甘藍(lán)型油菜親本遺傳差異與雜種優(yōu)勢表現(xiàn)

陳 鋒,張潔夫,張 維,付三雄,陳 松

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甘藍(lán)型油菜親本遺傳差異與雜種優(yōu)勢表現(xiàn)

陳 鋒,張潔夫,張 維,付三雄,陳 松

摘要：以4個甘藍(lán)型油菜核不育系和10個不同來源的恢復(fù)系為材料,按照NC法配制40個雜交組合,應(yīng)用SSR分子標(biāo)記分析了親本的遺傳多樣性,探討了親本遺傳差異與雜交組合雜種優(yōu)勢表現(xiàn)的關(guān)系。相關(guān)分析結(jié)果顯示：親本間分子遺傳距離與雜種后代產(chǎn)量的對照優(yōu)勢呈顯著正相關(guān),但與雜種后代產(chǎn)量的超親優(yōu)勢無顯著相關(guān)性。聚類分析將14個親本分為3組,組間配組雜交組合的雜交優(yōu)勢明顯強(qiáng)于組內(nèi)配組雜交組合的。

關(guān)鍵詞：甘藍(lán)型油菜;親本；分子遺傳距離;雜種優(yōu)勢;聚類分析

油菜是我國主要的油料作物之一,我國的油菜種植面積和總產(chǎn)均占世界的1/3[1]。菜籽油占國產(chǎn)油料作物產(chǎn)油量的57%～60%,是國產(chǎn)食用植物油的第一大來源,在我國食用油市場中占有舉足輕重的地位。提高油菜產(chǎn)油量是當(dāng)前油菜育種的重要目標(biāo)之一,而種植雜交油菜是提高單產(chǎn)、保障收益的有效途徑。

在雜交油菜育種工作中,提高單產(chǎn)一直是首要目標(biāo)。傳統(tǒng)的方法是通過大量組配雜交組合,再通過逐年的配合力、產(chǎn)量、適應(yīng)性等鑒定試驗(yàn),選出強(qiáng)優(yōu)勢組合。但這種方法工作量大,篩選效率比較低。一般認(rèn)為,在一定范圍內(nèi),親本遺傳差異越大,雜種優(yōu)勢就越強(qiáng)。如果在育種早期對親本進(jìn)行遺傳差異鑒定,選取遺傳差異較大的親本配組,則獲得強(qiáng)優(yōu)勢組合的幾率會提高[2]。

隨著分子生物學(xué)的發(fā)展,分子標(biāo)記技術(shù)的應(yīng)用使育種工作者能夠準(zhǔn)確地了解親本間分子遺傳差異,從而有選擇地安排雜交配組,達(dá)到減少工作量、提高選擇效率的目的。對于分子遺傳距離的預(yù)測效果,已有的研究結(jié)論不盡相同。譚祖猛等[3]、姚艷梅等[4]研究認(rèn)為, SRAP標(biāo)記遺傳距離能夠預(yù)測雜種優(yōu)勢;但劉婕等[5]用AFLP、SSR及SRAP三種標(biāo)記方法的研究結(jié)果表明,分子遺傳距離與用于估算遺傳距離的標(biāo)記類型沒有關(guān)系,并且不能用于預(yù)測雜種優(yōu)勢表現(xiàn);顧慧等[6]研究認(rèn)為SRAP標(biāo)記遺傳距離難以預(yù)測品種間雜種優(yōu)勢。

筆者結(jié)合實(shí)際的育種工作,以4個甘藍(lán)型油菜核不育系母本、10個常規(guī)恢復(fù)品系以及配制的40個雜交組合為試驗(yàn)材料,用SSR分子標(biāo)記研究了親本間遺傳差異,探討了親本間分子遺傳差異與雜種優(yōu)勢之間的關(guān)系,以期為以后的雜交油菜育種工作中親本的選擇及雜種優(yōu)勢預(yù)測提供理論參考。

1材料與方法

1.1供試材料

以4個甘藍(lán)型油菜核不育系、10個不同來源的常規(guī)品系(恢復(fù)系)為親本,按照不完全雙列雜交法配制40個雜交組合。親本名稱及來源見表1。

表1　供試親本材料及其來源

1.2SSR分子標(biāo)記

在苗期取4個不育系母本和10個恢復(fù)系的單株幼嫩葉片,參照Murray等[7]報道的CTAB法(筆者作了適當(dāng)修改)提取DNA。PCR反應(yīng)體系為：50 ng/μL DNA模板1 μL、上下游引物各0.2 μmol/L、1×PCR Buffer、2.0 mmol/L MgCl2、200 μmol/L dNTPs、0.5 U Taq酶,用ddH2O補(bǔ)足至10 μL。PCR擴(kuò)增程序?yàn)?94 ℃預(yù)變性4 min;94 ℃變性40 s,60 ℃(-0.5 ℃/循環(huán))退火30 s,72 ℃延伸40 s,10個循環(huán);94 ℃變性40 s,55 ℃退火30 s,72 ℃延伸40 s,25個循環(huán);72 ℃延伸7 min。用8%聚丙烯酰胺凝膠電泳,銀染[8]。電泳結(jié)果存在多態(tài)性的,在相同遷移率位置上,有帶的記為1,無帶的記為0,一連串不同的1和0組成各親本的分子標(biāo)記數(shù)據(jù)。

1.3田間試驗(yàn)與數(shù)據(jù)記載

將10個恢復(fù)系與40個雜交組合共50個材料,于2010～2012年在江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院溧水植物實(shí)驗(yàn)基地進(jìn)行連續(xù)兩年的產(chǎn)量鑒定試驗(yàn),采用裂區(qū)隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),每組試驗(yàn)3個重復(fù),12行區(qū),行距40 cm,株距15 cm,行長3.2 m,以秦油7號為對照。于成熟期在每個重復(fù)中間行連續(xù)取樣5株(對照秦油7號未取樣),考察植株的高度、一次分枝數(shù)、總角果數(shù)、角果長度、每角粒數(shù)、千粒重和單株產(chǎn)量;在收獲時每個小區(qū)單打?qū)嵤沼?jì)產(chǎn)。對所有數(shù)據(jù)均取兩年試驗(yàn)的平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

1.4統(tǒng)計(jì)分析

用軟件NTSYS 2.1對14個親本的分子標(biāo)記數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,估算親本間的分子遺傳距離，用軟件的UPGMA聚類分析功能將親本進(jìn)行聚類。根據(jù)田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算雜交組合產(chǎn)量的對照優(yōu)勢和超親優(yōu)勢以及考種性狀的超親優(yōu)勢；用SPSS 18統(tǒng)計(jì)軟件分析親本間分子遺傳距離與各雜交優(yōu)勢間的相關(guān)性。

2結(jié)果與分析

2.1分子標(biāo)記結(jié)果

篩選擴(kuò)增了69對SSR引物,去除多態(tài)性表現(xiàn)相同的標(biāo)記后,共獲得100個多態(tài)性標(biāo)記數(shù)據(jù),即每個親本的標(biāo)記數(shù)據(jù)均為100個數(shù)字,由不同排列的數(shù)字1和0組成。

2.2分子遺傳距離與聚類分析

用軟件NTSYS 2.1對14個親本的分子標(biāo)記數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,估算出不育系與恢復(fù)系間的分子遺傳距離(表2)。結(jié)果顯示：分子遺傳距離在0.3862～0.9153之間,數(shù)值越大,表示遺傳差異越大；在40個雜交組合中最大的親本遺傳差異存在于97A與08P15間,最小的遺傳差異存在于T2A與07-2090間。

表2　不育系與恢復(fù)系間分子遺傳距離

根據(jù)分子標(biāo)記數(shù)據(jù)的UPGMA聚類分析結(jié)果,可以將14個親本在遺傳相似系數(shù)0.59處分為3組:不育系G2A、97A、22A與恢復(fù)系08H27、NY18為第1組(G1)；恢復(fù)系P10、08-1127、08P2與08P15聚為第2組(G2)；第3組(G3)有不育系T2A和其余4個恢復(fù)系(圖1)。

2.3雜種優(yōu)勢表現(xiàn)

由于不同核不育系的結(jié)實(shí)率不同,不育系的產(chǎn)量低且受種植條件和環(huán)境條件的影響較大,所以只將恢復(fù)系放入產(chǎn)量鑒定試驗(yàn)進(jìn)行比較。根據(jù)連續(xù)兩年產(chǎn)量鑒定試驗(yàn)的產(chǎn)量結(jié)果計(jì)算雜交組合產(chǎn)量的對照優(yōu)勢和超親優(yōu)勢,根據(jù)考種結(jié)果計(jì)算出雜交組合各考種性狀的超親優(yōu)勢。表3結(jié)果顯示：產(chǎn)量對照優(yōu)勢最強(qiáng)的組合是97A/P15,達(dá)到19.50%，最弱的是T2A/082027,所有組合的平均對照優(yōu)勢為7.38%;產(chǎn)量超親優(yōu)勢最強(qiáng)的是G2A/1010,為46.38%,所有組合的平均超親優(yōu)勢為15.68%;各考種性狀的超親優(yōu)勢表現(xiàn)不一,平均優(yōu)勢表現(xiàn)比較強(qiáng)的是單株產(chǎn)量和每角粒數(shù),而角果長度和千粒重的平均超親優(yōu)勢則為負(fù)值。

2.4分子遺傳距離與雜種優(yōu)勢

相關(guān)分析結(jié)果顯示：親本間的分子遺傳距離與雜交組合的對照優(yōu)勢呈顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)r=0.297(P<0.05),決定系數(shù)較小,r2=0.088;雜交組合相對于其恢復(fù)系的產(chǎn)量超親優(yōu)勢及考種性狀超親優(yōu)勢與親本間分子遺傳距離的相關(guān)性均不顯著(表4)。以上結(jié)果表明,在雜交油菜育種過程中,分子遺傳距離可以作為一種輔助手段來預(yù)測雜交組合的雜種優(yōu)勢表現(xiàn),但結(jié)果尚不完全對應(yīng)。

2.5親本聚類與雜種優(yōu)勢

聚類分析將14個親本分為3組,其中G1含3個不育系,G3含1個不育系。G1組中不育系作母本的共有30個雜交組合,占全部雜交組合的3/4,其中組內(nèi)配組G1×G1有6個雜交組合,組間配組G1×G2和G1×G3各有12個雜交組合。從表5可以看出：組間配組的雜交優(yōu)勢明顯強(qiáng)于組內(nèi)配組的,G1×G2與G1×G3的對照優(yōu)勢平均值顯著大于G1×G1的;G1×G2與G1×G3的超親優(yōu)勢平均值分別達(dá)到了17.48%和19.72%,也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于G1×G1的(7.96%);一次分枝數(shù)、每角粒數(shù)、單株產(chǎn)量等關(guān)鍵考種性狀的超親優(yōu)勢也表現(xiàn)為組間配組顯著強(qiáng)于組內(nèi)配組。

圖1　14個親本的SSR標(biāo)記聚類結(jié)果

表3雜交組合的雜種優(yōu)勢表現(xiàn)

%

表4　分子遺傳距離與雜種優(yōu)勢間的相關(guān)性

注：“*”表示在0.05水平上顯著相關(guān)。

表5親本的聚類分組與雜種優(yōu)勢

%

3討論

本研究利用SSR分子標(biāo)記估算了甘藍(lán)型油菜核不育系和恢復(fù)系之間的分子遺傳距離,并根據(jù)標(biāo)記數(shù)據(jù)對親本進(jìn)行了聚類。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：用SSR標(biāo)記分子遺傳距離預(yù)測雜種優(yōu)勢的可靠度有限,目前只能作為產(chǎn)量雜種優(yōu)勢預(yù)測的一種輔助方法;利用分子標(biāo)記可以將親本進(jìn)行優(yōu)勢群組劃分,選擇不同聚類組間的親本進(jìn)行雜交配組,獲得強(qiáng)優(yōu)勢組合的幾率較高。

在本研究中,分子遺傳距離與雜交組合的產(chǎn)量對照優(yōu)勢呈顯著正相關(guān),但是與產(chǎn)量超親優(yōu)勢呈負(fù)相關(guān),與株高、一次分枝數(shù)、單株產(chǎn)量等考種性狀的超親優(yōu)勢相關(guān)均不顯著,這是由試驗(yàn)中10個恢復(fù)系的產(chǎn)量和性狀表現(xiàn)不同造成的。對于一個雜交組合,考察對照優(yōu)勢比考察超親優(yōu)勢更有實(shí)際意義,對照優(yōu)勢代表了絕對產(chǎn)量,而超親優(yōu)勢則代表相對產(chǎn)量,如果恢復(fù)系的產(chǎn)量不高,就算超親優(yōu)勢再強(qiáng),其絕對產(chǎn)量也可能不高。

綜上所述,在實(shí)際的雜交油菜育種工作中,如果能結(jié)合親本遺傳差異和親本自身的性狀表現(xiàn),優(yōu)選親本配組,就能保證在獲得一定數(shù)量的高產(chǎn)組合前提下,大大減少育種的工作量,提高選擇效率。

參考文獻(xiàn):

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[2] Brandle J E, McVetty P B E. Geographical diversity, parental selection and heterosis in oilseed rape[J]. Canadian Journal of Plant Science, 1990, 70: 935-940.

[3] 譚祖猛,李云昌,胡瓊,等.通過分子標(biāo)記估算遺傳距離預(yù)測甘藍(lán)型油菜的雜種優(yōu)勢[J].中國油料作物學(xué)報,2007,29(2):126-132.

[4] 姚艷梅,聶平,杜德志.不同生態(tài)類型甘藍(lán)型油菜的SRAP分析及其遺傳距離與雜種優(yōu)勢的關(guān)系[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報,2012,21(1):80-87.

[5] 劉捷,唐章林,劉列釗,等.甘藍(lán)型油菜遺傳距離與雜種表現(xiàn)和雜種優(yōu)勢相關(guān)性分析[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報,2006,19:555-559.

[6] 顧慧,陳新軍,付三雄,等. SRAP標(biāo)記預(yù)測甘藍(lán)型油菜常規(guī)品種間雜種優(yōu)勢[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2011,39(6):169-171.

[7] Murray M G, Thompson W F. Rapid isolation of high molecular weight plant DNA[J]. Nucl Acids Res, 1980, 8(19): 4321-4326.

[8] 張潔夫,戚存扣,浦惠明,等.甘藍(lán)型油菜SSR檢測體系的優(yōu)化[J].江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報,2004,20(4):225-229.

(責(zé)任編輯:黃榮華)

Genetic Diversity of Parents and Heterotic Performance inBrassicanapusL.

CHEN Feng, ZHANG Jie-fu, ZHANG Wei, FU San-xiong, CHEN Song

(Key Laboratory of Cotton and Rapeseed (Nanjing), Agricultural Ministry of China/Institute of Industrial Crops,

Jiangsu Academy of Agricultural Sciences, Nanjing 210014, China)

Abstract：Forty cross combinations of four genic male sterile lines and 10 restorer lines from different origins were obtained according to NC Ⅱ method, the relationship analysis between parental genetic diversity and heterotic performances by using SSR molecular markers. The results showed that the parental molecular genetic distance (PMGD) was highly and positively correlated compared with the control heterosis, but with a small coefficient of determination, there was no significant correlation between PMGD and transgressive heterosis, indicating that PMGD was not necessarily reliable for predicting the heterosis of their hybrids. Three groups were obtained according to cluster analysis on the 14 parents, the heterosis of cross combinations between groups was much stronger than that of in groups, suggesting that the high heterotic patterns could be obtained by crossing in between groups.

Key words：Brassica napus; Molecular genetic distance; Heterosis; Cluster analysis

中圖分類號：S565.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1001-8581(2016)02-0035-04

作者簡介：陳鋒(1981─),男,江蘇如皋人,助理研究員,主要從事油菜遺傳育種研究。

基金項(xiàng)目：江蘇省科技支撐計(jì)劃(BE2013435);江蘇省農(nóng)業(yè)三新工程[SXGC(2014)301]。

收稿日期：2015-07-20

(農(nóng)業(yè)部 長江下游棉花與油菜重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(南京)/江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 經(jīng)濟(jì)作物研究所,江蘇 南京 210014)