F：

赖特修正指数

合身-FIS.：

GHardy-Weinberg期望的诱捕偏差

置：

GEnoct变异

他：

预期的杂合子

何：

观察到的杂合子

护士:

等位基因数

照片：

多态信息含量

作者特别感谢Akdeniz大学科学研究项目协调单位的持续支持。

资金

本研究得到了科学研究项目协调部门的财务支持，ERCIYES大学的协调部门，项目编号“FBA-12-3971”。出版成本由通讯作者提供资金。

可用性数据和材料

在当前研究期间使用和分析的数据集可从合理的请求中获得相应的作者。

关于这个补充剂

本文已作为BMC植物生物学2017年第17卷增编1:PlantGen 2017节选文章。该补充的全部内容可在网上找到//www.cinefiend.com/articles/supplements/volume-17- supplement1.．

从属关系

1. 土耳其开塞里Erciyes大学农学院农业生物技术系

   Kahraman Gurcan

2. Igdır大学农学院农田作物系，Igdır，土耳其

   Fatih Demirel.

3. 土耳其安塔利亚，农业学院农作物，农业学院

   Mehmet Tekin＆Taner Akar

4. 土耳其范尤祖库伊尔大学理学院分子生物学与遗传学系

   Serap Demirel.

贡献

Ta和Kg构思了这项研究。FD，SD和KG执行了实验，KG，FD和MT分析了数据，TA和MT编写并编辑了稿件，并读取并批准了稿件的最终版本。

相应的作者

对应于Taner Akar.．

伦理批准和同意参与

不适用。

同意出版物

不适用。

利益争夺

两位作者宣称他们没有相互竞争的利益。

出版商的注意

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