70份玉米自交系的SSR遗传多样性及杂种优势群分析

2014-07-02刘俊等

湖北农业科学 2014年6期

刘俊等

摘要：从80对玉米（Zea mays L.）SSR引物中筛选出26对扩增带型稳定性较高的引物，利用这些SSR引物对70份国内外收集引进的玉米自交系和6个国内标准测验种进行遗传多样性分析。结果表明，26对引物在76份玉米材料中共检测到80个等位基因位点，每对引物检测出2～6个等位基因，平均3.08个；每个位点的多态性信息含量变化范围为0.18～0.80，平均为 0.45。UPGMA聚类结果表明，70份玉米自交系可划分为PA、Lancaster、旅大红骨、四平头、PB、BSSS 6个杂种优势类群。

关键词：玉米（Zea mays L.）自交系；SSR标记；遗传多样性；杂种优势群

中图分类号：S513；Q789 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）06-1256-04

Genetic Diversities and Heterotic Groups of 70 Maize Inbred Lines

with SSR Markers

LIU Jun1，YIN Xiao-hong1，GUO Zhi-fu2，LIU Jun1，LIU Xu1，LI Hui1，JING Xi-qiang1

（1.Maize Institute， Dandong Academy of Agricultural Sciences， Fengcheng 118109， Liaoning， China；

2.Biological Science and Technology College， Shenyang Agricultural University， Shenyang 110161， China）

Abstract： The genetic diversities of 70 maize inbred lines and 6 domestic standard testers were analyzed with SSR markers. 26 polymorphic SSR primes were screened from 80 SSR primers. The results showed that 80 alleles were detected in 26 primers among 76 maize inbred lines. The number of alleles per SSR locus was ranged from 2 to 6 with an average of 3.08. The value of polymorphism information content（PIC） for each SSR locus varied from 0.18 to 0.80 with an average of 0.45. The results of UPGMA analysis showed that 70 maize inbred lines were classified into 6 heterotic groups （i. e. PA， Lancaster， Lvda Red Cob， Sipingtou， PB and BSSS）.

Key words： maize（Zea mays L.） inbred lines； SSR （simple sequence repeats marker）； genetic diversity； heterotic group

杂种优势利用是大幅度提高玉米（Zea mays L.）产量和改良品质的有效途径。解析自交系群体遗传结构，分析自交系类群遗传多样性和类群间遗传关系是改良自交系和确定杂种优势模式的基础，对提高玉米育种效率具有重要指导意义。

玉米不仅是中国重要的粮食作物，同时在饲料、化工、医药、轻工和经贸等行业都是重要的产品和原料。随着人们生活水平的逐步提高和膳食结构的不断改善，中国玉米消费呈明显的刚性增长趋势，消费结构逐渐由过去的口粮消费为主转向饲料、工业加工为主的多方向、多领域、多层次消费[1]。然而，由于中国不是玉米的起源中心，种质资源十分匮乏，所以引进种质源并与中国当前所拥有的玉米种质资源进行整合和分析就显得更加重要[2]。

近年来，随着DNA分子标记技术特别是SSR标记的发展和应用，为种质资源遗传多样性的研究提供了新的手段。SSR等分子标记可以分析玉米自交系间的遗传差异，并能迅速把来源不明的自交系划到相应的类群。目前，SSR标记已广泛应用于玉米种质资源的遗传多样性研究。李新海等[3]利用SSR标记分析了70份玉米自交系的遗传多样性，并用UPGMA（Unweighted pair-group method with arithmetic means）法将70份玉米自交系划分为四平头、旅大红骨、PA、PB、BSSS和Lancaster 6个类群。孙友位等[4]利用SSR标记的基于模型的聚类方法将85个自交系分为6个亚群，并提出6个亚群可以合并成A（Reid、热带种质、旅大红骨）和B（Lancaster、塘四平头、农家种）两大种质类群。Xie等[5]根据SSR标记数据，利用基于混合模型的聚类法将中国常用的187个玉米自交系划分为6个亚群，并分析了类群间的遗传关系，将6个亚群合并成A（Lancaster、BSSS、PA）、B（PB）和C（塘四平头、旅大红骨）3组。Smith等[6]用113对SSR引物对58份玉米自交系进行了遗传多样性分析，认为运用SSR技术进行遗传多样性分析更为优越，并与系谱来源基本一致。Senior等[7]用70对SSR标记对94份玉米自交系进行分析，共检测到365个等位基因，用SSR标记对其进行聚类分析，其结果与系谱吻合。这些研究表明，SSR标记在遗传多样性分析方面更具优势。

本研究利用26对SSR引物对70份国内外收集引进的玉米自交系进行了遗传多样性分析，以期快速对外引玉米种质资源进行杂种优势群分类，为提高玉米育种效率和进行玉米种质资源改良与利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试材料为丹东市农业科学院从国内外收集引进的70份玉米自交系和6份国内标准测验种（掖478、黄早四、齐319、Mo17、B73和丹340）。

1.2 方法

1.2.1 DNA的提取与检测采用Saghai-Maroof等[8]提出的CTAB法提取玉米叶片总DNA。并用紫外分光光度计测量DNA浓度和相对纯度，用去离子水将DNA稀释至20 ng/μL，置于4 ℃冰箱中保存备用。

1.2.2 引物筛选结合CIMMYT公布的玉米核心SSR引物，选取位于玉米10条染色体上的80对引物，并从中筛选出26对带型清晰稳定性好的引物进行SSR分析。

1.2.3 PCR扩增 PCR扩增在DNA Engie-PTC-200反应仪上进行，反应体系为20 μL，其中10×PCR Buffer 2.00 μL，30 mmol/L Mg2+1.68 μL，25 mmol/L dNTPs 0.32 μL，5U/μL Tag酶0.20 μL，30 ng/μL的引物各1.00 μL，20 ng/μL DNA 2.50 μL，ddH2O 11.30 μL。

1.2.4 聚丙烯酰胺凝胶电泳扩增产物用质量分数为6%的聚丙烯酰胺变性凝胶电泳进行检测，记录结果并照相。

1.2.5 数据分析根据SSR产物银染结果，有带记为1，无带记为0，数据缺失记为9，建立数据库。采用Nei等的公式计算各自的遗传相似系数（Genetic similarity，GS）和遗传距离（Genetic distance，GD）。GS=2Nij/（Ni+Nj）； GD=1-GS。式中，Nij为第i个材料和第j个基因型间共有的条带数；Ni和Nj分别为第i个材料和第j个材料各自的特有条带数。然后按照UPGMA方法，采用NTsys 2.10e软件对各个自交系进行聚类。每一个多态性位点的多态性信息含量（PIC）按Smith等[6]的公式计算，PIC=1，式中，fi为i位点的基因频率，数据处理由统计分析软件PowerMarker V3.25完成。

2 结果与分析

2.1 SSR标记多态性分析

从80对玉米SSR引物中筛选出26对扩增带型稳定性较高的引物进行SSR分析，由表1可知，在70份玉米自交系及6份国内标准测试种中共检测到80个等位基因位点，每对引物检测出2～6个等位基因，平均每对引物检测出3.08个等位基因。80个SSR位点检测出76份玉米材料的平均多态信息含量为0.45，变化范围为0.18～0.80。

2.2 70份玉米自交系的类群划分

根据76份玉米材料遗传相似系数矩阵，利用UPGMA方法对供试自交系进行聚类分析。根据聚类分析树状图（图1），在遗传相似系数为0.73时，可将70份玉米自交系和6份国内标准测试种分为6大类，第Ⅰ类包括掖478在内的34份自交系，属于PA类群；第Ⅱ类包括Mo17在内的21份自交系，属Lancaster类群；第Ⅲ类包括丹340在内的8份自交系，属旅大红骨类群；第Ⅳ类包括黄早四在内的3份自交系，属四平头类群；第Ⅴ类是包括齐319在内的5份自交系，属PB类群；第Ⅵ类是包括B73在内的5份自交系，属BSSS类群。

3 结论

玉米育种的前提是拥有丰富的种质资源，对此必须以杂种优势群的形式将其分类、鉴定和加以改良，然后建立相应的杂种优势模式，才能有的放矢地选配杂交组合，大大减少育种的盲目性，从总体上提高育种水平和工作效率。本研究利用26对SSR引物对70份国内外收集引进的玉米自交系及6份国内标准测试种进行了遗传多样性研究，其多态性信息含量为0.18～0.80，变异范围较大，表明玉米自交系遗传多样性较高。利用UPGMA对70份玉米自交系进行聚类，在遗传相似系数为0.73时，可将70份玉米自交系划分为6大类。

本研究中，26对SSR引物在70份玉米自交系及6份国内标准测试种中共检测到80个等位基因位点，每对引物检测到2～6个等位基因，平均每对引物检测到3.08个等位基因，这相对于国内外普通玉米以及糯玉米自交系研究而言较低。陈婧等[9]用32对SSR引物对40份糯玉米自交系进行遗传多样性分析，共检测出152个等位基因变异，平均为4.75个；Lu等[10]用83对SSR引物分析了40份美国温带普通玉米自交系，检测到的平均等位基因变异（4.9个）也高于本研究，这可能与玉米材料的来源不够广泛以及SSR引物的筛选不够合理有关，在以后的育种过程中应该注重自身拥有资源的研究和整理，加强玉米育种的种质资源库建设。

利用SSR标记技术对玉米自交系间遗传关系的分析可以克服常规系谱分析法的不足，对于玉米种质资源的改良、扩增和进一步提高杂交组合的组配效率具有十分重要的参考价值。在本研究中，70份自交系材料的系谱信息未知，但是用SSR标记可以将其与国内的6个标准测验种进行较好的聚类，说明本研究所选择的SSR标记可以较好地区分6个测验种，而将外引材料划归到我国广泛采用的6大杂种优势群，为更好地利用这70份玉米自交系材料打下了基础。

参考文献：

[1] 于彦春，朱芳，武丽敏.甜玉米的营养价值及综合利用前景[J].吉林蔬菜，1998（6）：35-36.

[2] 王鹏文，潘万博.我国玉米发展现状和趋势分析[J]. 天津农学院学报，2005，12（3）：53-57.

[3] 李新海，袁力行，李晓辉，等.利用SSR标记划分70份我国玉米自交系的杂种优势群[J].中国农业科学，2003，36（6）：622-627.

[4] 孙友位，李明顺，张德贵，等.利用SSR标记研究85个玉米自交系的遗传多样性[J].玉米科学，2007，15（6）：19-26.

[5] XIE C X，WARBURTON M， LI M S，et al.An analysis of population structure and linkage disequilibrium using multilocus data in 187 maize inbred lines[J].Molecular Breeding，2008， 21（4）：407-418.

[6] SMITH J S C，CHIN E C L，SHU H，et al.An evaluation of the utility of SSR loci as molecular markers in maize（Zea mays L.）：comparisons with data from RFLPs and pedigree[J]. Theoretical and Applied Genetics，1997，95（1-2）：163-173.

[7] SENIOR M L，MURPHY J P，GOODMAN M M，et al.Utility of SSRs for determining genetic similarities an relationships in maize using an agarose gel system[J].Crop science，1998，38（4）：1088-1098.

[8] SAGHAI-MAROOF M A，SOLIMAN K M，JORGENSEN R A， et al.Ribosomal DNA spacer-length polymorphisms in barley： Mendelian inheritance， chromosomal location， and population dynamics[J].Proceedings of the National Academy of Sciences，1984，81（24）：8014-8018.

[9] 陈婧，杨引福，郭强.利用SSR标记分析40个糯玉米自交系遗传多样性[J].玉米科学，2009，17（4）：32-35.

[10] LU H，BERNARDO R.Molecular marker diversity among current and historical maize inbreds[J]. Theoretical and Applied Genetics，2001，103（4）：613-617.

[4] 孙友位，李明顺，张德贵，等.利用SSR标记研究85个玉米自交系的遗传多样性[J].玉米科学，2007，15（6）：19-26.

[9] 陈婧，杨引福，郭强.利用SSR标记分析40个糯玉米自交系遗传多样性[J].玉米科学，2009，17（4）：32-35.

[10] LU H，BERNARDO R.Molecular marker diversity among current and historical maize inbreds[J]. Theoretical and Applied Genetics，2001，103（4）：613-617.

[4] 孙友位，李明顺，张德贵，等.利用SSR标记研究85个玉米自交系的遗传多样性[J].玉米科学，2007，15（6）：19-26.

[9] 陈婧，杨引福，郭强.利用SSR标记分析40个糯玉米自交系遗传多样性[J].玉米科学，2009，17（4）：32-35.

[10] LU H，BERNARDO R.Molecular marker diversity among current and historical maize inbreds[J]. Theoretical and Applied Genetics，2001，103（4）：613-617.