酱香型白酒用糯高粱种质遗传多样性分析

肖松+周棱波+张国兵+邵明波+乙引+张立异

摘要：酱香型白酒又称茅香型白酒，其中最有名的代表就是国酒茅台，主要原料为优质糯高粱。由于其独特的酿造工艺，对高粱品质有特殊的要求。目前，对酱香型酒用糯高粱种质资源遗传多样性缺乏全面的调查，已经妨碍了酒用高粱品种的选育。因此，采用28对SSR分子引物对145个贵州酒用糯高粱种质进行全基因组扫描，共得到61个多态位点，引物位点的多态信息含量指数（polymorphism information content，PIC）值范围为0.02～0.66，平均值为0.42，Jacard遗传相似系数（genetics similarity，GS）变异范围为 0.60～0.98，平均值为0.71。根据高粱资源亲缘关系的远近，非加权组平均法 （unweighted pair-group method with arithmetic mean，UPGMA）聚类分析结果显示，在GS值为0.63 水平上主要聚集形成2个主要的类群（GⅠ、GⅡ）。进一步进行主坐标分析（principal coordinates analysis，PCOA）显示，这批育种资源由大、小2个亚群组成。试验结果表明，贵州白酒用糯高粱育种资源具有较高的遗传相似性，遗传多样性水平较低，遗传背景较为狭窄，研究结果对贵州省今后的酱香型白酒用糯高粱的选育具有一定的指导意义。

关键词：糯高粱；SSR分子标记；遗传多样性；聚类分析；主坐标分析

中图分类号： S514.03

文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2016）04-0045-05

高粱（Sorghum bicolor L.）是全世界种植的第五大禾谷类作物，作为C4植物的模式作物，因其光合效率高、耐高温干旱、耐贫瘠等优点而备受关注。高粱栽培品种根据用途不同一般可以分为3种类型：甜高粱、饲料高粱以及作为粮食的籽粒高粱，在籽粒高粱中又将直链淀粉含量在0～5%之间的称为糯高粱[1]。酿造茅台酒等酱香型高档白酒的主要原料是优质籽粒用糯高粱[2]。面对红缨子等贵州省主栽糯高粱品种的产量无法满足生产需求的现状[3]，贵州省的酒用糯高粱育种工作开展已经迫在眉睫。全面了解种质资源的遗传多样性信息是选择杂交亲本、建立杂种优势群的基础，对于选育优质、高产和抗病的糯高粱新品种具有指导意义，对于糯高粱遗传多样性的研究、遗传资源的保存与利用有重要意义。

分子标记技术在遗传多样性分析的研究中有着重要地位，主要包括限制性片段长度多态性（restriction fragment length polymorphism，RFLP）、随机扩增多态性（rapid amplify polymorphism，RAPD）、简单序列重复长度多态性（simple sequence repeats，SSR）和扩增酶切片段长度多态性（amplification fragment length polymorphism，AFLP）等分子标记技术。在高粱遗传作图、遗传多样性等研究中，分子标记技术有着丰富的理论基础。Chittenden等于1994年利用276个RFLP位点完成第1个高粱连锁图[4]。Ayana等利用RAPD标记对埃塞俄比亚、厄立特里亚高粱的遗传多样性进行分析，发现来自不同地区的高粱遗传多样性并不丰富，在聚类中不能按照地域来进行类群划分[5]。Boivin等用AFLP、RFLP分子标记，并结合形态学标记对饱和高粱完成了完整遗传绘图，并且得出了AFLPs以及基因组分布不均匀的结论[6]。在众多分子标记中，由于SSR分子标记具有较高的多态性水平、遍布于整个基因组、检测手段简单快速等特点，自Brown等于1996年开发了49对扩增多态性良好的高粱SSR标记引物[7]以来，SSR标记在高粱的遗传多样性研究中得到更多的关注。余传涨等利用52个SSR标记调查了我国41个高粱品种的遗传多样性，并通过聚类分析将这些高粱分为籽粒高粱、甜高粱2个类群[1]。张晗等利用SSR标记对国内外253份高粱品种进行遗传多样性分析，得出中国高粱与国外高粱之间遗传分化明显的结论[8]。赵香娜等利用24对SSR引物研究了206份国内外甜高粱种质资源的遗传变异，利用遗传相似系数矩阵，按UPGMA方法对206份甜高粱品种进行聚类分析，将其分为2个大的类群[9]。倪先林等利用25对SSR标记评价了29份糯高粱种质资源，共得到了59个等位基因，通过聚类得出糯高粱品种的亲缘关系与地理来源关系不大的结论[10]。

近年来，由于贵州省种植的酒用糯高粱品种单一，红缨子等主栽品种农艺性状较差，产量水平受到限制，不利于机械化生产，因此选育优质高产、适合机械化生产的糯高粱新品种迫在眉睫。高粱种质资源作为其遗传改良的重要来源，是培养高产、优质高粱新品种的重要物质基础。针对贵州省酱香型白酒用高粱的种质资源遗传多样性的研究较少。所以本研究对来自贵州、四川地区的145份酱香酒用高粱种质资源进行基因分型，以期了解酒用糯高粱的遗传多样性和群体结构，为拓宽群体遗传基础，组配选育优质高产的抗病、抗虫新品种提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

145份贵州省酒用糯高粱育种资源，均由贵州省农业科学院旱粮研究所高粱研究课题组提供。

1.2 试验方法

1.2.1 DNA提取 DNA的提取参照陈宏的CTAB法[11]，用核酸蛋白测定仪检测DNA浓度，并用0.8%琼脂糖凝胶电泳检测纯度，存于-20 ℃冰箱中备用。

根据每个标记的等位基因出现与否，将标记转换为0和1的二进制矩阵。将该矩阵作为输入文件，利用NTSYSPC V2.0软件[12]，计算Jacard遗传相似性系数，进行PCoA分析、UPGMA聚类分析。

2 结果与分析

2.1 分子标记扫描

利用28对SSR引物对145份糯高粱育种资源进行扫描，一共获得了61个多态性位点，最少扩增多态性片段为1条，最多扩增5条，平均扩增2.18条。引物txp75的多态性最高，扩增了5条多态性片段。PIC值计算结果（表2）显示，PIC值范围为0.02～0.66，平均值为0.42；较多引物的PIC值出现在0.21～0.30范围，所占比例为20%；而较少的引物PIC值出现在0～0.10、0.41～0.50这2个范围，其比例均为10%；PIC值在0.61～0.70之间引物对应有txp38、txp120、txp75、txp50、txp61。其中PIC值在0.21～0.30范围内的引物最多，有6对，分别是txp69、txp217、txp38、txp12、txp47、txp17。

2.2 遗传多样性和群体结构分析

根据61个SSR标记的基因分型数据，计算了品种（系）间的Jacard遗传相似系数（genetic similarity，GS），其变异范围为 0.60～0.98，平均值0.71。利用非加权组平均法进行聚类分析，UPGMA结果显示，这1批糯高粱育种根据亲缘关系的远近聚集在一起（图2）。145份糯高粱资源在GS值0.63水平上主要聚集形成2个主要的类群：第1个群（GⅠ）由2个亚群组成，其中的1个亚群主要由贵州高粱主栽品种红高粱的衍生品系所组成，而且穗型多呈侧披散状；第2个群（GⅡ）没有清晰地划分为几个亚群，主要包含其他不同血缘关系的育种资源。

为了调查试验材料的群体结构，利用61个多态性位点标记进行PCoA分析。如图3所示，第1主坐标（PCo-1）、第2主坐标（PCo-2）分别解释5.6%、3.7%的群体遗传变异。145份高粱材料聚集形成了2个群：右上侧的第1类群（group Ⅰ）包含大多数材料，在PCo-1、PCo-2轴的2个方向上都较为扩散。左下侧的第2类群（group Ⅱ）只包括了16个高粱材料，聚集较为紧密，主要由血缘关系与红缨子等贵州糯高粱品种较远的外省高粱资源组成。

3 讨论

以国酒茅台为龙头的酿酒业是贵州省的传统支柱产业和特色优势产业，也是贵州省财政收入的重要来源之一。虽然贵州省高粱主栽品种红缨子等在产量方面与以往推广品种相比有所提高，但仍不能满足贵州省酿酒发展的迫切需求，且杂交高粱引种表现病虫害严重、转基因安全等问题[3，13-14]。因此，应全面了解贵州酱香型酒用高粱种质资源的遗传多样性信息，以期为培育优质、高产和抗病的育种工作选出杂交亲本，并为建立杂种优势群提供理论指导。

在本项研究中，利用SSR分子标记扫描了145份贵州省酒用糯高粱材料，初步了解贵州省糯高粱现有育种资源的遗传多样性水平。试验结果表明，贵州省白酒用糯高粱具有较高的遗传相似性，说明这批育种资源具有较低的遗传多样性。而UPGMA聚类不能将这些高粱育种资源清晰地划分成不同的类群，只是在GS=0.68的位置大概将其划分为2个类群。在其他的研究中也得到相似的结果。Ayana等对埃塞俄比亚和厄立特里亚高粱的遗传多样性研究中，发现不同地区的高粱遗传多样性并不丰富，在聚类中不能按照地域来进行划分[5]。Ritter等在2007年利用277个AFLP标记对95份美国甜高粱、籽粒高粱进行扫描，通过聚类分析发现，并不能将2种高粱按照品种的分类而在遗传学上将其分为2个类群[15]。余传涨等在2010年利用52个SSR标记调查了41个高粱品种的遗传多样性，通过聚类分析将这些高粱分为籽粒高粱、甜高粱2个类群，但是却不能清晰地划分2类高粱之间的遗传界限[1]。张晗等在2011年利用SSR标记，以69份国外品种为对照，对12个地区184份中国高粱地方品种进行的遗传多样性分析结果表明，中国高粱与国外高粱之间遗传分化明显，而中国高粱地方品种地区间和类型间分化极弱，不能将这些高粱按地区或类型分开[8]。目前出现的高粱遗传多样性分析不能明确划分类群的原因，可能是由于栽培品种与自然品种高频的异型杂交，这与频繁的人类活动影响密不可分[5]。本研究的PCoA分析结果显示，贵州省糯高粱育种资源多数具有红缨子的血缘，表现为植株高大、无效分蘖较多、长穗侧散披状。只有少数外来资源与其血缘关系较远，表现较大的表型差异，植株较矮，穗型直立紧凑。

本研究结果显示，针对贵州省酱香型白酒用糯高粱育种资源具有较高的遗传相似性，遗传多样性水平较低，从分子水平解释了现有糯高粱种质资源贫乏、遗传基础狭窄、产量水平低下等问题。因此，在我们今后的高粱育种中，应该增加种质资源的遗传多样性，利用标记辅助育种等手段，选育优质高产抗病、适合机械化生产、符合酱香型白酒酿造工艺的新品种，更好地为贵州特色优势产业服务。

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