甘蓝型油菜亲本遗传差异与杂种优势表现

陈 锋,张洁夫,张 维,付三雄,陈 松



甘蓝型油菜亲本遗传差异与杂种优势表现

陈 锋,张洁夫,张 维,付三雄,陈 松

摘要：以4个甘蓝型油菜核不育系和10个不同来源的恢复系为材料,按照NC法配制40个杂交组合,应用SSR分子标记分析了亲本的遗传多样性,探讨了亲本遗传差异与杂交组合杂种优势表现的关系。相关分析结果显示：亲本间分子遗传距离与杂种后代产量的对照优势呈显著正相关,但与杂种后代产量的超亲优势无显著相关性。聚类分析将14个亲本分为3组,组间配组杂交组合的杂交优势明显强于组内配组杂交组合的。

关键词：甘蓝型油菜;亲本；分子遗传距离;杂种优势;聚类分析

油菜是我国主要的油料作物之一,我国的油菜种植面积和总产均占世界的1/3[1]。菜籽油占国产油料作物产油量的57%～60%,是国产食用植物油的第一大来源,在我国食用油市场中占有举足轻重的地位。提高油菜产油量是当前油菜育种的重要目标之一,而种植杂交油菜是提高单产、保障收益的有效途径。

在杂交油菜育种工作中,提高单产一直是首要目标。传统的方法是通过大量组配杂交组合,再通过逐年的配合力、产量、适应性等鉴定试验,选出强优势组合。但这种方法工作量大,筛选效率比较低。一般认为,在一定范围内,亲本遗传差异越大,杂种优势就越强。如果在育种早期对亲本进行遗传差异鉴定,选取遗传差异较大的亲本配组,则获得强优势组合的几率会提高[2]。

随着分子生物学的发展,分子标记技术的应用使育种工作者能够准确地了解亲本间分子遗传差异,从而有选择地安排杂交配组,达到减少工作量、提高选择效率的目的。对于分子遗传距离的预测效果,已有的研究结论不尽相同。谭祖猛等[3]、姚艳梅等[4]研究认为, SRAP标记遗传距离能够预测杂种优势;但刘婕等[5]用AFLP、SSR及SRAP三种标记方法的研究结果表明,分子遗传距离与用于估算遗传距离的标记类型没有关系,并且不能用于预测杂种优势表现;顾慧等[6]研究认为SRAP标记遗传距离难以预测品种间杂种优势。

笔者结合实际的育种工作,以4个甘蓝型油菜核不育系母本、10个常规恢复品系以及配制的40个杂交组合为试验材料,用SSR分子标记研究了亲本间遗传差异,探讨了亲本间分子遗传差异与杂种优势之间的关系,以期为以后的杂交油菜育种工作中亲本的选择及杂种优势预测提供理论参考。

1材料与方法

1.1供试材料

以4个甘蓝型油菜核不育系、10个不同来源的常规品系(恢复系)为亲本,按照不完全双列杂交法配制40个杂交组合。亲本名称及来源见表1。

表1　供试亲本材料及其来源

1.2SSR分子标记

在苗期取4个不育系母本和10个恢复系的单株幼嫩叶片,参照Murray等[7]报道的CTAB法(笔者作了适当修改)提取DNA。PCR反应体系为：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补足至10 μL。PCR扩增程序为:94 ℃预变性4 min;94 ℃变性40 s,60 ℃(-0.5 ℃/循环)退火30 s,72 ℃延伸40 s,10个循环;94 ℃变性40 s,55 ℃退火30 s,72 ℃延伸40 s,25个循环;72 ℃延伸7 min。用8%聚丙烯酰胺凝胶电泳,银染[8]。电泳结果存在多态性的,在相同迁移率位置上,有带的记为1,无带的记为0,一连串不同的1和0组成各亲本的分子标记数据。

1.3田间试验与数据记载

将10个恢复系与40个杂交组合共50个材料,于2010～2012年在江苏省农业科学院溧水植物实验基地进行连续两年的产量鉴定试验,采用裂区随机区组设计,每组试验3个重复,12行区,行距40 cm,株距15 cm,行长3.2 m,以秦油7号为对照。于成熟期在每个重复中间行连续取样5株(对照秦油7号未取样),考察植株的高度、一次分枝数、总角果数、角果长度、每角粒数、千粒重和单株产量;在收获时每个小区单打实收计产。对所有数据均取两年试验的平均值进行统计分析。

1.4统计分析

用软件NTSYS 2.1对14个亲本的分子标记数据进行统计分析,估算亲本间的分子遗传距离，用软件的UPGMA聚类分析功能将亲本进行聚类。根据田间试验数据计算杂交组合产量的对照优势和超亲优势以及考种性状的超亲优势；用SPSS 18统计软件分析亲本间分子遗传距离与各杂交优势间的相关性。

2结果与分析

2.1分子标记结果

筛选扩增了69对SSR引物,去除多态性表现相同的标记后,共获得100个多态性标记数据,即每个亲本的标记数据均为100个数字,由不同排列的数字1和0组成。

2.2分子遗传距离与聚类分析

用软件NTSYS 2.1对14个亲本的分子标记数据进行统计分析,估算出不育系与恢复系间的分子遗传距离(表2)。结果显示：分子遗传距离在0.3862～0.9153之间,数值越大,表示遗传差异越大；在40个杂交组合中最大的亲本遗传差异存在于97A与08P15间,最小的遗传差异存在于T2A与07-2090间。

表2　不育系与恢复系间分子遗传距离

根据分子标记数据的UPGMA聚类分析结果,可以将14个亲本在遗传相似系数0.59处分为3组:不育系G2A、97A、22A与恢复系08H27、NY18为第1组(G1)；恢复系P10、08-1127、08P2与08P15聚为第2组(G2)；第3组(G3)有不育系T2A和其余4个恢复系(图1)。

2.3杂种优势表现

由于不同核不育系的结实率不同,不育系的产量低且受种植条件和环境条件的影响较大,所以只将恢复系放入产量鉴定试验进行比较。根据连续两年产量鉴定试验的产量结果计算杂交组合产量的对照优势和超亲优势,根据考种结果计算出杂交组合各考种性状的超亲优势。表3结果显示：产量对照优势最强的组合是97A/P15,达到19.50%，最弱的是T2A/082027,所有组合的平均对照优势为7.38%;产量超亲优势最强的是G2A/1010,为46.38%,所有组合的平均超亲优势为15.68%;各考种性状的超亲优势表现不一,平均优势表现比较强的是单株产量和每角粒数,而角果长度和千粒重的平均超亲优势则为负值。

2.4分子遗传距离与杂种优势

相关分析结果显示：亲本间的分子遗传距离与杂交组合的对照优势呈显著正相关,相关系数r=0.297(P<0.05),决定系数较小,r2=0.088;杂交组合相对于其恢复系的产量超亲优势及考种性状超亲优势与亲本间分子遗传距离的相关性均不显著(表4)。以上结果表明,在杂交油菜育种过程中,分子遗传距离可以作为一种辅助手段来预测杂交组合的杂种优势表现,但结果尚不完全对应。

2.5亲本聚类与杂种优势

聚类分析将14个亲本分为3组,其中G1含3个不育系,G3含1个不育系。G1组中不育系作母本的共有30个杂交组合,占全部杂交组合的3/4,其中组内配组G1×G1有6个杂交组合,组间配组G1×G2和G1×G3各有12个杂交组合。从表5可以看出：组间配组的杂交优势明显强于组内配组的,G1×G2与G1×G3的对照优势平均值显著大于G1×G1的;G1×G2与G1×G3的超亲优势平均值分别达到了17.48%和19.72%,也远远高于G1×G1的(7.96%);一次分枝数、每角粒数、单株产量等关键考种性状的超亲优势也表现为组间配组显著强于组内配组。

图1　14个亲本的SSR标记聚类结果

表3杂交组合的杂种优势表现

%

表4　分子遗传距离与杂种优势间的相关性

注：“*”表示在0.05水平上显著相关。

表5亲本的聚类分组与杂种优势

%

3讨论

本研究利用SSR分子标记估算了甘蓝型油菜核不育系和恢复系之间的分子遗传距离,并根据标记数据对亲本进行了聚类。实验结果表明：用SSR标记分子遗传距离预测杂种优势的可靠度有限,目前只能作为产量杂种优势预测的一种辅助方法;利用分子标记可以将亲本进行优势群组划分,选择不同聚类组间的亲本进行杂交配组,获得强优势组合的几率较高。

在本研究中,分子遗传距离与杂交组合的产量对照优势呈显著正相关,但是与产量超亲优势呈负相关,与株高、一次分枝数、单株产量等考种性状的超亲优势相关均不显著,这是由试验中10个恢复系的产量和性状表现不同造成的。对于一个杂交组合,考察对照优势比考察超亲优势更有实际意义,对照优势代表了绝对产量,而超亲优势则代表相对产量,如果恢复系的产量不高,就算超亲优势再强,其绝对产量也可能不高。

综上所述,在实际的杂交油菜育种工作中,如果能结合亲本遗传差异和亲本自身的性状表现,优选亲本配组,就能保证在获得一定数量的高产组合前提下,大大减少育种的工作量,提高选择效率。

参考文献:

[1] The World Agricultural Outlook Board, United States Department of Agriculture. Area, yield, and production by main producers[J]. Oilseeds: World Markets and Trade, 2003(6):8.

[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] 谭祖猛,李云昌,胡琼,等.通过分子标记估算遗传距离预测甘蓝型油菜的杂种优势[J].中国油料作物学报,2007,29(2):126-132.

[4] 姚艳梅,聂平,杜德志.不同生态类型甘蓝型油菜的SRAP分析及其遗传距离与杂种优势的关系[J].西北农业学报,2012,21(1):80-87.

[5] 刘捷,唐章林,刘列钊,等.甘蓝型油菜遗传距离与杂种表现和杂种优势相关性分析[J].西南农业学报,2006,19:555-559.

[6] 顾慧,陈新军,付三雄,等. SRAP标记预测甘蓝型油菜常规品种间杂种优势[J].江苏农业科学,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] 张洁夫,戚存扣,浦惠明,等.甘蓝型油菜SSR检测体系的优化[J].江苏农业学报,2004,20(4):225-229.

(责任编辑:黄荣华)

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

中图分类号：S565.4

文献标志码：A

文章编号：1001-8581(2016)02-0035-04

作者简介：陈锋(1981─),男,江苏如皋人,助理研究员,主要从事油菜遗传育种研究。

基金项目：江苏省科技支撑计划(BE2013435);江苏省农业三新工程[SXGC(2014)301]。

收稿日期：2015-07-20

(农业部 长江下游棉花与油菜重点实验室(南京)/江苏省农业科学院 经济作物研究所,江苏 南京 210014)