福建省甘薯育成品种的遗传多样性分析

武小霞 崔纪超 钟玉扬 余金姜 颜墩炜 朱锦乐 郑建扬 中奕

(1莆田市农业科学研究所 福建莆田 351144;2莆田市农业技术推广站 福建莆田 351100)

甘薯［Ipomoea batatas（L.）Lam．］起源于热带南美洲地区，在100多个国家和地区广泛种植，是世界第七大重要农作物，中国第四大重要粮食作物，在基本谷物食品短缺时期，成为许多中国人的主要食物来源［1-2］。中国甘薯种植面积和总产量均为世界第一［3-4］，但目前育成的甘薯品种中，几乎都有南瑞苕和胜利百号的血缘，狭窄的遗传基础导致选育突破性的新品种较为困难［5-6］。分子标记有助于了解甘薯遗传背景和品种间差异，为种质资源的合理利用提供参考依据［7］。ISSR（Inter simple sequence repeat）分子标记由于其简单、快速、高效、可重复性较高的特点而被广泛应用［8］。宋吉轩等［9］利用ISSR分析贵州甘薯地方品种遗传多样性，明晰其亲缘关系；张安世等［10］采用ISSR分子标记技术构建22个甘薯品种的指纹图谱；罗文彬等［11］明确了34份具有代表性的甘薯种质材料的遗传背景；李强等［12-13］分析了62份甘薯主要亲本及中国26份主要育成品种的遗传多样性，明确了其遗传差异。同时，ISSR标记也在不同类型的甘薯中得以应用，如陈新起等［14］分析了10个菜用甘薯材料的遗传多样性和亲缘关系；季志仙等［15］将17份材料划分为4个组群，表明甘薯主要食用品种间具有较好的遗传多样性；研究表明，紫薯和红黄薯具有明显不同的来源和系统演化关系［16］。目前对福建省甘薯育成品种亲缘关系没有系统的研究。本研究利用ISSR分子标记对福建省甘薯育成品种进行遗传多样性和聚类分析，明晰其亲缘关系，进而为提高甘薯育种效率及育种过程亲本的选配提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 植物材料

20份甘薯品种（表1）种植于福建省莆田市农业科学研究所清前试验基地。

表1 二十份甘薯品种信息

1.1.2 仪器及试剂

高通量组织研磨仪（美壁MB-48）、水平电泳槽（DYCP-33A，北京六一有限公司）、移液器（Eppendorf，德国）、PCR仪（GENESY96T）、离心机（TCL-16M）、冰箱（SIEMENS，德国）、紫外分光光度计（UVmini-1240，日本岛津）和凝胶成像分析系统（BIO-RAD GELDOCTMXR+，美国）。磁珠法基因组DNA抽提试剂盒、ISSR引物、琼脂糖B、5XTBE缓冲液、DNA分子量标准Marker、Taq PCR Mix预混液（2×，不含染料）和4S Gel Red核酸染料均采购自生工生物工程（上海）股份有限公司。

1.2 方法

1.2.1 甘薯基因组DNA的提取

用磁珠法基因组DNA抽提试剂盒（植物）提取甘薯新鲜叶片总DNA，用1%琼脂糖凝胶检测，并用紫外分光光度计测定DNA浓度及纯度，保存于-20℃冰箱备用。

1.2.2 ISSR引物筛选

ISSR引物来源于已报道的甘薯资源中使用的ISSR引物，以4个样品DNA模板进行初筛，选择多态性丰富、条带较为清晰的引物。

1.2.3 PCR扩增

PCR反应体系50μL：DNA模板2μL，ISSR引物4μL，Taq PCR Mix预混液（2×，不含染料）25μL，蒸馏水19μL。扩增程序：94℃预变性5 min；94℃1 min，54℃45 s（依据引物而定），72℃1.5 min，进行40个循环；72℃延伸10 min。PCR扩增产物用2.5%琼脂糖凝胶电泳进行分离检测后，用凝胶成像仪拍照。

1.2.4 统计分析

用Image Lab软件对扩增条带进行读带，某一位置有扩增条带记为“1”，无扩增条带记为“0”，将统计结果用NTSYS 2.10进行分析。

2 结果与分析

2.1 ISSR引物筛选

4份品种的DNA对已报道的甘薯ISSR引物进行初筛，最终选择出多态性丰富、条带较为清晰的6个引物（表2），对20份甘薯材料进行扩增。

2.2 ISSR引物多态性信息

6个引物共获得扩增条带88条，多态性条带74条（表2），多态率达84.091%。其中引物UBC859扩增条带最多，为17条；引物UBC899和UBC900扩增条带均为16条，多态率可达100%，部分引物扩增结果见图1。

表2 ISSR引物信息

图1 部分引物扩增结果

2.3 聚类分析

20份甘薯品种间的遗传相似系数在0.636～0.886（表3），平均遗传相似系数为0.744，表明这些甘薯育成品种间遗传关系较近。福菜薯18号和泉薯10号相似度最大，达0.886；金山75和龙薯601、莆紫薯18相似度最低，表明其遗传差异相对较大。

聚类分析表明，基于6个ISSR分子标记，在遗传相似系数为0.715时，可将20份甘薯育成品种分为三类（图2），其中莆紫薯18为第一类，金山75为第二类，其余均被分到第三类。莆紫薯18亲本为夏引1号集团杂交中间材料和泉薯2号。夏引1号由美国夏威夷引进，可能由于地域相差较远，故独自为一类。金山75为金山57放任授粉，其它品种亲本材料中也有金山57的血缘，如龙薯15号和龙薯9号，但金山75独自为一类，有可能是各育种单位在相互引种的过程中导致材料的混杂。福宁紫3号和福薯404，龙薯601和龙薯9号，莆薯16和莆薯20可能由于地域较近聚在一起；福菜薯18号和泉薯10号由不同育种单位选育，但可能由于母本均为泉薯系列，遗传背景较为相似，故聚在一起；龙薯15号和龙薯9号亲本来源均为岩薯5号/金山57，但其聚类结果相差较远。由于甘薯为同源六倍体，基因组较大，为更加全面地利用甘薯基因组的信息，应增加分子标记的数量，同时结合其它类型的分子标记，使得聚类分析结果更为准确可靠。

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图2 甘薯育成品种的聚类分析结果

3 讨论与结论

3.1 讨论

本研究分析了20份福建省2000年以来的育成品种，涵盖福建省各甘薯育种单位、各种类型的甘薯种质资源。通过ISSR标记对这些品种资源进行遗传多样性分析，6个引物共获得扩增条带88条，多态性条带74条，多态率达84.091%，这些资源间平均遗传相似系数为0.744，遗传关系较近。

近年来分子标记技术被广泛应用于甘薯资源遗传多样性和亲缘关系的研究中，以期为甘薯的资源鉴定和育种改良提供分子水平的技术支撑。不同类型甘薯种质资源的遗传距离不同，基于ISSR分子标记，来源于四川、广西、山东、河南、江苏、广东和福建等84份育成品种的平均遗传距离为0.167 0，主要来源于福建、广东和广西的28份地方品种的平均遗传距离为0.196 8；12份引自日本、菲律宾和美国等地的引进品种的平均遗传距离为0.179 1［17］。张超凡等［18］的研究中，11份湖南甘薯育成品种平均遗传距离0.511 5；20份湖南甘薯地方品种间平均遗传距离0.524 0。相对于引进品种和地方品种，中国育成品种遗传基础狭窄及骨干基因的单一性，导致育成品种的遗传多样性降低［5，15］；但李强等［13］认为，来自亚洲的中国甘薯主要亲本的遗传多样性和遗传差异高于来自非洲和美洲的，而且提出中国1990年后育成品种比之前育成品种的遗传差异有增大的趋势。南文卓等［19］研究结果显示，30份海南地区引种甘薯种质资源平均遗传相似性系数为0.62，认为甘薯品种间遗传多样性较丰富。苏一钧等［20］研究显示，303份甘薯地方种材料的遗传距离为0.028～0.947，平均遗传距离为0.564，认为其遗传多样性更为丰富。45份贵州甘薯（包含地方和引进品种）种质资源平均变异系数为0.4，遗传关系较近［9］。赵冬兰等［21］研究显示，24份材料的平均相似系数为0.74，表明中国的甘薯品种种质资源比较丰富；同时，研究认为，不同功能类型的甘薯资源遗传差异较大。基于SSR标记的76份紫心甘薯品种表现出一定的分化趋势，即遗传背景有扩大的趋势［22］。陈新起等［14］研究显示，10份菜用甘薯种质平均遗传相似系数为0.645，认为其遗传差异较大。甘薯主要食用品种具有较好的遗传多样性［15］。不同的研究对于甘薯资源遗传多样性的看法与结论不同，可能是因为研究的材料类型、来源以及地域背景不同，且所选择的群体大小有所差异，同时所应用到的分子标记种类和数量也有可能导致该现象。本研究中的20份材料均为福建省近年来的育成品种，且其亲本来源以本省育成品种为主，故其遗传相似系数较大，亲缘关系较近。

3.2 结论

20份福建省育成品种间遗传相似性较大，亲缘关系较近。在之后的研究工作中应纯化研究材料，扩大群体，增加不同类型的种质资源，丰富分子标记的类型与数量，以便更为全面地分析本省的甘薯资源遗传关系。在育种工作中加大亲本选择力度，选择亲缘关系远的亲本，创制优势杂交组合，突破遗传局限性；同时应充分挖掘地方品种资源的应用潜力，特别是其与育成品种间应充分发掘利用。