野生大豆育成品種與其親本間的SSR聚類分析

呂祝章+王文哲+梁青+邱麗娟

摘要：采用分布于大豆（Glycine max）全基因組的90對(duì)SSR引物，對(duì)來自全國在生產(chǎn)上大面積推廣應(yīng)用的具有野生大豆（Glycine soja）血緣的10個(gè)大豆育成品種及其17個(gè)親本材料進(jìn)行聚類和遺傳距離分析。結(jié)果表明，當(dāng)遺傳相似系數(shù)為0.67時(shí)，所有供試材料被分成三類，即育成的大豆品種與其栽培大豆親本聚為一類，野生大豆親本在三類中均有分布；野生大豆親本與栽培大豆親本間的遺傳距離0.177 6>野生大豆親本與育成大豆品種間的遺傳距離0.149 0>栽培大豆親本與育成大豆品種間的遺傳距離0.092 9。表明野生大豆與栽培大豆間有較大的遺傳差異性，應(yīng)用遺傳基礎(chǔ)不同及遺傳差異性較大的野生大豆與栽培大豆之間進(jìn)行雜交選擇，進(jìn)而拓寬大豆的遺傳基礎(chǔ)、豐富大豆遺傳多樣性是有效和可行的。

關(guān)鍵詞：野生大豆（Glycine soja）；育成品種；聚類分析；遺傳距離；SSR

中圖分類號(hào)：S565.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2017）12-2215-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.12.005

SSR Cluster Analysis between Cultivars and Their Parents in Wild Soybean

L？譈 Zhu-zhang1，WANG Wen-zhe1，LIANG Qing1，QIU Li-juan2

（1. Rizhao Polytechnic College， Rizhao 276826， Shandong， China； 2. The Key Open Laboratory of Crop Germplasm and Biotechnology of the Ministry of Agriculture/the Major Project of Crop Gene Resources and Genetic Improvement of China/Crops Research Institute， Chinese Academy of Agricultural Sciences， Beijing 100081， China）

Abstract： 90 pairs of SSR primer distributed in soybean genome were used for clustering and genetic distance analysis of 10 improved soybean varieties with wild soybean blood and their 17 parental materials. Results showed that when the genetic similarity coefficient was 0.67，all tested materials were divided into three groups， namely improved soybean varieties and cultivated soybean parents together as a class，wild soybean parents were distributed in all three categories. The genetic distance of 0.177 6 between wild soybean parents and cultivated soybean parents>the genetic distance of 0.149 0 between wild soybean parents and improved soybean varieties > the genetic distance of 0.092 9 between cultivated soybean parents and improved soybean varieties.It indicated that there were large genetic differences between wild and cultivated soybean， and it was feasible and effective to expand soybean genetic basis and enrich soybean genetic diversity by hybridization and selection between wild soybean and cultivated soybean with different genetic basis and big genetic difference.

Key words： wild soybean（Glycine soja）； improved variety； cluster analysis； genetic distance； SSR

種質(zhì)資源是基因的載體，是遺傳改良和育種的基礎(chǔ)，育種工作成就的大小，在很大程度上取決于對(duì)種質(zhì)資源的了解、掌握和利用程度?？v觀世界近代和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)三次跨越式發(fā)展，作物種質(zhì)資源的發(fā)掘與利用都起到了巨大作用[1-6]。中國是大豆（Glycine max）的發(fā)源地，有占世界90%以上的豐富的野生大豆（Glycine soja）資源。野生大豆被認(rèn)為是提高栽培大豆蛋白質(zhì)含量、改善品質(zhì)、增強(qiáng)抗性的重要基因來源[7]。近三十年來，中國大豆育種工作者也重視和利用野生大豆資源開展大豆育種工作，創(chuàng)新培育出獲國家發(fā)明獎(jiǎng)的鐵豐18號(hào)和吉林小粒1號(hào)，獲省級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)的雜交豆1號(hào)、龍品8807和龍小粒豆1號(hào)，先后有18個(gè)育成品種被國家和省級(jí)審定，取得了驕人的成績(jī)。

近年來分子標(biāo)記技術(shù)在作物親緣關(guān)系及其遺傳相似性研究方面發(fā)揮了重要作用[8]，已有利用分子標(biāo)記和系譜資料綜合分析作物品種間親緣關(guān)系及其遺傳相似性的研究報(bào)道[9-12]，但應(yīng)用SSR對(duì)利用野生大豆育成品種進(jìn)行系譜分析和聚類分析的研究報(bào)道較少。

本研究選擇了10個(gè)在生產(chǎn)上大面積推廣應(yīng)用的具有野生大豆血緣的大豆育成品種及其17個(gè)親本作為供試材料，對(duì)分布于大豆全基因組的90個(gè)SSR座位進(jìn)行分析，旨在分子水平上明確大豆育成品種與其親本間的遺傳與演化關(guān)系，探索利用野生大豆資源拓寬中國大豆遺傳基礎(chǔ)的趨勢(shì)，為進(jìn)一步有效地利用野生大豆資源開展大豆育種工作提供參考信息。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本研究選用了10個(gè)用野生大豆做親本育成的在生產(chǎn)上大面積推廣應(yīng)用的大豆品種及其9份野生大豆親本和8份栽培大豆親本為供試材料，親本材料中有察隅1號(hào)和黑龍江小粒豆未被搜集到。各品種的雜交組合方式及親本來源地見表1。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 SSR分析 每份材料用種子磨成豆粉，用SDS法[13]提取DNA。PCR反應(yīng)體系為20μL，其中含有40 ng基因組DNA模板、1×PCR 緩沖液、1.25 mmol/L MgCl2、0.2 mmol/L dNTP、0.2 μmol/L SSR引物和1 U Tag DNA 聚合酶。選用90對(duì)SSR引物。反應(yīng)在PE-9600型號(hào)的PCR擴(kuò)增儀上進(jìn)行。反應(yīng)程序?yàn)?5 ℃預(yù)變性4 min；95 ℃變性30 s，47 ℃退火30 s，72 ℃延伸30 s，運(yùn)行35個(gè)循環(huán)；72 ℃延伸10 min后置于4 ℃保存。擴(kuò)增產(chǎn)物用6%聚丙烯酰胺、8 mol/L脲素制成的測(cè)序膠分離，銀染技術(shù)檢測(cè)。

1.2.2 統(tǒng)計(jì)分析 每個(gè)SSR位點(diǎn)，以1和0記錄等位變異的有和無，缺失記為2，獲得矩陣，用NTSYS 2.10進(jìn)行聚類分析，在遺傳相似系數(shù)矩陣的基礎(chǔ)上，用UPGMA法構(gòu)建27份材料的分子系統(tǒng)樹。

2 結(jié)果與分析

2.1 育成品種與親本材料的聚類分析

利用UPGMA法對(duì)獲得的SSR分子數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類，當(dāng)遺傳相似系數(shù)為0.67時(shí)，將所有供試材料分成了三大類（圖1）。一類是囊括供試的10份大豆育成品種和8份栽培大豆親本，另外還包括了4份分別原產(chǎn)于黑龍江省雙城縣的野生大豆ZYD652、ZYD665和原產(chǎn)于吉林省的半野生大豆公野8648、公野9140；在這一類中，大豆育成品種龍品8807的位置顯得比較獨(dú)特，可能是由于該育成品種較多地遺傳利用了野生大豆親本ZYD355的10個(gè)特異等位變異，且其自身在又3個(gè)位點(diǎn)上產(chǎn)生出了3個(gè)新的等位變異，再加上原產(chǎn)于黑龍江省佳木斯市的ZYD355在聚類圖中單獨(dú)聚為了一類，表現(xiàn)出了其獨(dú)樹一幟的一面，因而導(dǎo)致了育成品種龍品8807在聚類圖（圖1）中所表現(xiàn)出的與眾不同；在這一類中，吉林66號(hào)和它的栽培大豆親本吉林30在0.91處仍被聚在一起，這可能是由于吉林66號(hào)僅利用了其野生大豆親本GD50279在Satt012位點(diǎn)上的1個(gè)特異等位變異，而較多地選擇利用了栽培大豆親本吉林30的特異等位變異。另兩類均為野生大豆親本材料，其中一類僅包括ZYD355一份野生大豆材料，另外一類包括4份分別原產(chǎn)于吉林省的GD50279、GD50444-1、GD50477和原產(chǎn)于河南省濟(jì)陽縣的ZYD3576野生大豆親本材料。在聚類圖（圖1）中，供試的9份野生大豆親本在三類中均有分布，并未與其具有親緣關(guān)系的育成品種聚在一起，表現(xiàn)出較大的遺傳差異性，這可能不僅與其自身不同的進(jìn)化、生態(tài)及基因類型有關(guān)，同時(shí)也與育種目標(biāo)的定向選擇因素影響有關(guān)，表明野生大豆的遺傳背景比較復(fù)雜，遺傳多樣性也更為豐富。

2.2 育成的大豆品種與其親本間的遺傳距離和遺傳相似性分析

對(duì)育成的大豆品種與其親本間的遺傳距離的分析表明：野生大豆親本與栽培大豆親本間的遺傳距離（0.177 6）最大，栽培大豆親本與育成品種間的遺傳距離（0.092 9）最近，而野生大豆親本與育成品種間的遺傳距離（0.149 0）介于兩者之間。育成的大豆品種與其親本間的遺傳相似性分析表明：野生大豆親本與栽培大豆親本間的遺傳相似性（0.837 3）最差，栽培大豆親本與育成品種間的遺傳相似性（0.911 3）最為接近，而野生大豆親本與育成品種間的遺傳相似性（0.861 6）介于兩者之間，其遺傳相似性分析與遺傳距離分析結(jié)果一致（表2）。由此可見，野生大豆與栽培大豆的遺傳距離較大，遺傳相似性較差，遺傳關(guān)系遠(yuǎn)緣，存在著較大的遺傳差異性；育成品種與栽培大豆親本遺傳距離較近，并有較好的遺傳相似性，這可能與在雜交育種的選擇過程中，有意淘汰掉了栽培性狀表現(xiàn)較劣的分離后代，從中選擇保留了產(chǎn)量、品質(zhì)等與栽培大豆相近的符合育種目標(biāo)要求的后代等因素有關(guān)，從而也導(dǎo)致了育成品種較多地利用了其栽培大豆親本的特異等位變異，而較少地利用了其野生大豆親本的特異等位變異，這可能也是造成育成品種與其野生大豆親本間的遺傳相似性及遺傳距離介于上述兩種情況之間的主要原因之一。綜上所述，應(yīng)用地理遠(yuǎn)緣或種間遠(yuǎn)緣的遺傳基礎(chǔ)不同及遺傳差異性較大的野生大豆與栽培大豆之間進(jìn)行雜交育種選擇，進(jìn)而拓寬大豆的遺傳基礎(chǔ)、豐富大豆遺傳多樣性是有效和可行的。

3 討論

當(dāng)前大豆育種工作存在的主要問題是親本遺傳基礎(chǔ)狹窄[14-16]，雜交后代主要經(jīng)濟(jì)性狀變幅較小，難以產(chǎn)生新的突破性品種，因而造成大豆育成品種的遺傳背景及遺傳多樣性有變窄的趨勢(shì)[17-20]。綜合以上的分析結(jié)果可以看出，擴(kuò)大栽培大豆遺傳變異的潛在來源是野生大豆。過去雖然對(duì)野生大豆優(yōu)異種質(zhì)的篩選與評(píng)價(jià)開展了大量有益的研究，從野生大豆中篩選和創(chuàng)新出了一大批優(yōu)異種質(zhì)，但從圍繞野生大豆資源如何加以開發(fā)與利用方面還顯得明顯不足，一是篩選與鑒定的種質(zhì)不夠全面，某些重要性狀的篩選與鑒定只集中在部分野生大豆種質(zhì)上；二是對(duì)野生大豆的抗病蟲、抗逆境、耐低營養(yǎng)因子、異黃酮含量等的性狀鑒定還顯不足；三是對(duì)野生大豆含有的優(yōu)異隱蔽基因的發(fā)掘工作還沒有開展。

育種實(shí)踐表明，目前利用主要農(nóng)藝性狀優(yōu)良、配合力高的當(dāng)?shù)卦耘嗥贩N間的雜交進(jìn)行品種選育，仍可提高大豆的增產(chǎn)潛力，但這種現(xiàn)象在一定程度上減弱了人們對(duì)野生大豆資源加以利用的興趣，從而限制了大豆遺傳基礎(chǔ)的拓寬和遺傳多樣性的豐富。這給人們一點(diǎn)重要啟示，即在大豆遺傳育種選擇中，既要逐漸引用和滲入遺傳基礎(chǔ)和遺傳差異性大的新種質(zhì)進(jìn)行雜交，以拓寬栽培大豆品種的遺傳基礎(chǔ)，提高大豆新品種的增產(chǎn)潛力，同時(shí)也要利用當(dāng)?shù)貎?yōu)良品種進(jìn)行品種間雜交，這樣育成適應(yīng)性強(qiáng)的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、多抗品種的機(jī)率會(huì)更大些。

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