山西中晚熟玉米区玉米自交系的遗传多样性及杂种优势群分析

李 锐 ，白建荣 ，张丛卓 ，贾志宽

（1.西北农林科技大学农学院，陕西杨凌712100；2.山西省农业科学院作物科学研究所，山西太原030032）

玉米是高产且有多种用途的重要作物，是山西省种植面积最大及总产量最高的农作物。山西省地形复杂，南北跨越6.3个纬度，境内山峦起伏，海拔相差1 800 m左右，气候变化多样，生态类型复杂，玉米种植区分为春播特早熟区、春播早熟区、春播中晚熟区、夏播中早熟区等4个大区。其中，春播中晚熟玉米区[1]包括大同、忻州、晋中、阳泉、吕梁、太原、长治、临汾、晋城9个市60个县的632个乡镇，是山西省玉米种植范围最广、面积最大、产量占全省玉米总产量1/2左右的重要生产区。

因此，深入分析该区优良自交系及其在杂种优势利用方面的规律，对玉米种质的改良、创新、扩增和提高育种效率具有重要的意义。国内外多项研究已经证明[2-13]，利用SSR分子标记划分杂种优势群高效而且准确，与系统分析基本保持一致。

本研究利用覆盖玉米全基因组的40个SSR标记，对山西省中晚熟玉米区近年来主要应用的玉米自交系进行遗传多样性分析，以便为今后玉米品种的选育、种质利用、种质改良、扩增提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试材料分为2大部分：（1）6份标准测验种用于未知材料的类群划分，包括黄早4，丹340，Mo17，B73，掖 478和齐 319，分别代表唐四平头群、旅大红骨群、兰卡斯特群（Lancaster）、Reid群、PA群和PB群；（2）近年来山西省中晚熟区玉米18个审定品种的32份亲本自交系（表1）。

表1 山西省中晚熟区玉米审定品种的亲本自交系

1.2 DNA的提取

分别取不同材料15粒种子，浸种12 h，25～30℃暗培养7 d，取黄化嫩叶，采用CTAB法[14]单株提取并纯化叶片基因组DNA。采用eppendorf公司的蛋白核酸定量测定仪测量DNA的质量浓度，把DNA调至20 ng/μL，-20℃保存备用。

1.3 引物选择

引物按照扩增条带清晰、多态性强、扩增带型稳定、在染色体上均匀分布的原则筛选出来（表2）。

1.4 SSR扩增

扩增反应在Bio-Rad公司的PTC200 PCR仪上进行。PCR反应体系为：反应总体积为20μL，其中，1×PCR Buffer（Mg2+），125μmol/L dNTP，0.5μmol/L SSR引物，Taq DNA聚合酶 0.5 U，DNA模板80 ng。扩增程序为：95℃预变性7 min，1个循环；94℃变性40 s，50～65℃（视引物而定）退火35 s，72℃延伸45 s，共35个循环；72℃延伸7 min；4℃保存。

1.5 扩增产物的电泳检测

用6%聚丙酰胺变性凝胶电泳分离SSR扩增产物，在60 W恒功率下，电泳1 h左右，卸下凝胶，用单蒸水清洗1次，用0.3%的硝酸银溶液染色15 min左右，再用单蒸水清洗后放入2%氢氧化钠加0.5%甲醛溶液中显影到条带清晰，单蒸水清洗后自然晾干。在白炽灯下观察电泳结果，进行数据统计和扫描照相。

表2 40对SSR引物信息

1.6 数据分析

用SSR扩增电泳图，构建0-1数据库（在相同迁移位置，有带记为“1”，无带记为“0”，缺失记为“9”）。（1）按 Nei和 Li的方法计算遗传相似系数和遗传距离（遗传相似系数GGS＝2Nij/（Ni＋Nj）；遗传距离GGD＝1－GGS。其中，Ni为i品种出现的谱带数；Nj为j品种出现的谱带数。）（2）按Smith等[15]提出的方法，计算多态性信息量（Polymorphisminformation content，PIC）、标记索引系数（Marker Index，MI）和等位基因有效系数（Effective number of alleles，NE），PPIC＝1－∑fi2；MMI＝等位基因数×PPIC；NNE＝1/∑fi2。（3）利用 GD值按不加权成对群算术平均法（Unweighted pair group method rithmetic averages，UPGMA） 进行聚类分析。（4）进行特有基因和稀有基因的统计（特有基因是指在标准种质中没有且只有1个供试自交系有的等位基因；稀有基因是指在标准种质中没有且2个以上供试自交系有的等位基因）。所有数据处理均由 NTSYSpc Version 2.10e和Excel软件完成。

2 结果与分析

2.1 SSR标记分析

本研究利用40对SSR引物对6个国内标准检测种和32份玉米自交系进行同源位点的扩增。

从表2可以看出，山西省中晚熟玉米种植区自交系的遗传多样性非常丰富，本研究所选用覆盖玉米全基因组的40对SSR引物，共检测到210个等位基因，每对引物检测出的等位基因数为2～11个，平均每个位点5.25个。PIC变化范围为0.41～0.84，平均为0.67；MI变化范围为0.82～5.14，平均为2.49；NE变化范围为1.70～6.39，平均为3.42。在24个位点共检测出35个稀有等位基因，其中，在bnlg2331位点检测到稀有等位基因数最高（4个）。有19个位点有特有等位基因，共检测出31个特有等位基因，其中，mmc0191和phi126这2个位点，检测到特有等位基因数目高达4个。反映了中晚熟玉米种植区自交系丰富的遗传多样性。引物bnlg2331获得的等位基因数最多（11个），PIC值（0.84）和NE值（6.39）也最高，而umc1279获得的等位基因数最低（2个），PIC值（0.41）和 NE值（1.70）也最低，说明等位基因的多少与PIC值和NE值存在一定的相关性。而MI值与等位基因的数目的相关性不明显，如bnlg1496位点虽然只扩增出7个等位基因，而 MI值却最高（5.14）；umc1279扩增的等位基因最少（2个），MI值也最低（0.82）。

2.2 供试自交系中检测到的稀有等位基因和特有等位基因

从表3可以看出，每个自交系都有数目不等的稀有等位基因，其中，运98-2-19有9个，太411有8个，S982，S981和GS1502均有7个。15个自交系有特有等位基因，其中，148和P83均有4个。

表3 32份自交系中检测到的稀有等位基因和特有等位基因

2.3 聚类分析

以SSR标记遗传相似系数建立矩阵，利用NTSYSpc Version 2.10e数据分析软件，进行UPGMA聚类分析，建立树状聚类图（图1）。在GS约为0.74时，32份自交系很明显被分为4大群（表4）。第Ⅰ类群分为3个亚群，第1亚群（BSSS种质）只有标准种质B73而无试验材料；第2亚群（PA种质） 包括掖 478，E330，GS141，191，太113，478，G694；第 3亚群（兰卡斯特种质）包括Mo17，S981，G 688。第Ⅱ类群（旅大红骨种质）包括丹 340，P01，Q1261，K12-2，X012，GS1502，148，933，太 411，太 96-1，黄金 96C，运 XL红，P 83，海9-21。第Ⅲ类群（PB种质）包括齐319，D1815，P037，X901，运 98-2-19，L3115，931，S89。第Ⅳ类群（唐四平头种质）包括黄早4，S982，L0367，31-6，D12。

表4 32份玉米自交系UPGMA聚类结果

3 讨论

PIC值被认为是衡量遗传多样性的重要指标，当某DNA标记位点PIC＞0.5时,表明其为高度多态位点；DNA标记位点的平均PIC可被用来估算群体的遗传多样性水平，群体的平均PIC值越高，表明群体的DNA标记位点变异程度越高，群体的遗传多样性越丰富。本研究选用的SSR引物位点的平均PIC为0.67，只有2个位点的PIC小于0.5。稀有等位基因和特有等位基因的数目也可从另一方面反映供试群体遗传多样性的程度即异质性，每一自交系都有数量不等的稀有等位基因，最高的可达9个。15个自交系有特有等位基因，其中，148和983均有4个。表明用于培育山西中晚熟玉米区玉米杂交品种自交系的遗传多样性非常丰富，很多自交系可能具有独特的基因。

本研究表明，近年来在山西中晚熟玉米种植区推广的玉米品种，主要利用PA，PB，旅大红骨杂种优势群，占本研究全部材料的71.8%；而兰卡斯特、唐四平头种质利用较少，没有一个亲本属于Reid群。在18个审定品种中，14个使用旅大红骨杂种优势群作亲本，说明该杂种优势群使用的频率非常高。6个审定品种大丰2号（Q1261×D1815）、大丰 5号（K12-2×D1815）、晋玉 811（X012×X901）、晋玉 168（P037×P01）、强盛28号（933×931）和晋单55号（运 XL红×运98-2-19）为旅大红骨×PB杂优模式（33.3%），是春播中晚熟区的主要杂优模式。

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