張燕紅，王奉斌,，布哈麗且木·阿不力孜，袁杰，趙志強(qiáng)，文孝榮，唐福森，馬盾

(1. 新疆農(nóng)科院核技術(shù)生物技術(shù)研究所，烏魯木齊 830091；2. 新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院溫宿水稻試驗站，新疆溫宿 843000)

?

粳稻種質(zhì)資源SSR指紋圖譜構(gòu)建及遺傳多樣性分析

張燕紅1，王奉斌1,2，布哈麗且木·阿不力孜1，袁杰1，趙志強(qiáng)1，文孝榮2，唐福森2，馬盾1

(1. 新疆農(nóng)科院核技術(shù)生物技術(shù)研究所，烏魯木齊 830091；2. 新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院溫宿水稻試驗站，新疆溫宿 843000)

【目的】構(gòu)建新疆粳稻種質(zhì)資源的DNA指紋圖譜，了解新疆粳稻育成品種的遺傳相似性?！痉椒ā坷镁鶆蚍植加谒?2條染色體的70對SSR引物，以新疆粳稻育成品種及引進(jìn)資源為材料，進(jìn)行遺傳多樣性分析并構(gòu)建SSR指紋圖譜?！窘Y(jié)果】有63對引物具有多態(tài)性片段，共檢測到388個有效等位基因，平對每對引物6.158 7個等位基因；引物平均多態(tài)性頻率為0.237 1。89個材料間的遺傳相似系數(shù)在0.72～0.88，相似性較高，以0.73為標(biāo)準(zhǔn)，可分為5大群?！窘Y(jié)論】新疆粳稻育成品種的遺傳背景相似性較高、多樣性不夠豐富，遺傳基礎(chǔ)相對比較狹窄，加強(qiáng)新的基因資源鑒定利用及育種材料創(chuàng)制。

粳稻；種質(zhì)資源；遺傳多樣性

0 引 言

【研究意義】新疆稻作歷史悠久，阿克蘇、米泉等地的優(yōu)質(zhì)大米質(zhì)細(xì)味美。從北疆的阿爾泰山南麓、天山北坡、伊犁河谷到天山南部、昆侖山腳下的9個地州都遍布有水稻生產(chǎn)，水稻種植面積一直穩(wěn)定在0.73×104hm2(110萬畝)左右，單產(chǎn)在600 kg/667 hm2左右。根據(jù)地域分別劃分為北疆伊犁河谷稻區(qū)、烏魯木齊米東稻區(qū)、南疆阿克蘇稻區(qū)和喀什和田稻區(qū)四大稻區(qū)；根據(jù)水稻熟期劃分為中熟稻區(qū)(北疆)、中晚熟稻區(qū)(南疆)，由于新疆的生態(tài)環(huán)境形成了與之相適應(yīng)的水稻品種群。親本遺傳基礎(chǔ)狹窄，遺傳多樣性喪失[1-2]是制約育種的主要問題之一[3]，因此，利用遺傳多樣性分析，了解水稻常用育種材料的遺傳背景和親緣關(guān)系，評價稻種資源的利用價值，發(fā)覺其中的有利基因，對于種質(zhì)創(chuàng)新和新品種選育具有重要意義。【前人研究進(jìn)展】目前應(yīng)用最廣泛的SSR標(biāo)記技術(shù)，為共顯性標(biāo)記，可揭示品種資源間的遺傳多樣性。應(yīng)用SSR標(biāo)記技術(shù)進(jìn)行不同地區(qū)、來源的水稻資源研究已有不少報道[4-15]。齊永文等[4]利用36對SSR標(biāo)記分析了453份中國選育品種的遺傳多樣性，發(fā)現(xiàn)SSR標(biāo)記和表型性狀遺傳多樣性分析的結(jié)果相似性很高，東北粳稻品種間遺傳多樣性最小。【本研究切入點(diǎn)】目前，隨著水稻生產(chǎn)發(fā)展主要以選育品種、國內(nèi)外引進(jìn)品種、遺傳材料為主，截止2014年底經(jīng)新疆維吾爾自治區(qū)種子站審認(rèn)定水稻品種已達(dá)到52個，有地州審定的水稻品種有阿稻系列和伊粳系列約17余份，但各育種單位在選育新品種過程中相互間的交流廣泛，并且育種目標(biāo)又很相近，使得育成品種的遺傳基礎(chǔ)相近，并且對水稻的遺傳基礎(chǔ)研究還不夠深入，特別是從分子水平上對其遺傳多態(tài)性的研究及SSR標(biāo)記指紋圖譜的構(gòu)建還處于空白階段。研究構(gòu)建新疆粳稻種質(zhì)資源的DNA指紋圖譜?！緮M解決的關(guān)鍵問題】研究利用SSR標(biāo)記技術(shù)，分析新疆主要推廣種植的粳稻品種、選育品種、骨干親本及引進(jìn)資源等常規(guī)粳稻品種的遺傳多樣性，構(gòu)建其指紋圖譜，了解不同品種間的遺傳變異，可進(jìn)一步挖掘栽培稻的優(yōu)異基因，為育種工作者進(jìn)行雜交親本選配和調(diào)整育種策略提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

選取新疆近年應(yīng)用推廣種植的的粳稻品種(系)及引進(jìn)品種材料總計89份。表1

1.2 方 法

水稻葉片采用CTAB法提取基因組DNA，用0.8%的瓊脂糖膠檢測濃度。選取均勻分布于水稻12條染色體上且多態(tài)性較為豐富的70對SSR引物對各材料的DNA進(jìn)行擴(kuò)增。反應(yīng)體系總共為15 μL，包含1×Buffer, dNTP 0.2 mmol/L，MgC121.675 mmol/L、SSR引物0.5 μmol/L,模板DNA 25 ng及Taq酶1.5 U。PCR反應(yīng)在PCR擴(kuò)增儀上進(jìn)行，反應(yīng)程序為：94℃預(yù)變性5 min，94℃40s，55℃ 30s、72℃ 40s，32個循環(huán)，最后72℃延伸10 min，產(chǎn)物4℃保存。PCR擴(kuò)增產(chǎn)物在8%的聚丙烯酰胺變性膠上分離，電壓5～8 V/cm，經(jīng)染色、顯影后，拍攝照片備存。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

根據(jù)PCR擴(kuò)增結(jié)果，視每條多態(tài)性帶為1個等位基因；在相同的遷移位置，將觀察到的每條帶視為一個性狀，有帶賦值為“1”，無帶賦值為“0”,缺失賦值為“2”；讀取多態(tài)性片段時，將100 bp梯度間距以大致5 bp分為最小識別單位，估計擴(kuò)增片段的大小。應(yīng)用Powermarker3.25[16]計算平均等位基因數(shù)、主要等位基因頻率、Nei基因多樣性指數(shù)(He)和多態(tài)性信息含量(PIC)；標(biāo)記索引系數(shù)(Marker index, MI)按Smith等[17]提供的公式MI=Allele×PIC計算。應(yīng)用統(tǒng)計分析軟件NTSYS-2.10[18]以共有片段比例(軟件中coefficient參數(shù)選擇SM)為指標(biāo)計算材料之間的遺傳相似性系數(shù)(genetic similarity coeficient，GSC)。根據(jù)GSC，通過NTSYS-2.10用非加權(quán)類平均法(un-weighted pair group method of arithmetic averages，UPGMA )進(jìn)行聚類分析，并繪制成樹狀圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 SSR標(biāo)記的多樣性

利用70對SSR引物對89份粳稻品種進(jìn)行DNA分析，其中7對引物在所有粳稻品種均不表現(xiàn)多態(tài)性，故利用63對多態(tài)性引物進(jìn)行了多樣性分析。共檢測到388個有效等位基因，每對SSR引物等位基因數(shù)變異范圍為2～15個不等，平均等位基因數(shù)為6.158 7個。其中RM211等位基因數(shù)最多，為15個。有4對引物(RM164、RM289、RM337、RM311)只檢測到2個等位基因。SSR多態(tài)性信息量(PIC)平均為0.237 1，變幅為0.063 0～0.449 1，RM418的多態(tài)性信息量(PIC)值最低，為0.063 0，RM225的多態(tài)性信息量(PIC)值最高，為0.449 1。Nei’s多樣性指數(shù)也與PIC呈類似的傾向，等位基因頻率表現(xiàn)相反的傾向。表2

2.2 89份粳稻品種的UPGMA聚類分析

研究表明，根據(jù)UPGMA聚類，以遺傳相似性0.74為標(biāo)準(zhǔn)可將89個粳稻品種分為5個類群，第Ⅰ類包括12個材料：新稻33號、沈農(nóng)129、寧粳43、新稻28號、新稻29號、旱稻502、旱535、寧粳35、大力、新稻24號、伊粳8號、新稻23號；第Ⅱ類包括24個材料：農(nóng)林314、02-11、新稻42號、早錦、秋田小町、旱稻109、娟光、新稻13號、新稻8號、新稻12號、農(nóng)林315、心待、津原85、一見鐘情、綠花舞、越光、新稻19號、田豐208、A稻6號、新稻39號、新稻1號、秋田39、99-28、阿稻1號；第Ⅲ類包括25個材料：雪峰、阿豐1號、20-18、伊粳12、豐優(yōu)516、新稻14號、旱稻9號、越富、A稻8號、日引34、國慶20、田豐202、88-10、A稻4號、鹽豐47、上育394、A稻7號、96-16、旱稻526、新稻36號、新稻30號、新稻32號、伊粳13、富農(nóng)1號、旱稻10號；第Ⅳ類包括25個材料：新稻35號、伊選-4、遼旱109、旱稻529、旱稻65、秋光、騰系144、98-911、A36、新稻10號、東農(nóng)425、新稻11號、新稻34號、昌優(yōu)2006、丹3416、新稻21號、長粳香2號、07GY5-1-1、糧雜5號、糧雜4號、新稻17號、吉95、新稻37號、超噸1號、新稻27號；第Ⅴ類包括3個材料：旱稻297、八寶黃金、旱77。最后第Ⅰ、Ⅱ類歸為一大類，第Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類歸為一大類，總體上新疆不同稻區(qū)的推廣的主栽品種(系)區(qū)分不明顯，新疆粳稻品種資源親緣關(guān)系較近，整體遺傳相似程度高，遺傳多樣性較低。圖1

表1 供試水稻品種及來源
Table 1 Material for experiment

編號Code品種Variety來源Source編號Code品種Variety來源Source1新稻33號新疆金豐源4696-16新疆農(nóng)科院核生所2沈農(nóng)129遼寧47阿豐1號新疆兵團(tuán)第一師3寧粳43引進(jìn)寧夏4820-18新疆農(nóng)科院核生所4新稻28號新疆農(nóng)科院糧作所49新稻14號新疆兵團(tuán)第一師5新稻29號新疆農(nóng)科院核生所50旱稻9號引進(jìn)6旱稻502引進(jìn)51越富引進(jìn)日本7旱535引進(jìn)52旱526引進(jìn)8寧粳35引進(jìn)寧夏53新稻36號新疆農(nóng)科院核生所9大力引進(jìn)54新稻30號新疆農(nóng)科院核生所10新稻24號新疆農(nóng)科院核生所55新稻32號新疆伊犁州農(nóng)科所11伊粳8號新疆伊犁州農(nóng)科所56伊粳13新疆伊犁州農(nóng)科所12雪峰兵團(tuán)第一師57富農(nóng)1號米泉13農(nóng)林314引進(jìn)58旱稻10號引進(jìn)1402-11新疆農(nóng)科院核生所59伊粳12新疆伊犁州農(nóng)科所15新稻42號新疆農(nóng)科院核生所60豐優(yōu)516引進(jìn)16早錦引進(jìn)61新稻35號新疆農(nóng)科院核生所17秋田小町引進(jìn)日本62伊選-4新疆伊犁州農(nóng)科所18旱稻109引進(jìn)北京63遼旱109引進(jìn)19娟光引進(jìn)日本64旱529引進(jìn)20新稻13號新疆伊犁州農(nóng)科所65旱稻65引進(jìn)21新稻8號4A新疆農(nóng)科院核生所66秋光引進(jìn)日本22新稻12號新疆農(nóng)科院核生所67騰系144引進(jìn)遼寧23心待引進(jìn)日本6898-911新疆農(nóng)科院核生所24農(nóng)林315引進(jìn)69A36新疆農(nóng)科院核生所25津原85引進(jìn)天津70新稻10號新疆兵團(tuán)第一師26一見鐘情引進(jìn)日本71東農(nóng)425引進(jìn)27綠花舞新疆農(nóng)科院72新稻11號新疆農(nóng)科院核生所28越光引進(jìn)日本73新稻34號新疆金豐源種業(yè)29新稻19號新疆金豐源種業(yè)74昌優(yōu)2006新疆農(nóng)科院核生所30田豐208引進(jìn)遼寧75丹3416引進(jìn)31A稻6號新疆兵團(tuán)第一師76新稻21號新疆塔河種業(yè)32新稻39號新疆農(nóng)科院核生所77新稻42號新疆農(nóng)科院核生所33新稻1號新疆農(nóng)科院核生所7807GY5-1-1新疆農(nóng)科院核生所34秋田39引進(jìn)日本79糧雜5號新疆農(nóng)科院糧作所3599-28新疆農(nóng)科院核生所80糧雜4號新疆農(nóng)科院糧作所36阿稻1號新疆兵團(tuán)第一師81新稻17號新疆農(nóng)科院糧作所37A稻8號新疆兵團(tuán)第一師82吉95引進(jìn)吉林38日引34引進(jìn)日本83新稻37號新疆農(nóng)科院核生所39國慶20引進(jìn)84新稻23號新疆兵團(tuán)第一師40田豐202引進(jìn)遼寧85旱稻297引進(jìn)4188-10引進(jìn)86八寶黃金引進(jìn)日本42A稻4號新疆兵團(tuán)第一師87旱77引進(jìn)43鹽豐47引進(jìn)遼寧88超噸1號新疆農(nóng)科院核生所44上育394引進(jìn)89新稻27號新疆伊犁州農(nóng)科所45A稻7號新疆兵團(tuán)第一師

表2 SSR引物、染色體位置、等位基因數(shù)目及多態(tài)性信息含量指數(shù)
Table 2 SSR primer, chromosome location, number of alleles and polymorphism index content (PIC)

引物名稱Primer染色體Chromosomelocation等位基因數(shù)Numberofalleles等位基因頻率Allelefrequency/locus多樣性指數(shù)GeneDiversityPIC值Polymorphismindexcontent(PIC)索引系數(shù)Markerindex(MI)RM119511008528021180175517549RM2311008624022330190144906RM29711208904018460164928641RM4901508090028430231908985RM51408165023210186112488RM5221306820041800335105584RM5801509607007570073807925RM5831409551008650084203507RM2082507588033060266715942RM21121507562032870267140011RM2402608848019530170614633RM2622908989018180165323301RM2792806998037930319821236RM423220887601992017920126RM4242208944019070179702944RM6260756603321026552453RM712608989017660162715929RM13243508652022600196909844RM1683606929038610301418085RM2313407130039550327607604RM23231108773019190162936032RM2513306132044590343003395RM3383408652020500170606595RM603308287024400200509085RM853807956028690238222758RM11364707897027010215223677RM2554707589034260283024011RM2734707416032560265521154RM5184306629045580382606957RM54144409494009380087715278RM1645109213014490134406721RM2675408581021830185406611RM2895108202027960238700822RM3328560884801900016492035RM5985406929038610302803368RM11161007697032690265726571RM1766307360035430292204881RM2256306157051090449104904RM5276806404047570382030605RM54161008809018600158533507RM1347706966041270326222834RM1871207326036530318835059RM4187909663006510063015354RM4817206742039700312203584RM8271007402034880284520352RM2238808570022740194609961RM3088409270013690131206598RM3378108390027620249003333RM3398305923047440361407469RM4281408989016940147250597RM72840829202424020350802RM21991009115014230124526708RM2429409139013500113206825RM3169406966042270333305248RM258101307828031640258936794RM26910807159038110302214831RM29410207528034450287006042RM304101107191041000334731567RM31110106704043440339203347RM59010206086049540408801476RM224111108614019900163521405RM1712207921032620272005439RM235121208184028170243919552average6158707974028540237115787

注：圖中數(shù)字為表1中材料序號

Note:The number in this igure stand for number in table1

圖1 基于遺傳相似系數(shù)的89份新疆粳稻的聚類圖
Fig.1 The cluster analysis on 89 rice materials

2.3 89份粳稻品種的Nei1983聚類

根據(jù)Powermarker3.25中Nei1983值法對89份材料進(jìn)行聚類分析，利用EVOLVIEW軟件編輯聚類分析圖，可將89份材料聚為3大類，第Ⅰ類有07GY5-1-1、糧雜5號、糧雜4號、新稻17號、吉95、新稻37號；第Ⅱ類有新稻35號、伊選-4、遼旱109、旱稻529、旱稻65、秋光、騰系144、98-911、A36、新稻10號、東農(nóng)425、新稻11號、新稻34號、昌優(yōu)2006、丹3416、新稻21號、長粳香2號；第Ⅲ類，剩下所有品種聚為一大類。圖2

圖2 Nei1983聚類圖
Fig.2 Nei1983 clustering graph

3 討 論

在育種實(shí)踐中，育種者選擇的親本材料多集中在幾個常用表現(xiàn)較好的材料上，這種遺傳基礎(chǔ)的狹窄性是導(dǎo)致目前粳稻產(chǎn)量難以再上新臺階的重要原因之一。研究應(yīng)用SSR標(biāo)記對新疆水稻主要粳稻骨干親本、自育品種及引進(jìn)資源進(jìn)行了多樣性分析，共檢測到385個等位基因變異，聚類結(jié)果在大多數(shù)品種(系)上較好的反映了不同品種的親緣關(guān)系，相互之間具有一定的同源性。89個粳稻材料的遺傳相似性很大，相似系數(shù)在0.71～0.88，平均相似系數(shù)為0.795，說明新疆種植的粳稻品種間的遺傳基礎(chǔ)非常狹窄。

自20世紀(jì)90年代起，新疆從日本和我國吉林、寧夏、遼寧等生態(tài)相似區(qū)引進(jìn)大量的品種資源，在生產(chǎn)上直接利用的品種有達(dá)10多個，在新疆不同稻區(qū)種植，主要有秋田小町、越光、秋光、秋田39、吉粳91、寧粳43、豐優(yōu)516、農(nóng)林315、農(nóng)林314等，歷年來推廣種植面積最大的是秋田小町，且是多年來自治區(qū)區(qū)域試驗、生產(chǎn)試驗的對照品種，秋田小町和越光仍是新疆品質(zhì)最優(yōu)的品種，也因此成為育種家手中的骨干親本。近年來隨著育種單位的重視及資源引進(jìn)加強(qiáng)，陸續(xù)培育審定了新的品種，并在全疆推廣示范，如目前推廣面積最大的新稻11號，年推廣面積達(dá)到2.667×104hm2(40萬畝)以上，其親本就是日本引進(jìn)的。研究聚類結(jié)果也充分說明這一點(diǎn)，新疆目前的粳稻資源與日本及東北等生態(tài)相似區(qū)的水稻親緣關(guān)系相近。從新疆四大稻區(qū)分布來看，此次聚類結(jié)果并沒有將新疆不同稻區(qū)種植推廣的品種完全區(qū)分開，可能是新疆整體水稻資源多樣性不夠豐富，不同稻區(qū)略有生育時期的差異，其次，SSR引物數(shù)量有限，未能區(qū)分開不同區(qū)域的資源差異性。

4 結(jié) 論

SSR標(biāo)記聚類結(jié)果在大多數(shù)品種(系)上較好地反映了不同材料的親緣關(guān)系。通過對89份粳稻品種(系)的SSR遺傳相似性分析結(jié)果可以看出，大多數(shù)材料間的遺傳相似性系數(shù)比較大，被劃分到一個類群中，這說明目前新疆稻區(qū)種植的水稻品種遺傳基礎(chǔ)還相對比較狹窄。

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DNA Fingerprints and Genetic Diversity Analysis Based on SSR Markers forJaponicaRice Resources in Xinjiang

ZHANG Yan-hong1，WANG Feng-bin1，2，Buhaliqiemu·Abulizi1，YUAN Jie1，ZHAO Zhi-qiang1，WEN Xiao-rong2，TANG Fu-sen2，MA Dun1

(1. Research Institute of Nuclear and Biotechnologies, Xinjiang Academy of Agricultural Sciences, Urumqi 830091,China; 2.WensuRiceExperimentStationofXinjiangAcademyofAgriculturalSciences,WenshuXinjiang843000,China)

【Objective】 The study aims to establish the DNA fingerprints and throw light on the genetic diversity of the Japonica Rice in Xinjiang.【Method】The Japonica Rice of 89 varieties were used as materials to analyze the genetic diversity and genetic relationship by 70 SSR markers.【Result】The result showed that there were 63 pairs of primers with polymorphic fragments and 388 effective alleles were detected. Namely, each pair had 6.158,7. The average polymorphism frequency index was 0.237,1 and the genetic similarity coefficient between the 89 materials was 0.72～0.88 with high similarity. If 0.73 was taken as a standard, all materials could be divided into 5 groups, but most were in one group.【Conclusion】However, generally speaking, the genetic background comparability was high and the diversity was low. It is demonstrated that the genetic basis of the Japonica Rice in Xinjiang is narrow. Therefore, identifying and making use of the new genetic resources and creating breeding materials should be strengthened.

japonica rice; germplasm resources; genetic diversity

10.6048/j.issn.1001-4330.2016.11.001

2016-03-07

國家科技支撐計劃課題(2014BAA03B04)；新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院青年科技基金項目(xjnkq-2014029)

張燕紅(1982-)，女，助理研究員，研究方向為水稻遺傳育種，(E-mail)zhangyanhong9527@163.com

王奉斌(1968-)，男，研究員，研究方向為水稻遺傳育種與栽培，(E-mail)xjnkywfb@163.com

S511

A

1001-4330(2016)11-1961-08