玉米種質資源的ssr多態(tài)性及種質群落劃分

玉米種質資源的ssr多態(tài)性及種質群落劃分

玉米優(yōu)勢群的劃分是繁殖工作的基礎，近年來引起了國內外科學家的關注。[1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12]。國內一些單位根據(jù)豫玉22號(綜3×87-1)的強優(yōu)勢表現(xiàn),以該品種作為研究玉米雜種優(yōu)勢機理和雜優(yōu)模式的基礎材料,對其產量性狀進行了詳細分析,并取得了初步研究結果。然而,對其父本自交系豫自87-1的優(yōu)勢類群的劃分尚不明確。本研究以豫自87-1、87-3等16個代表國內不同雜種優(yōu)勢類群的優(yōu)良自交系為研究材料,通過分子標記與配合力分析,以期探明豫自87-1的雜優(yōu)類群,為玉米育種提供理論依據(jù)。1材料和方法1.1試驗材料代表不同種質類群的16個國內常用優(yōu)良玉米自交系的來源列于表1。1.2ssr擴增數(shù)據(jù)的預處理采用改良的CTAB法提取葉片DNA,用721型紫外分光光度計檢測DNA濃度和質量,SSR引物序列來自MaizeGDB,上海生工生物工程有限公司合成。PCR反應在PTC-200PCR儀上進行,每20μL反應體系中含有10×PCRBuffer2.0μL,25mmol/LMgCl22.016μL,25mmol/L4dNTP0.32μL,5u/μLTaqDNA聚合酶0.2μL,50ng/μLPrimerPairs2.0μL,20ng/μL模板DNA2.5μL,ddH2O10.964μL。反應液上加蓋礦物油。熱循環(huán)反應過程包括:95℃模板DNA預變性1min,1個循環(huán);95℃DNA變性1min,55℃退火1min,70℃延伸1.5min,30循環(huán);72℃延伸5min。數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析:SSR擴增產物以0,1,9統(tǒng)計數(shù)據(jù)建立數(shù)據(jù)庫。在相同遷移位置上,有帶記為1,無帶記為0,缺失記為9。以簡單配對參數(shù)估計基因頻率,依據(jù)GS=m/(m+n)計算遺傳相似系數(shù),其中m為基因型間共有帶數(shù)目,n為差異帶數(shù)目。按UPGMA方法(UnweightPairGroupMethodUsingArithmeticAverages),采用NTSYS-pcVersion-1.8統(tǒng)計軟件對供試自交系進行系統(tǒng)聚類。1.3田間試驗設計及聚類分析2001年冬在海南按GriffingⅣ遺傳交配設計組配成120個雜交組合,2002年夏分別在河南農業(yè)大學科教園區(qū)和河南省農業(yè)學?？平虉@區(qū)兩地進行田間試驗。采用簡單格子方設計,每個地點2次重復,雙行區(qū),每行15株,行距66.7cm,株距27cm。每區(qū)行內選收10株室內考種,計算產量性狀的特殊配合力及各組合的對照優(yōu)勢值,以對照優(yōu)勢值作為多維空間的聚類點計算16個親本自交系的歐氏距離,最后用類平均法對自交系進行聚類。對照優(yōu)勢(%)=(組合的產量值-總體平均數(shù))/總體平均數(shù)×100。2結果與分析2.1玉米自交系的聚類分析利用玉米基因組的140對SSR引物對代表國內主要玉米優(yōu)勢類群的478、鄭22、8085等14個自交系以及豫自87-1、豫自87-3進行PCR擴增,從中篩選出均勻分布于玉米染色體組上的91對引物,共擴增出265個有變異的等位基因,每對引物檢測等位基因2~7個,平均為2.91個;平均多態(tài)性信息含量(PIC)為0.503。根據(jù)SSR標記的多態(tài)性分析,用UPGMA聚類法對16個自交系進行聚類的結果(圖1)表明:當T=1.32時,可將16個玉米自交系分成6個優(yōu)勢類群,分別為Ⅰ:Pop49和8085;Ⅱ:豫自87-1、豫自87-3、P138和許178;Ⅲ:N808、綜3和Hz32;Ⅳ:Mo17;Ⅴ:丹340、鄭22、掖478和鄭58;Ⅵ:黃早4與K12。結果發(fā)現(xiàn)豫自87-1、豫自87-3不僅與經中國農業(yè)大學證實具有熱帶種質成份的P138、許178聚為一類,同時它們與Ⅰ類即來源于東南亞的8085、引自墨西哥的Pop49可進一步聚為一大類,說明自交系豫自87-1中含有明顯的熱帶種質成份。同時看出,豫自87-1與綜3分屬不同類群,親緣關系較遠,這是其間產生強優(yōu)勢的遺傳基礎。2.2聚類分析結果根據(jù)特殊配合力效應(表2),對親本進行系統(tǒng)聚類,結果如圖2,若取T=1.4,整體上看結果與SSR標記分析的結果基本一致,不同之處在于:系統(tǒng)聚類將鄭22與丹340分開,各自聚為一類,且丹340又與綜合種選系的距離較近。出現(xiàn)這一結果的原因,一方面與自交系(如鄭22)在選育過程中增加有其他種質成分有關,另一方面也暴露了系統(tǒng)聚類法存在試驗結果易受環(huán)境條件影響,準確性較差的弱點;Mo17與HZ32均屬Lancaster血統(tǒng),聚為一類,符合系統(tǒng)聚類的預期結果,但二者間的遺傳距離較遠,因為Mo17是美國從雜交組合“187-2×C103”中選出的二環(huán)系,而HZ32是由鳳可1和自330雜交后代中選出;Pop49和8085的遺傳距離雖然較遠,但與供試的其他自交系相比,8085與Pop49相對較近,仍歸為一類。3討論3.1多種自交系聚類特征本研究依據(jù)SSR多態(tài)性分析結果將供試自交系分為6個優(yōu)勢類群,與配合力分析結果基本吻合。兩種方法聚類結果均將豫自87-1與帶有明顯熱帶血緣的自交系P138和許178聚為同一類群,說明豫自87-1含有熱帶種質成分。不同優(yōu)勢類群之間往往表現(xiàn)雜種優(yōu)勢,豫玉22號的強優(yōu)勢表現(xiàn)及廣泛適應性即是典型例證。從聚類圖1和圖2不難看出,豫玉22號的兩個親本自交系豫自87-1和綜3分屬不同優(yōu)勢類群,說明其間存在較大的遺傳差異,這是二者雜交易產生明顯雜種優(yōu)勢的遺傳基礎;從親本的遺傳表型看,豫自87-1具有高配合力、高抗病性和耐旱性(耐旱系數(shù)為0.762)、果穗短粗等特點;而綜3表現(xiàn)優(yōu)質、長穗,自身產量高,配合力高,株型清秀較緊湊。由于這兩個自交系來源不同,遺傳差異大,在品質、產量配合力等主要性狀方面有共同優(yōu)勢,穗部性狀優(yōu)勢互補,因此,由此組配的雜交種豫玉22號表現(xiàn)出高產、優(yōu)質、多抗、廣適等強大的雜種優(yōu)勢,雙親的SCA效應值為0.22,在87-1所配的15個組合中居第2位(表2)。3.2利用分子標記方法進行分子聚類分析和鑒定依據(jù)特殊配合力劃分玉米雜種優(yōu)勢類群是一種常用的雜種優(yōu)勢類群的劃分方法,但由于受氣候、土壤肥力以及栽培管理條件等多種因素的影響,必須進行多年多點試驗,才能保證分類結果的一致性,而本研究僅有1年的田間試驗結果;再者,值得注意的是,一些育種者為了改變原有材料的某些缺點,在選系過程中有意參入部分其他的有用種質,包括二環(huán)系選育法在內,從某種意義上說,勢必產生“混血兒”,增加了自交系間準確聚類的難度。利用分子標記方法,根據(jù)遺傳多態(tài)性,劃分玉米雜種優(yōu)勢類群和研究自交系的血緣關系,至少排除了田間試驗諸多因素的影響,保證試驗結果的相對準確性,這可能是在本研究中根據(jù)田間產量特殊配合力聚類的結果和室內分子聚類結果存在一定差異的主要原因。另一方面,分子標記方法鑒定的自交系間的遺傳多態(tài)性,其中代表有關雜種優(yōu)勢的基因位點的比重占多少,也需要通過田間試驗根據(jù)產量配合力表現(xiàn)來衡量。因此在進行雜種優(yōu)勢類群劃分研究中,建議兩種方法結合使用。3.3玉米雜交的加工20世紀80年代以后,我國利用來自美國先鋒公司玉米雜交種選育了大量的優(yōu)良自交系,并以這批玉米自交系組配出大量優(yōu)良的玉米雜交種,如目前我國玉米生產上大面積