利用SNP 标记划分玉米自交系杂种优势类群

师亚琴 孟庆立 杨少伟 张宇文 雷格丽

（1 宝鸡市农业科学研究院，陕西岐山 722499；2 宝鸡迪兴农业科技有限公司，陕西眉县 722305）

玉米是我国第一大粮食作物，同时也是重要的饲料和工业原料，对保障国家粮食安全具有重要作用[1-2]。种质资源是研究作物起源、进化，培育作物新品种的基础材料[3]。当前玉米生产中，产量、品质、抗逆性的提高和改善主要归功于杂种优势育种的利用。因此，通过对种质资源类群的划分并建立相应的杂种优势模式，能有效地改良自交系和选配杂交组合，拓宽种质遗传基础，是提高玉米育种的重要手段。

随着生物技术的不断发展，SNP 标记技术作为第三代分子标记，具有分布广泛、系统化自动化程度高、易于建立标准化操作等优点，在农作物遗传多样性分析、种间亲缘关系分析和种质资源鉴定方面具有广泛的应用[4]。其中，卢柏山等[5]利用1031 个SNP 标记将39 份甜玉米自交系划分为5 个类群。吴金凤等[6]利用1041 个SNP 标记对51 份自交系进行类群划分，划群结果与系谱来源一致。何冰纾等[7]利用 SNP 标记推断陕单609 的杂种优势模式为Reid×塘四平头。本研究利用中玉金标记（北京）生物技术有限公司（以下简称中玉金标记）玉米10K SNP 芯片（中玉芯1 号）检测，利用其中4550个标记，研究了80 份已知系谱来源或未知血缘的玉米自交系的杂种优势类群，检验SNP 标记开展类群划分的可靠性，同时为玉米自交系改良和新品种的选育提供支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料本研究选取80 份玉米自交系为试验材料，自交系编号为BJ1801～BJ1880，材料来源详细信息见表1。

表1 材料编号及系谱来源

1.2 试验方法大田幼苗3 叶1 心后用打孔器取嫩叶，并将取好叶片的采样管放在取样盘中对应的位置，置于冰盒保存，交由中玉金标记完成SNP 芯片检测。在种质资源分析中，中玉金标记加入了一批玉米骨干自交系作为杂种优势群划分的参照。

1.3 数据分析利用PowerMarker V3.25 软件对SNP 位点进行遗传多样性分析，计算多态性信息含量（PIC）以及自交系间遗传距离，并利用Treebest软件构建NJ 聚类图，进行杂种优势群的划分。

2 结果与分析

2.1 数据质控本研究使用中玉芯1 号设计的标记做分析，在基因分型之前，先计算各自交系的DQC（Dish QC）和call rate（CR）值，以DQC＞0.82、CR＞96%做筛选阈值，对80 份自交系进行质控。结果表明，79 份自交系同时达到DQC 和CR 阈值，BJ1809 的CR 值低于阈值，在后续分析中被舍弃；自交系质控的平均CR 值为99.252%。79 份自交系进行SNP 位点质控后，剩余8279 个标记。将供试自交系数据与中玉金标记种质资源库数据合并，去除缺失率＞0.1、MAF＜0.05 的位点，剩余4550 个标记进行后续分析。

2.2 SNP 位点遗传多样性分析PIC 值是衡量DNA 座位变异程度高低的重要指标。根据Botstein等[8]提出的多态性信息含量评价指标，当 PIC ≥0.5时为高度多态；0.25 ≤PIC＜0.5 时为中度多态；PIC＜0.25 时为低度多态。本研究中，4550 个SNP 位点在79 份玉米自交系上的平均PIC 值为0.39，为中度多态，说明79 份自交系遗传多样性较好。

2.3 自交系遗传相似度根据 SNP 位点的基因分型数据，应用Nei’s 1972 算法计算自交系之间的遗传距离。结果表明，79 份自交系间的遗传相似度变化为 24.9%～99.9%，自交系间平均遗传相似度为51.2%，其中自交系BJ1864 与 BJ1811 之间遗传相似度最低，表明这2 个自交系亲缘关系最远，遗传差异较大；而BJ1848 与 BJ1849 之间遗传相似度最高，表明这2 个自交系血缘关系最近，遗传差异较小。

根据计算的遗传相似度，以10%为组距进行频数分布分析（图1）。可以看出，79 份自交系间遗传相似度主要分布在50%～60%之间，有1586 对自交系，占总数的52.81%；遗传相似度一般在60%或70%以上，则认为是同一血缘材料，其中60%以上遗传相似度有303 对，占总数的10.09%；遗传相似度在50%以下代表材料间没有明显的血缘关系，有1114 对，占总数的37.10%。结果表明，79 份玉米自交系间遗传关系比较丰富。

图1 79 份玉米自交系之间的相似度频数分布图

2.4 自交系聚类分析利用中玉金标记提供的45份骨干自交系做分类参考，并计算与供试自交系之间的遗传距离，构建NJ 聚类图，进行聚类分析。聚类分析结果表明，79 份自交系除BJ18053 未划分出对应的类群，其余78 份自交系可被划分为明显的两大类（图2），两大类又可被分为7 个亚群，一类包含瑞德、黄改、P 群和Lancaster，另一类包含Iodent、迪卡选系和先锋改良群。第Ⅰ类群包括BJ1835、BJ1837、BJ1842 等8 个自交系，属瑞德群。第Ⅱ类群包括BJ1826、BJ1830、BJ1875、BJ1879，为昌7-2 改良系，属黄改群。第Ⅲ类群包括BJ1813、BJ1838、BJ1878 3 个自交系，属P 群。第Ⅳ类群包 括BJ1841、BJ1812、BJ1814 等5 个自交系，属Lancaster 群。第Ⅴ类群包括BJ1863、BJ1845、BJ1815 等27 个自交系，属先锋改良群。第Ⅵ类群包 括BJ1822、BJ1867、BJ1868 等18 个自交系，属迪卡选系群。第Ⅶ类群包括BJ1801、BJ1804、BJ1802 等13 个自交系，属Iodent 群。

图2 供试自交系聚类分析图

3 结论与讨论

本研究利用4550 个标记对80 份自交系进行类群划分，SNP 位点多态性信息含量平均值为0.39。赵久然等[9]利用SNP 标记对344 份玉米自交系进行遗传多样性分析，结果表明，3072 个SNP 位点多态性信息含量平均值为0.344。本研究选用的4550个SNP 位点具有较高的多态性和类群区分能力。孙友位等[10]利用SSR 标记研究85 个自交系的遗传多样性，将85 份自交系分为两类6 个亚群，一类包含 PA、热带种质和旅大红骨，另一类包含Lancaster、塘四平头和农家种。本研究将供试自交系划分为两大类、7 个亚群，一类包含瑞德、黄改、P 群和Lancaster，另一类包含Iodent、迪卡选系和先锋改良群。这可能是由于种质资源基础不同，造成划分结果不同。本研究结果表明，杂种优势群划分结果与系谱来源有较好的一致性，如BJ1817 和BJ1818均为14025×14022 选育而来，被聚为同一类群；BJ1830、BJ1875 均为昌7-2 改良系，被聚为同一类群。此外，未知血缘的自交系也划入相应的类群中，如BJ1871、BJ1876 划入先锋改良群；BJ1803、BJ1822、BJ1823、BJ1851 等8 个自交系划入迪卡选系群。说明利用SNP 标记进行玉米自交系类群划分可正确反映自交系间的血缘关系，明晰未知血缘关系的自交系所属类群，为自交系间的改良、杂交种的组配提供依据，降低育种工作中的盲目性，加快育种工作进程。

供试材 料BJ1801、BJ1804 和BJ1840 引进时系谱来源记载为696F 改良系，应该划入同一群中，但试验结果却是BJ1801、BJ1804 划入Iodent 群，BJ1840 划入迪卡选系群，这可能是BJ1840 在改良696F 时应用了迪卡选系群的种质。此外，BJ1835和BJ1836 系谱记载为DK519 二环选系，在类群划分时，BJ1835 划入瑞德群，BJ1836 为迪卡选系群，这可能是由于BJ1835 在选系时为开放授粉，引入了瑞德群的种质。在自交系改良时应有明确的方向，尽可能应用归属同一大类的亚群之间的材料进行改良，既能保持杂种优势，又可以丰富遗传背景。同时，应避免开放授粉选系，以免造成血缘不清难以利用。