甜玉米自交系的表型形状和SSR聚类分析

(通化市农业科学研究院，吉林 海龙 135007)

甜玉米是玉米属的一个亚种，又被赋予蔬菜玉米之称。外形与普通玉米基本无差异，但籽粒相对较小，可营养成分和商用价值却比普通玉米高得多，是一些发达国家主要的蔬菜之一，因口感软糯香甜，吃起来像水果一样，被称为“水果玉米”，深受现代人的喜爱。其籽粒中含有水溶性多糖、蛋白质和多种维生素等物质，其有一定的加工、经济和营养价值[1]。美国是甜玉米开展研究最早的国家，直至20世纪50年代中国才开始对甜玉米开展研究，研究初期的一些优质甜玉米材料均从美国引进[2]。现有的甜玉米自交系也多是从国外品种中选育而来的，由于中国对甜玉米的研究起步晚，发展迟缓等，导致种质资源狭窄、遗传背景不明确、类群划分不合理等。中国甜玉米的育种技术以及发展水平与国外相比还存在一定距离，中国已采用异隐纯合体杂交法对甜玉米进行选育，并取得了一定效果[3]，但对育种材料的选育还存在着很多不合理之处。

本研究利用甜玉米自交系之间的杂种优势，从表型初步判定自交系间的遗传关系，来验证远缘杂交更亲和的特性，从而对甜玉米自交系进行分类，主要目的是提高甜玉米育种的效率，使甜玉米的改良及选育更有针对性。不仅加快了育种步伐，而且提高了育种效率。试验采用分子标记技术(SSR)[4]，对50份甜玉米亲本材料进行聚类分析。为选择有代表性的亲本组配杂交组合提供参考，为杂种优势的利用、配合力的分析及遗传相关分析等提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料由吉林农业大学农大试验田甜玉米课题组提供。选择遗传差异较大的甜玉米自交系50份。对其进行编号处理，分别为Y 1～Y 50。

1.2 试验方法

随机选取50份遗传性状具有较大差异的甜玉米自交系进行分组，以5株自交系材料为一份，2016年将供试自交系种于吉林农业大学试验地，按照56 000株·hm-2的密度，3行区，行长5 m，行距0.65 m，并做好田间管理，成熟期对株高、穗位高和茎粗进行调查，收获期对果穗进行室内考种，每份材料考种3穗，对穗重、穗长等7个考种性状进行记录并分别取其平均值整理汇总，数据用DPS软件进行表型聚类分析(表1)。秋收后将50份甜玉米自交系材料每颗果穗中选择籽粒10粒，做好记录编号后放在培养箱中恒温培养，按时洒水和调节光照直至长出3～5片叶片。相应的每份甜玉米材料取幼叶用CTAB法[7-8]提取DNA，PCR扩增和PAGE凝胶电泳。并做好对照，直至有明亮条带显现，利用GS=2Nij/(Ni+Nj)，GD=1-GS公式计算遗传距离(Genetic distance, GD)和遗传相似系数(Genetic similarity,GS)[9]，并按PIC=1-∑fi2公式计算多态性含量(PIC)[10-11]，统计结果并采用UPGMA方法对甜玉米自交系进行SSR聚类分析。所有数据的统计分析均使用 DPS 软件进行。

表1 50份甜玉米自交系表型性状聚类分析

分类样品编号ⅠY1;Y2;Y3;Y4;Y6;Y7;Y8;16;Y10;Y11;Y12;Y15;Y17;Y19;Y20;Y24;25;Y26;ⅡY5;Y9;Y13;Y14;Y18;Y21;Y22;Y23;Y27;Y28;Y30;Y31ⅢY29;Y33;Y35;Y40;Y41;Y43ⅣY32;Y34;Y36;Y37;Y38;Y39;Y42;Y44;Y45;Y46;Y47;Y48;Y49;Y50;

图2 引物bnlg 1940在50份甜玉米自交系上的扩增条带图

2 结果与分析

2.1 表型聚类

表型性状是对试验甜玉米的10个性状进行田间调查及室内考种，整理数据取其平均值记录，由图1可见，以7.8为阈值，可将其分成4大类(表1)，分别是具有18个亲本的第Ⅰ大类，12个亲本的第Ⅱ大类，6个亲本的第Ⅲ大类，剩余的14个亲本的第Ⅳ大类。根据系谱记载，第一大类多为从国外引进的一些甜玉米种质资源，第二大类多为我国各部分地区独有环境形成的甜玉米种质资源，第三大类多为通过二环系多代自交获得的甜玉米种质资源，第四大类多为一些本地的农家品系。

2.2 SSR聚类分析

从玉米SSR中筛选出14条具有明显扩增结果和稳定扩增条带的代表性核心引物。总共检测出了58个等位基因变异点，不同检测位点上的等位基因变异为2～6个，平均每个检测位点上的等位基因变异数约为4个。并利用58个SSR位点对50份甜玉米自交系进行检测，检测到其平均多态性信息含量(PIC)为0.594，其变化范围为0.473～0.709。以引物bnlg 1940为例，可清晰地看出在50份甜玉米自交系上的明显稳定的扩增结果(图2)。根据50份甜玉米自交系遗传相似系数的矩阵及图2，以0.65的相似系数为统一的标准，按UPGMA方法可以将这50甜玉米自交系直观的分为4大类(表3)分别是具有10个亲本的第Ⅰ大类、14个亲本的第Ⅱ大类、13个亲本的第Ⅲ大类、13个亲本的第Ⅳ大类。第Ⅰ大类多为通过二环系多代自交获得的甜玉米种质资源，第Ⅱ大类多为一些本地的农家品系，第Ⅲ大类多为从国外引进的一些甜玉米种质资源，第Ⅳ大类多为我国各部分地区独有环境形成的甜玉米种质资源。

3 讨论与结论

表型聚类是基于自交系品种的农艺性状和品质性状的基础上进行测量以及室内考种数据的表观整理，从而将自交系划分为不同的类群。SSR聚类是利用SSR分子标记法对杂种优势类群的划分，从分子水平分析其遗传距离的远近，揭示了自交系间遗传多样性的特点。从本实验的表型聚类和SSR聚类的结果中可以看出，表型聚类的第Ⅰ大类亲本数与SSR聚类的第Ⅲ大类的分类上基本相同，表型聚类的第Ⅱ大类亲本数与SSR聚类的第Ⅳ大类的分类上基本相同，表型聚类的第Ⅲ大类亲本数与SSR聚类的第Ⅰ大类的分类上基本相同，表型聚类的第Ⅳ大类亲本数与SSR聚类的第Ⅱ大类的分类上基本相同。两者聚类分析所得的结果基本一致，但自交系在归类上也有相互矛盾，如Y 23和Y 25，在表型聚类里Y 23属于第Ⅱ大类而Y 25属于第Ⅰ大类里，但在SSR聚类中均属于第Ⅰ大类。同样地，Y 36和Y 39在表型聚类里均属第Ⅳ大类，但在SSR聚类中分别属于第Ⅳ大类和第Ⅱ大类。由此说明，在对甜玉米的选育过程中不能仅依照分类结果对其进行组配，还需要考虑到环境因素，本试验只对现象进行了阐述和验证，具体遗传机理并没有深入研究，所以还有待继续研究。因此，有必要对其遗传特性进行下一步分析[12]。

图1 50份甜玉米自交系的表型聚类分析图

表2 50份甜玉米自交系SSR聚类分析

分类编号ⅠY5;Y9;Y23;Y25;Y32;Y37;Y38;Y48;Y49;Y50ⅡY6;Y8;Y12;Y15;Y24;Y29;Y35;Y39;Y40;Y41;Y43;Y44;Y45;Y47ⅢY1;Y2;Y4;Y7;Y10;Y16;Y17;Y20;Y28;Y33;Y34;Y42;Y46ⅣY3;Y8;Y11;Y13;Y14;Y18;Y21;Y22;Y26;Y27;Y30;Y31;Y36

图3 50份甜玉米自交系的SSR聚类聚类分析图

综上所述，本实验通过对甜玉米的一些表型数据的考擦记录和分析，初步可以分为4大类，根据系谱记载，表型聚类的第Ⅰ大类多数为从国外引进的一些甜玉米种质资源，表型聚类的第Ⅱ大类多为我国各部分地区独有环境形成的甜玉米种质资源，表型聚类的第Ⅲ大类多为二环系，表型聚类的第4大类多为来自本地的农家品系。通过从DNA分子水平对这些材料进一步的论证，做SSR聚类分析，SSR聚类的第Ⅰ大类多为通过二环系多代自交获得的甜玉米种质资源，SSR聚类的第Ⅱ大类多为一些本地的农家品系，SSR聚类的第Ⅲ大类多为从国外引进的一些甜玉米种质资源，SSR聚类的第Ⅳ大类多为我国各部分地区独有环境形成的甜玉米种质资源。2种聚类分析的结果基本一致，具有一定的可信度，对材料本身的确定有一定的参考价值，加快了育种进程，也对以后组配出更优秀的杂交组合提供了一定的理论参考，但也不能因此就确定各自交系的关系。其中表型聚类根据亲本的表现型进行划分，但表现型会受到环境因素影响，而且在调查中也会有一定的误差，在很大程度上影响亲本聚类的结果，同时，聚类分析时所选材料群体的数量也会对聚类结果产生一定的偏差，因此，表型聚类尚有不足之处。SSR聚类是利用分子标记法对亲本进行划分，由于本试验引物数量过少，不能代表整个基因群，导致结果出现偏差受到影响。