呂學(xué)高，趙軍華，盧華兵，朱正梅

(浙江省東陽玉米研究所，浙江 東陽 322106)

浙江省玉米地方種質(zhì)的SSR聚類分析

呂學(xué)高，趙軍華，盧華兵，朱正梅

(浙江省東陽玉米研究所，浙江 東陽 322106)

以代表我國溫帶玉米主要雜種優(yōu)勢群的4個標準測驗種為對照，利用40對玉米SSR核心引物，對浙江省90份玉米地方種質(zhì)資源開展聚類分析。結(jié)果表明，SSR分子標記共檢測221個等位基因變異，等位基因變異為3～11個，平均為5.5個，多態(tài)性信息量(PIC)為0.37～0.89，平均為0.69，充分展現(xiàn)浙江省玉米地方種質(zhì)資源較為豐富的遺傳變異。SSR標記分析表明，保安山玉米等16份玉米地方種質(zhì)與黃早四劃分為塘四平頭類群；常山九十日等21份玉米地方種質(zhì)與掖478劃分為Reid類群；杭縣一百二十日等19份玉米地方種質(zhì)與丹340劃分為旅大紅骨類群；白巖旱地品種等20份玉米地方種質(zhì)與Mo17劃分為Lancaster類群。SSR分子標記分析結(jié)果為浙江省玉米地方種質(zhì)的改良創(chuàng)新和育種利用提供參考。

玉米； 浙江； 地方種質(zhì)； SSR分子標記； 聚類分析

種質(zhì)資源亦稱遺傳資源，是決定各種遺傳性狀的基因資源，是作物育種、生物科學(xué)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)[1]。玉米地方種質(zhì)資源是經(jīng)過長時間自然選擇和人工選擇所形成的一種資源類型，對當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境與栽培制度具有良好的適應(yīng)性，其多樣的遺傳變異為玉米種質(zhì)創(chuàng)新和利用提供物質(zhì)基礎(chǔ)[2]。因此，玉米地方種質(zhì)資源日益受到研究者的廣泛關(guān)注，報道結(jié)果顯示，我國不同來源的玉米地方種質(zhì)，在表型與DNA水平上都呈現(xiàn)出水平較高、范圍較寬的變異特性；并且在聚類結(jié)果上也與這些種質(zhì)的來源顯示出高度的一致性[3-4]。隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)的發(fā)展，DNA分子標記技術(shù)在遺傳資源分析上顯示出優(yōu)越性和有效性，廣泛應(yīng)用于遺傳圖譜構(gòu)建、遺傳多樣性分析、聚類分析和基因鑒定等領(lǐng)域[5-6]。

本研究選用浙江省內(nèi)廣泛搜集的玉米地方種質(zhì)資源90份，以代表我國溫帶玉米主要雜種優(yōu)勢群的4個標準測驗種為對照[7-9]，利用SSR分子標記技術(shù)，開展浙江省玉米地方種質(zhì)的SSR聚類分析，以期為玉米地方種質(zhì)的挖掘和利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

選用90份玉米地方種質(zhì)資源，均搜集自浙江省內(nèi)各地方縣市，從浙東北平原向浙中丘陵到浙西南山區(qū)，其中，以浙中杭州、紹興、金華與浙西衢州、麗水等丘陵和山區(qū)玉米地方種質(zhì)居多，大部分已保存于國家玉米種質(zhì)資源庫。

浙江省玉米地方種質(zhì)，從生育期、株高、穗位高、花絲顏色、果穗長度、穗粗、籽粒顏色、穗軸顏色等表型農(nóng)藝性狀，均表現(xiàn)出豐富多樣的遺傳變異[2]。其中4份代表我國溫帶玉米主要雜種優(yōu)勢群的標準測驗種，黃早四代表塘四平頭類群；掖478代表Reid類群；丹340代表旅大紅骨類群；Mo17代表Lancaster類群[7-9]。所有試驗材料編號及名稱詳見表1。

1.2 DNA提取與SSR檢測

試驗材料于25 ℃培養(yǎng)箱種子發(fā)苗至三葉一心期，每份材料取10株同一心葉等量混合，選用生工生物工程(上海)股份有限公司的植物基因組DNA抽提試劑盒SK8232、BS9298試劑盒完成DNA抽提和PCR擴增，利用電泳儀(DYY-6C型)進行4S Green瓊脂糖凝膠電泳檢測，BIO-RAD Molecular Imager Gel DocTMXR+Imaging System成像系統(tǒng)顯帶，Image Lab軟件統(tǒng)計帶型。SSR檢測采用北京農(nóng)林科學(xué)院玉米研究中心針對中國玉米種質(zhì)開發(fā)的40個核心SSR標記[10-12]，引物均由生工生物工程(上海)股份有限公司合成[13]。

表1 浙江省玉米地方種質(zhì)與測驗種自交系編號及名稱

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

根據(jù)PCR擴增結(jié)果，建立Excel數(shù)據(jù)庫。標記位點的多態(tài)性信息量(PIC)按公式PIC=1-∑fi計算，其中，fi表示某標記位點第i等位基因的基因頻率[13-15]。利用NTSYS-pc 2.1軟件中的Similarity和Clustering模塊對試驗材料進行SSR聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 基于SSR標記的多樣性

40個SSR標記在90份玉米地方種質(zhì)中共檢測到221個等位基因變異，每個SSR檢測到的等位基因變異為3～11個，平均為5.5個，多態(tài)性信息量(polymorphism information content，PIC)為0.37～0.89，平均為0.69(表2)，其中，phi072k4、umc1999y3、umc1429y7、umc2163w3均表現(xiàn)出較高的多態(tài)性。

上述結(jié)果顯示出浙江省玉米地方種質(zhì)資源存在較為豐富的遺傳變異。

表2 SSR檢測的等位基因與多態(tài)性信息量

2.2 聚類分析

參照我國溫帶玉米主要雜種優(yōu)勢群的4個標準測驗種，將90份地方種質(zhì)中的76份供試材料劃分到塘四平頭群、Reid群、旅大紅骨群、Lancaster群四大類群中。其中，16份地方種質(zhì)與黃早四(P91)劃為塘四平頭類群；21份地方種質(zhì)與掖478(P92)劃為Reid類群；19份地方種質(zhì)與丹340(P93)劃為旅大紅骨類群；20份地方種質(zhì)與Mo17(P94)劃為Lancaster類群(表3)。其余14份地方種質(zhì)與4個類群的遺傳距離較遠。

表3 浙江省玉米地方種質(zhì)的SSR聚類結(jié)果

3 小結(jié)與討論

3.1 浙江省玉米地方種質(zhì)的研究與利用

我國長江流域及西南地區(qū)具有十分豐富的玉米地方種質(zhì)資源，這些地方的玉米資源具有很大的利用潛力[16]。浙江地處長江下游、瀕臨東海，屬于典型的亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，地形地貌豐富多樣，既有東部沿海平原與濱海島嶼，又有西南的丘陵山峰，河流眾多、水資源充沛，春、夏、秋季均可種植玉米，經(jīng)過悠久的玉米種植歷史保留了豐富的玉米地方種質(zhì)資源。20世紀60年代，浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)藝所、浙江省東陽玉米研究所承擔(dān)農(nóng)業(yè)部農(nóng)作物品種資源征集、整理和農(nóng)藝性狀研究項目，完成系統(tǒng)征集、整理浙江省玉米地方種質(zhì)資源，形成本省玉米種質(zhì)資源庫，豐富國家玉米種質(zhì)資源[17]。浙江省玉米地方種質(zhì)資源在玉米育種上也發(fā)揮過重大作用，20世紀60年代，利用浙江著名的地方品種滿蒲金和外省引進的金皇后雜交，育成品種間雜交種浙雜1號；在種質(zhì)資源創(chuàng)新利用上，選育出一批較優(yōu)自交系，如金糯、殼、磐、余、半、殼、旅回等字號的自交系均源于地方品種資源，并利用這些自交系與其他材料雜交育成浙單一號和殼黃玉米雜交種，其他省份利用上述自交系育成虎單系列和皖系等[18]。

從SSR聚類分析的結(jié)果看，浙江省內(nèi)種質(zhì)庫保存和新搜集玉米地方種質(zhì)的遺傳基礎(chǔ)較寬，分別與塘四平頭、Reid、旅大紅骨、Lancaster等類群具有一定的同源性，同時，又有小部分玉米種質(zhì)資源表現(xiàn)出相對較遠的遺傳距離，這小部分種質(zhì)資源一方面可以開展更高密度的分子標記分析，另一方面需加強與其他優(yōu)勢群的雜優(yōu)模式探討。結(jié)合常用的雜種優(yōu)勢模式，可以有選擇地在群間進行雜交組配，在群內(nèi)開展二環(huán)系選育或綜合種合成，進行種質(zhì)擴增、改良和創(chuàng)新研究，可以更快、更高效地為玉米育種服務(wù)[16]。

3.2 玉米地方種質(zhì)的挖掘與利用

諸多研究表明，我國玉米種質(zhì)資源遺傳基礎(chǔ)相對比較狹窄，能有效利用的種質(zhì)資源相當貧乏，已成為阻礙玉米育種的一個瓶頸。地方品種資源的發(fā)掘利用，在我國玉米雜交育種史上發(fā)揮過重要的作用，但在目前的育種實踐中卻利用得越來越少。究其原因：一是玉米地方種質(zhì)資源系譜關(guān)系不清，直接利用的工作量龐大而繁瑣；二是玉米地方種質(zhì)資源自身配合力不高，部分優(yōu)異性狀須經(jīng)遺傳改良基因聚合后才能加以利用[16]。我國玉米育種每前進一步，均與地方品種的挖掘利用密不可分，因而，在目前大量利用外引群體和基因庫進行全國性的種質(zhì)擴增、改良和創(chuàng)新研究的同時，摸清我國自身地方種質(zhì)的系譜關(guān)系與優(yōu)異性狀的定向改良，充分挖掘和利用我國的玉米地方種質(zhì)資源，對我國今后玉米育種的發(fā)展具有重要作用[19]。

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(責(zé)任編輯：張 韻)

2017-05-18

浙江省公益技術(shù)研究農(nóng)業(yè)項目(2015C32068)；浙江省農(nóng)業(yè)廳“省級現(xiàn)代種業(yè)發(fā)展工程”項目

呂學(xué)高(1982—)，男，山東青島人，助理研究員，碩士，研究方向為玉米遺傳育種，E-mail: lxg-909@163.com。

10.16178/j.issn.0528-9017.20170808

S513

A

0528-9017(2017)08-1318-04

文獻著錄格式：呂學(xué)高，趙軍華，盧華兵，等. 浙江省玉米地方種質(zhì)的SSR聚類分析[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，58(8)：1318-1321.