基于SSR標(biāo)記分析矮抗58及衍生品種的遺傳多樣性

王晨晨，王玉泉,2，張?；?，卜明娜，張 然，張金龍,2，胡喜貴,2

(1.河南科技學(xué)院生命科技學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453003；2.河南科技學(xué)院小麥中心，河南 新鄉(xiāng) 453003；3. 河南科技學(xué)院新科學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453003)

骨干親本(Founder parents或Foundation genotypes)是指直接用來培育大面積推廣品種的種質(zhì)類型，或由其衍生出許多具有廣泛應(yīng)用價(jià)值的親本育種材料[1]。在中國小麥育種過程中，已形成了螞蚱麥、燕大1817、江東門、成都光頭、蚰子麥、碧螞4號、北京8號、西農(nóng)6028、五一麥、南大2419、歐柔、阿夫、阿勃、早洋麥、洛夫林10號、墨巴66、繁6、矮孟牛、小偃6號、魯麥13等20多個(gè)小麥骨干親本，其中一些骨干親本是當(dāng)時(shí)大面積推廣的優(yōu)良品種[1-2]。同時(shí)，利用骨干親本也培育出了大量新品種，如南大2419和歐柔2個(gè)親本衍生品種均多達(dá)110個(gè)，矮孟牛衍生品種90個(gè)。實(shí)踐證明，骨干親本在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了巨大作用，提高了小麥育種工作效率。

簡單重復(fù)序列(SSR)分子標(biāo)記具有共顯性、多態(tài)性高、穩(wěn)定性好、操作簡便等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于小麥品種、骨干親本及其衍生品種(系)間遺傳差異研究中[3-8]。王珊珊等[5]和李瓊等[6]分別利用SSR標(biāo)記分析骨干親本矮孟牛和小偃6號衍生品種(系)的遺傳多樣性，認(rèn)為聚類結(jié)果能夠較好反映品種(系)間的親緣關(guān)系；袁園園等[7]發(fā)現(xiàn)了骨干親本碧螞4號的33個(gè)特異基因組位點(diǎn)，并明確了其在衍生后代品種(系)中的傳遞特點(diǎn)和遺傳貢獻(xiàn)率；劉新倫等[8]在小麥骨干親本阿夫及衍生品種(系)中鑒定出7個(gè)在衍生后代遺傳率較高的染色體位點(diǎn)。

矮抗58是河南科技學(xué)院通過聚合雜交選育出的矮稈高產(chǎn)多抗廣適小麥新品種，累計(jì)種植超過2 000萬hm2，2013年獲得國家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。迄今已用矮抗58作為親本培育出70多個(gè)新品種，如百農(nóng)4199、洛麥34、開麥22等。本研究通過對矮抗58及衍生品種的SSR標(biāo)記進(jìn)行分析，以期了解矮抗58衍生品種間的遺傳多樣性，為骨干親本矮抗58的進(jìn)一步深入研究及合理利用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

47份品種(矮抗58及其衍生品種)由河南科技學(xué)院小麥中心提供，詳見表1。

表1 供試矮抗58及衍生品種Tlabe 1 Aikang 58 and its derivatives tested

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1DNA提取

按照Yan等[9]的2×CTAB方法，從47份品種的幼嫩葉片中提取基因組DNA，并經(jīng)Nano Drop 2000檢測其濃度和純度。

1.2.2SSR分析

參照Li等[10]的分析方法，選用覆蓋小麥21對染色體的300對SSR引物(上海生工生物工程技術(shù)服務(wù)有限公司合成)對矮抗58、百農(nóng)4199、周麥27、鄭麥113進(jìn)行初篩，篩選出穩(wěn)定、清晰特異帶的84對SSR引物進(jìn)行矮抗58及衍生品種的遺傳多樣性分析。

PCR反應(yīng)總體積為20 μL，由50～100 ng基因組DNA、10 μL 2×TaqMaster Mix(CWBIO，北京)，1 mol·L-1SSR引物組成。PCR反應(yīng)程序?yàn)椋?5 ℃預(yù)變性5 min；94 ℃變性45 s，55～60 ℃(視不同引物而定)退火45 s，72 ℃延伸1 min；共35個(gè)循環(huán)，72 ℃再延伸10 min，4 ℃繼續(xù)保存。PCR產(chǎn)物經(jīng)8%變性聚丙烯酰胺凝膠電泳1.5 h后，硝酸銀染色。膠片晾干后，觀察電泳結(jié)果，統(tǒng)計(jì)條帶數(shù)并照相保存。

1.2.3數(shù)據(jù)處理

按照各SSR擴(kuò)增電泳圖，分別讀取數(shù)據(jù)，相同遷移率處有帶為1，無帶為0，模糊不清楚為999，并轉(zhuǎn)換成分析軟件所需格式。利用Powermarker 3.25[11]軟件分析多態(tài)性信息含量(PIC)；同時(shí)，根據(jù)郝晨陽等[12]的方法，計(jì)算平均等位變異豐度(Average genetic richness)和平均遺傳多樣性指數(shù)(Genetic diversity indexes)。

利用NTSYS-pc 2.11[13]軟件按非加權(quán)平均法(UPGMA)計(jì)算品種間Nei-Li遺傳相似系數(shù)，并繪制聚類圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 矮抗58及衍生品種的SSR引物多態(tài)性

從300對引物中篩選出多態(tài)性、穩(wěn)定性均較好的84對引物用于本試驗(yàn)。利用這些引物對47份品種進(jìn)行擴(kuò)增分析，共檢測到319個(gè)多態(tài)性等位變異，每對引物檢測到2～16個(gè)位點(diǎn)，平均為3.80個(gè)(表2)。42對SSR引物檢測到位點(diǎn)數(shù)高于平均值，占全部引物的50.0%；其中引物yzu 674257檢測到的等位位點(diǎn)數(shù)最多，為16個(gè)；其次引物yzu 300784檢測到9個(gè)等位變異；多數(shù)引物檢測到4～6個(gè)，如yzu 418027、yzu 603254(圖1)。SSR引物多態(tài)性信息含量(PIC)變化幅度為0.200(yzu 321431)～0.966(yzu 674257)，平均為0.559。44對引物的PIC值高于平均值，占全部引物的52.4%。

表2 84對SSR引物及所在染色體位置、等位變異數(shù)和PIC值Table 2 Chromosome locations, allelic variation and PIC value of 84 pairs of SSR primers

進(jìn)一步研究47份品種ABD基金組和7個(gè)部分同源群的SSR位點(diǎn)平均等位變異豐富度和遺傳多樣性指數(shù)，結(jié)果表明，在A、B和D 3個(gè)基因組中各檢測28個(gè)位點(diǎn)，平均等位變異豐富度分別為3.39、4.54和3.46(B>D>A)；平均遺傳多樣性指數(shù)分別為0.543、0.627和0.508(B>A>D)(圖2 a)。在7個(gè)部分同源群的SSR平均等位變異豐富度順序?yàn)椋旱?群(4.50)>第3群(4.25)>第6群(4.00)>第4群(3.75)>第5群(3.67)>第1群(3.42)>第2群(3.00)；平均遺傳多樣性指數(shù)順序?yàn)椋旱?群(0.590)>第5群(0.584)>第2群(0.576)>第1群(0.570)>第3群(0.553)>第4群(0.531)>第6群(0.511)(圖2 b)。

圖2 矮抗58及衍生品種A、B、D基因組(a)和7個(gè)部分同源群(b)的平均等位變異豐富度和遺傳多樣性指數(shù)的比較Fig.2 The A, B and D genomes of Aikang 58 and its derivatives and comparison of mean allelic variation richness and genetic diversity index in 7 partial homologous groups

2.2 矮抗58及衍生品種間的遺傳相似性

根據(jù)SSR擴(kuò)增結(jié)果分析遺傳相似性系數(shù)(Gs)，47份品種間的Gs變幅為0.544～0.922，其中，豐德存1號與豐德存麥12號間的Gs值最高(0.992)；洛麥34與渦麥11號間的Gs值最低(0.544)。矮抗58及衍生品種間Gs平均值為0.734，共有30個(gè)品種Gs高于供試材料的平均值，占參試品種的63.83%(見表3)。結(jié)果表明，矮抗58及其衍生品種間的遺傳差異較小，親緣關(guān)系較近。

2.3 矮抗58及衍生品種的聚類分析

依據(jù)47份品種的遺傳相似系數(shù)，用UPGMA聚類分析，構(gòu)建遺傳聚類圖(圖3)。結(jié)果表明，在遺傳相似系數(shù)0.740處，將47份材料分為六類。其中第三類、第六類均僅有1個(gè)材料，分別是國紅三號和渦麥11號；第二類、第四類均含有2個(gè)材料，分別是遷麥088、新麥32和囤麥128、中育1211；第五類含有3個(gè)材料(洛麥34、洛麥29、洛麥28)；而第一類包括其余38份材料，遺傳相似系數(shù)0.760處又可進(jìn)一步分為4個(gè)亞組。

泳道M為DNA標(biāo)記；泳道1～47為品種編號(材料名稱見表1)圖1 yzu 418027(A)和yzu 603254(B)對矮抗58及衍生品種的擴(kuò)增結(jié)果Fig.1 Amplification results of yzu418027 and yzu603254 against Aikang 58 and its derivatives

3 結(jié)論與討論

長期育種實(shí)踐說明，骨干親本的發(fā)掘、創(chuàng)造和評價(jià)利用是實(shí)現(xiàn)育種工作突破的關(guān)鍵[1]。目前，對不同時(shí)期小麥育種中發(fā)揮重要作用的骨干親本如碧螞4號、阿夫、歐柔、南大2419、矮孟牛、小偃6號、繁6、周8425 B等及其衍生品種(系)進(jìn)行了研究，在一定程度上促進(jìn)了對我國育種骨干親本衍生規(guī)律的了解[5-8, 14-17]。矮抗58(系譜為周麥11//溫麥6號/鄭州8960)是河南科技學(xué)院小麥中心2005年育成的高產(chǎn)多抗小麥品種，是黃淮南部麥區(qū)種植面積最大的小麥品種。據(jù)統(tǒng)計(jì)利用矮抗58作為親本，現(xiàn)已培育出70多個(gè)新品種，成為我國小麥新一代骨干親本之一，所以研究矮抗58及其衍生品種的遺傳多樣性對于深入解析骨干親本具有重要作用。

劉新倫等[8]利用29對SSR引物分析小麥骨干親本阿夫(1956年國外引進(jìn))及衍生品種(系)共200份材料的遺傳多樣性，其材料間Gs在0.416 2～0.944 2之間，平均為0.661 9；李瓊等[6]利用22對SSR引物分析了小偃6號(1981年育成)及其衍生品種(系)共54份材料的遺傳多樣性，其Gs在0.549～0.962之間，平均0.747。本研究分析了47份品種(矮抗58及其衍生品種)共檢測出319個(gè)等位變異，平均每個(gè)SSR引物等位變異數(shù)為3.80個(gè)，PIC變化幅度為0.200～0.966，平均為0.559。這些品種Gs為0.544～0.922，平均為0.734，明顯高于骨干親本阿夫及衍生品種(系)，略低于小偃6號(1981年育成)及其衍生品種，本研究再次說明了優(yōu)異骨干親本在小麥育種中反復(fù)利用，將會(huì)降低后代品種間的遺傳多樣性，致使品種間遺傳基礎(chǔ)越來越狹窄[8]。同時(shí)，在矮抗58及衍生品種的A、B、D基因組遺傳多樣性分析中，發(fā)現(xiàn)SSR位點(diǎn)平均等位變異豐度分別為B(4.54)>D(3.46)>A(3.39)，平均遺傳多樣性指數(shù)分別為B(0.627)>A(0.543)>D(0.508)，其平均等位變異豐度與You等[18]B(7.92)>D(7.62)>A(6.88)和Plaschke等[19]B(6.87)>D(6.00)>A(5.50)的結(jié)果一致，但與郭小麗等[20]B(6.949)>A(6.606)>D(6.000)和劉新倫等[8]B(7.727)>A(7.143)>D(7.000)的結(jié)果不一致，這些研究結(jié)果均表明，小麥B基因組SSR多態(tài)性高于A、D基因組。在7個(gè)部分同源群中，第7群SSR位點(diǎn)平均等位變異豐富度及遺傳多樣性指數(shù)均表現(xiàn)最高，與郝晨陽等[12]研究我國育成小麥品種的遺傳多樣演變結(jié)果一致，但與劉新倫等[8]研究親本阿夫及衍生品種(系)的結(jié)果不同，原因可能與試驗(yàn)材料及引物選擇有關(guān)。

注：1～47為品種編號。圖3 矮抗58及衍生品種的SSR標(biāo)記聚類分析圖Fig.3 Cluster analysis map of SSR markers of Aikang 58 and its derivatives

本研究選用覆蓋小麥21對染色體的84對SSR的聚類分析，38份(80.9%)品種被聚在Ⅰ類。如來源于周麥16參與的后代的滑玉麥1號、金地828、囤麥127、周麥27號、豐德存麥12號、新科麥168、科林麥969聚在Ⅰ類中，但洛麥34卻被聚在Ⅴ類中；但來源相同系譜的洛麥29和洛麥26被分別聚在Ⅴ和Ⅰ-4類。分析矮抗58與46份衍生品種的遺傳相似系數(shù)，發(fā)現(xiàn)29份品種均與中育1211呈現(xiàn)最低遺傳相似系數(shù)；具有矮抗58親本1/2血緣的豐德存1號與豐德存麥12的遺傳相似系數(shù)最高；同樣，具有矮抗58親本1/2血緣的相同系譜開麥22與洛麥31、濮麥6311與濮麥053的遺傳相似系數(shù)卻相對較低。說明其聚類結(jié)果與系譜會(huì)存在一定的不相符，進(jìn)一步證實(shí)了在同一系譜中通過人工選擇可以培育出遺傳差異較大的優(yōu)良品種[6,8]。