玉米種質(zhì)資源的ssr多態(tài)性及種質(zhì)群落劃分

玉米種質(zhì)資源的ssr多態(tài)性及種質(zhì)群落劃分

玉米優(yōu)勢群的劃分是繁殖工作的基礎(chǔ)，近年來引起了國內(nèi)外科學(xué)家的關(guān)注。[1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12]。國內(nèi)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(chǔ)材料,對其產(chǎn)量性狀進(jìn)行了詳細(xì)分析,并取得了初步研究結(jié)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(nèi)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(biāo)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(zhì)類群的16個國內(nèi)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(yù)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(zhì)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(yīng)在PTC-200PCR儀上進(jìn)行,每20μL反應(yīng)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(yīng)液上加蓋礦物油。熱循環(huán)反應(yīng)過程包括:95℃模板DNA預(yù)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(chǎn)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(jìn)行系統(tǒng)聚類。1.3田間試驗設(shè)計及聚類分析2001年冬在海南按GriffingⅣ遺傳交配設(shè)計組配成120個雜交組合,2002年夏分別在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)科教園區(qū)和河南省農(nóng)業(yè)學(xué)?？平虉@區(qū)兩地進(jìn)行田間試驗。采用簡單格子方設(shè)計,每個地點2次重復(fù),雙行區(qū),每行15株,行距66.7cm,株距27cm。每區(qū)行內(nèi)選收10株室內(nèi)考種,計算產(chǎn)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(jìn)行聚類。對照優(yōu)勢(%)=(組合的產(chǎn)量值-總體平均數(shù))/總體平均數(shù)×100。2結(jié)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(nèi)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(jìn)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(biāo)記的多態(tài)性分析,用UPGMA聚類法對16個自交系進(jìn)行聚類的結(jié)果(圖1)表明:當(dāng)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(jié)果發(fā)現(xiàn)豫自87-1、豫自87-3不僅與經(jīng)中國農(nóng)業(yè)大學(xué)證實具有熱帶種質(zhì)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(jìn)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(zhì)成份。同時看出,豫自87-1與綜3分屬不同類群,親緣關(guān)系較遠(yuǎn),這是其間產(chǎn)生強優(yōu)勢的遺傳基礎(chǔ)。2.2聚類分析結(jié)果根據(jù)特殊配合力效應(yīng)(表2),對親本進(jìn)行系統(tǒng)聚類,結(jié)果如圖2,若取T=1.4,整體上看結(jié)果與SSR標(biāo)記分析的結(jié)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(jié)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(zhì)成分有關(guān),另一方面也暴露了系統(tǒng)聚類法存在試驗結(jié)果易受環(huán)境條件影響,準(zhǔn)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(yù)期結(jié)果,但二者間的遺傳距離較遠(yuǎn),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(yuǎn),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(jié)果將供試自交系分為6個優(yōu)勢類群,與配合力分析結(jié)果基本吻合。兩種方法聚類結(jié)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(zhì)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(yīng)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(chǎn)生明顯雜種優(yōu)勢的遺傳基礎(chǔ);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(zhì)、長穗,自身產(chǎn)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(zhì)、產(chǎn)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(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、多抗、廣適等強大的雜種優(yōu)勢,雙親的SCA效應(yīng)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(biāo)記方法進(jìn)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(jìn)行多年多點試驗,才能保證分類結(jié)果的一致性,而本研究僅有1年的田間試驗結(jié)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(zhì),包括二環(huán)系選育法在內(nèi),從某種意義上說,勢必產(chǎn)生“混血兒”,增加了自交系間準(zhǔn)確聚類的難度。利用分子標(biāo)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(guān)系,至少排除了田間試驗諸多因素的影響,保證試驗結(jié)果的相對準(zhǔn)確性,這可能是在本研究中根據(jù)田間產(chǎn)量特殊配合力聚類的結(jié)果和室內(nèi)分子聚類結(jié)果存在一定差異的主要原因。另一方面,分子標(biāo)記方法鑒定的自交系間的遺傳多態(tài)性,其中代表有關(guān)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(chǎn)量配合力表現(xiàn)來衡量。因此在進(jìn)行雜種優(yōu)勢類群劃分研究中,建議兩種方法結(jié)合使用。3.3玉米雜交的加工20世紀(jì)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(chǎn)上大面積