基于SSR标记分析矮抗58及衍生品种的遗传多样性

王晨晨，王玉泉,2，张海惠，卜明娜，张 然，张金龙,2，胡喜贵,2

(1.河南科技学院生命科技学院，河南 新乡 453003；2.河南科技学院小麦中心，河南 新乡 453003；3. 河南科技学院新科学院，河南 新乡 453003)

骨干亲本(Founder parents或Foundation genotypes)是指直接用来培育大面积推广品种的种质类型，或由其衍生出许多具有广泛应用价值的亲本育种材料[1]。在中国小麦育种过程中，已形成了蚂蚱麦、燕大1817、江东门、成都光头、蚰子麦、碧蚂4号、北京8号、西农6028、五一麦、南大2419、欧柔、阿夫、阿勃、早洋麦、洛夫林10号、墨巴66、繁6、矮孟牛、小偃6号、鲁麦13等20多个小麦骨干亲本，其中一些骨干亲本是当时大面积推广的优良品种[1-2]。同时，利用骨干亲本也培育出了大量新品种，如南大2419和欧柔2个亲本衍生品种均多达110个，矮孟牛衍生品种90个。实践证明，骨干亲本在农业生产中发挥了巨大作用，提高了小麦育种工作效率。

简单重复序列(SSR)分子标记具有共显性、多态性高、稳定性好、操作简便等优点，已被广泛应用于小麦品种、骨干亲本及其衍生品种(系)间遗传差异研究中[3-8]。王珊珊等[5]和李琼等[6]分别利用SSR标记分析骨干亲本矮孟牛和小偃6号衍生品种(系)的遗传多样性，认为聚类结果能够较好反映品种(系)间的亲缘关系；袁园园等[7]发现了骨干亲本碧蚂4号的33个特异基因组位点，并明确了其在衍生后代品种(系)中的传递特点和遗传贡献率；刘新伦等[8]在小麦骨干亲本阿夫及衍生品种(系)中鉴定出7个在衍生后代遗传率较高的染色体位点。

矮抗58是河南科技学院通过聚合杂交选育出的矮秆高产多抗广适小麦新品种，累计种植超过2 000万hm2，2013年获得国家科技进步一等奖。迄今已用矮抗58作为亲本培育出70多个新品种，如百农4199、洛麦34、开麦22等。本研究通过对矮抗58及衍生品种的SSR标记进行分析，以期了解矮抗58衍生品种间的遗传多样性，为骨干亲本矮抗58的进一步深入研究及合理利用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

47份品种(矮抗58及其衍生品种)由河南科技学院小麦中心提供，详见表1。

表1 供试矮抗58及衍生品种Tlabe 1 Aikang 58 and its derivatives tested

1.2 试验方法

1.2.1DNA提取

按照Yan等[9]的2×CTAB方法，从47份品种的幼嫩叶片中提取基因组DNA，并经Nano Drop 2000检测其浓度和纯度。

1.2.2SSR分析

参照Li等[10]的分析方法，选用覆盖小麦21对染色体的300对SSR引物(上海生工生物工程技术服务有限公司合成)对矮抗58、百农4199、周麦27、郑麦113进行初筛，筛选出稳定、清晰特异带的84对SSR引物进行矮抗58及衍生品种的遗传多样性分析。

PCR反应总体积为20 μL，由50～100 ng基因组DNA、10 μL 2×TaqMaster Mix(CWBIO，北京)，1 mol·L-1SSR引物组成。PCR反应程序为：95 ℃预变性5 min；94 ℃变性45 s，55～60 ℃(视不同引物而定)退火45 s，72 ℃延伸1 min；共35个循环，72 ℃再延伸10 min，4 ℃继续保存。PCR产物经8%变性聚丙烯酰胺凝胶电泳1.5 h后，硝酸银染色。胶片晾干后，观察电泳结果，统计条带数并照相保存。

1.2.3数据处理

按照各SSR扩增电泳图，分别读取数据，相同迁移率处有带为1，无带为0，模糊不清楚为999，并转换成分析软件所需格式。利用Powermarker 3.25[11]软件分析多态性信息含量(PIC)；同时，根据郝晨阳等[12]的方法，计算平均等位变异丰度(Average genetic richness)和平均遗传多样性指数(Genetic diversity indexes)。

利用NTSYS-pc 2.11[13]软件按非加权平均法(UPGMA)计算品种间Nei-Li遗传相似系数，并绘制聚类图。

2 结果与分析

2.1 矮抗58及衍生品种的SSR引物多态性

从300对引物中筛选出多态性、稳定性均较好的84对引物用于本试验。利用这些引物对47份品种进行扩增分析，共检测到319个多态性等位变异，每对引物检测到2～16个位点，平均为3.80个(表2)。42对SSR引物检测到位点数高于平均值，占全部引物的50.0%；其中引物yzu 674257检测到的等位位点数最多，为16个；其次引物yzu 300784检测到9个等位变异；多数引物检测到4～6个，如yzu 418027、yzu 603254(图1)。SSR引物多态性信息含量(PIC)变化幅度为0.200(yzu 321431)～0.966(yzu 674257)，平均为0.559。44对引物的PIC值高于平均值，占全部引物的52.4%。

表2 84对SSR引物及所在染色体位置、等位变异数和PIC值Table 2 Chromosome locations, allelic variation and PIC value of 84 pairs of SSR primers

进一步研究47份品种ABD基金组和7个部分同源群的SSR位点平均等位变异丰富度和遗传多样性指数，结果表明，在A、B和D 3个基因组中各检测28个位点，平均等位变异丰富度分别为3.39、4.54和3.46(B>D>A)；平均遗传多样性指数分别为0.543、0.627和0.508(B>A>D)(图2 a)。在7个部分同源群的SSR平均等位变异丰富度顺序为：第7群(4.50)>第3群(4.25)>第6群(4.00)>第4群(3.75)>第5群(3.67)>第1群(3.42)>第2群(3.00)；平均遗传多样性指数顺序为：第7群(0.590)>第5群(0.584)>第2群(0.576)>第1群(0.570)>第3群(0.553)>第4群(0.531)>第6群(0.511)(图2 b)。

图2 矮抗58及衍生品种A、B、D基因组(a)和7个部分同源群(b)的平均等位变异丰富度和遗传多样性指数的比较Fig.2 The A, B and D genomes of Aikang 58 and its derivatives and comparison of mean allelic variation richness and genetic diversity index in 7 partial homologous groups

2.2 矮抗58及衍生品种间的遗传相似性

根据SSR扩增结果分析遗传相似性系数(Gs)，47份品种间的Gs变幅为0.544～0.922，其中，丰德存1号与丰德存麦12号间的Gs值最高(0.992)；洛麦34与涡麦11号间的Gs值最低(0.544)。矮抗58及衍生品种间Gs平均值为0.734，共有30个品种Gs高于供试材料的平均值，占参试品种的63.83%(见表3)。结果表明，矮抗58及其衍生品种间的遗传差异较小，亲缘关系较近。

2.3 矮抗58及衍生品种的聚类分析

依据47份品种的遗传相似系数，用UPGMA聚类分析，构建遗传聚类图(图3)。结果表明，在遗传相似系数0.740处，将47份材料分为六类。其中第三类、第六类均仅有1个材料，分别是国红三号和涡麦11号；第二类、第四类均含有2个材料，分别是迁麦088、新麦32和囤麦128、中育1211；第五类含有3个材料(洛麦34、洛麦29、洛麦28)；而第一类包括其余38份材料，遗传相似系数0.760处又可进一步分为4个亚组。

泳道M为DNA标记；泳道1～47为品种编号(材料名称见表1)图1 yzu 418027(A)和yzu 603254(B)对矮抗58及衍生品种的扩增结果Fig.1 Amplification results of yzu418027 and yzu603254 against Aikang 58 and its derivatives

3 结论与讨论

长期育种实践说明，骨干亲本的发掘、创造和评价利用是实现育种工作突破的关键[1]。目前，对不同时期小麦育种中发挥重要作用的骨干亲本如碧蚂4号、阿夫、欧柔、南大2419、矮孟牛、小偃6号、繁6、周8425 B等及其衍生品种(系)进行了研究，在一定程度上促进了对我国育种骨干亲本衍生规律的了解[5-8, 14-17]。矮抗58(系谱为周麦11//温麦6号/郑州8960)是河南科技学院小麦中心2005年育成的高产多抗小麦品种，是黄淮南部麦区种植面积最大的小麦品种。据统计利用矮抗58作为亲本，现已培育出70多个新品种，成为我国小麦新一代骨干亲本之一，所以研究矮抗58及其衍生品种的遗传多样性对于深入解析骨干亲本具有重要作用。

刘新伦等[8]利用29对SSR引物分析小麦骨干亲本阿夫(1956年国外引进)及衍生品种(系)共200份材料的遗传多样性，其材料间Gs在0.416 2～0.944 2之间，平均为0.661 9；李琼等[6]利用22对SSR引物分析了小偃6号(1981年育成)及其衍生品种(系)共54份材料的遗传多样性，其Gs在0.549～0.962之间，平均0.747。本研究分析了47份品种(矮抗58及其衍生品种)共检测出319个等位变异，平均每个SSR引物等位变异数为3.80个，PIC变化幅度为0.200～0.966，平均为0.559。这些品种Gs为0.544～0.922，平均为0.734，明显高于骨干亲本阿夫及衍生品种(系)，略低于小偃6号(1981年育成)及其衍生品种，本研究再次说明了优异骨干亲本在小麦育种中反复利用，将会降低后代品种间的遗传多样性，致使品种间遗传基础越来越狭窄[8]。同时，在矮抗58及衍生品种的A、B、D基因组遗传多样性分析中，发现SSR位点平均等位变异丰度分别为B(4.54)>D(3.46)>A(3.39)，平均遗传多样性指数分别为B(0.627)>A(0.543)>D(0.508)，其平均等位变异丰度与You等[18]B(7.92)>D(7.62)>A(6.88)和Plaschke等[19]B(6.87)>D(6.00)>A(5.50)的结果一致，但与郭小丽等[20]B(6.949)>A(6.606)>D(6.000)和刘新伦等[8]B(7.727)>A(7.143)>D(7.000)的结果不一致，这些研究结果均表明，小麦B基因组SSR多态性高于A、D基因组。在7个部分同源群中，第7群SSR位点平均等位变异丰富度及遗传多样性指数均表现最高，与郝晨阳等[12]研究我国育成小麦品种的遗传多样演变结果一致，但与刘新伦等[8]研究亲本阿夫及衍生品种(系)的结果不同，原因可能与试验材料及引物选择有关。

注：1～47为品种编号。图3 矮抗58及衍生品种的SSR标记聚类分析图Fig.3 Cluster analysis map of SSR markers of Aikang 58 and its derivatives

本研究选用覆盖小麦21对染色体的84对SSR的聚类分析，38份(80.9%)品种被聚在Ⅰ类。如来源于周麦16参与的后代的滑玉麦1号、金地828、囤麦127、周麦27号、丰德存麦12号、新科麦168、科林麦969聚在Ⅰ类中，但洛麦34却被聚在Ⅴ类中；但来源相同系谱的洛麦29和洛麦26被分别聚在Ⅴ和Ⅰ-4类。分析矮抗58与46份衍生品种的遗传相似系数，发现29份品种均与中育1211呈现最低遗传相似系数；具有矮抗58亲本1/2血缘的丰德存1号与丰德存麦12的遗传相似系数最高；同样，具有矮抗58亲本1/2血缘的相同系谱开麦22与洛麦31、濮麦6311与濮麦053的遗传相似系数却相对较低。说明其聚类结果与系谱会存在一定的不相符，进一步证实了在同一系谱中通过人工选择可以培育出遗传差异较大的优良品种[6,8]。