楊 萌， 蘇月貴， 何靜丹， 何雪銀， 文仁來， 田樹云

(廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 玉米研究所， 廣西 南寧 530007)

0 引言

【研究意義】玉米是世界上雜種優(yōu)勢利用最早，推廣最有效的作物之一，也是目前中國種植面積和年總產(chǎn)量最高的作物。選育優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)新品種首先需研究玉米種質(zhì)資源的遺傳多樣性和系譜關(guān)系，正確劃分種質(zhì)類群，按照特定的雜種優(yōu)勢模式進行組配，才能提高育種效率[1-2]。廣西地處亞熱帶，生態(tài)類型眾多，災(zāi)害性天氣出現(xiàn)頻繁，開發(fā)利用生態(tài)類型豐富的熱帶、亞熱帶玉米種質(zhì)資源非常必要?！厩叭搜芯窟M展】熱帶、亞熱帶玉米種質(zhì)資源多具有抗病、抗蟲和抗逆境等優(yōu)良性狀[3]，但以往對中國玉米種質(zhì)的研究利用多集中在溫帶種質(zhì)，與熱帶、亞熱帶種質(zhì)相關(guān)的雜優(yōu)模式研究利用較少。王懿波等[4]在20世紀(jì)末研究中國玉米雜種優(yōu)勢群時預(yù)測了瑞德種質(zhì)×蘇灣種質(zhì)的溫×熱種質(zhì)雜交優(yōu)勢模式；黃開健[5]通過系譜分析認(rèn)為，2000年以前廣西玉米育種過分依賴墨黃9種質(zhì)，遺傳基礎(chǔ)狹窄；吳永升等[6]在2008年對廣西主要常用玉米自交系進行分析發(fā)現(xiàn)，廣西仍然沒有占主體地位的玉米雜優(yōu)模式，也沒有適應(yīng)廣西氣候類型的代表性測驗種；同時，隨著雜交種的推廣，廣西豐富的亞熱帶地方種質(zhì)資源也逐漸被忽視[7-8]。近年來雖然有部分關(guān)于中國西南地區(qū)應(yīng)用溫帶×亞熱帶材料雜種優(yōu)勢模式的研究[9-13]，也有對廣西地區(qū)骨干玉米自交系雜種優(yōu)勢群的再劃分，但分群較為復(fù)雜，溫帶玉米材料難以適應(yīng)廣西的生態(tài)氣候，不同研究者推薦的主體雜優(yōu)模式不一致[14-16]，且缺少對這些雜優(yōu)模式的針對性育種開發(fā)利用。【本研究切入點】玉米品種桂單0810作為廣西本土首個國家玉米主導(dǎo)品種，在抗逆性、品質(zhì)、產(chǎn)量等方面表現(xiàn)突出，其母本桂39722是利用從美國溫帶雜交種中選育的自交系7239與從國際玉米小麥改良中心引進的熱帶玉米種質(zhì)CML285雜交建立的選系基礎(chǔ)群中選育而成，其父本桂兆18421是利用從泰國引進的熱帶、亞熱玉米群體Swan(late)C4選育獲得。在過去幾年間，以該品種的雙親為基礎(chǔ)構(gòu)建了相應(yīng)的廣西本土改良群體，并選出若干綜合性狀優(yōu)良的自交系。利用SSR標(biāo)記可以簡便快捷的從DNA水平上分析生物遺傳多樣性，劃分雜種優(yōu)勢群，SSR標(biāo)記是加強作物遺傳研究及促進育種應(yīng)用的重要手段[17-19]?！緮M解決的關(guān)鍵問題】利用60對多態(tài)性SSR標(biāo)記，對桂單0810和桂單0811的雙親及以其雙親為基礎(chǔ)選育的改良材料和引進外來種質(zhì)材料的親緣關(guān)系進行分析，探索適宜廣西地區(qū)生態(tài)氣候類型的雜種優(yōu)勢模式，為繼續(xù)拓寬、改良廣西玉米育種材料的遺傳基礎(chǔ)和新品種選育提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

玉米種質(zhì)材料包括30份廣西地區(qū)正在使用的骨干自交系、32份引進的外來種質(zhì)(包括5份測驗種)，共62份玉米種質(zhì)資源，具體信息見表1。

表1 62份玉米種質(zhì)資源名稱及其來源

1.2 方法

使用CTAB小量提取法制備玉米基因組總DNA，從Maize GDB數(shù)據(jù)庫(www.maizegdb.org)查找合成SSR標(biāo)記，最終選擇其中帶型清晰、分布均勻、多態(tài)性明顯的60對(表2)。采用10 μLPCR體系擴增，經(jīng)7%聚丙烯酰胺凝膠電泳，0.1%硝酸銀染色顯影，使用Excel 2016統(tǒng)計結(jié)果，將相同遷移率位置上有條帶的記為1，無條帶的記為0。最后采用NTsys 2.10e分析數(shù)據(jù)，進行聚類分群。

表2 60對SSR標(biāo)記的引物名稱

2 結(jié)果與分析

2.1 SSR標(biāo)記多態(tài)性

60對SSR標(biāo)記在62份自交系中共檢測出278個等位基因。每對SSR標(biāo)記可檢測3～7個等位基因，平均4.6個。電泳帶型清晰穩(wěn)定，多態(tài)性良好(圖1)。

圖1 SSR 引物Phi 328175帶型

2.2 雜種優(yōu)勢群劃分

根據(jù)聚類結(jié)果，以遺傳相似度系數(shù)0.77為標(biāo)準(zhǔn)，62份玉米材料可分為3個群(圖2)。

圖2 62份玉米材料的聚類樹

第Ⅰ群包含24份材料，該群以相似度0.80為標(biāo)準(zhǔn)，又可分為2個亞群。I-1亞群包含19份材料，I-2亞群包含5份材料。I-1的19份材料中自育材料以桂單0810的母本桂39722為核心(農(nóng)C39-8-2為桂39722的突變體)，包括桂單0811的母本桂39321，引進材料中掖478為瑞德種質(zhì)的代表性材料，在聚類圖中與7239最為相似，與該群內(nèi)其他材料相似度略低；I-2亞群包含的材料較少，5份材料均為外來引進材料。結(jié)合桂39722的系譜來源和選育過程認(rèn)為，Ⅰ群的13份自育材料為混合了熱帶血緣的改良瑞德種質(zhì)，11份引進材料具有與自育材料相近的背景特征。

第Ⅱ群共25份材料，分為2個亞群。Ⅱ-1亞群包括21份材料，其中自育材料14份，以桂兆18421為核心，是以泰國Swan(late)C4群體為基礎(chǔ)選育的自交系及其衍生種質(zhì)；另有7份材料為外來引進。Ⅱ-2亞群包含4份材料，其中3份自育材料為桂兆18421的改良系，1份為外來引進。根據(jù)聚類結(jié)果認(rèn)為，Ⅱ群是以Swan(late)C4群體為核心的熱帶、亞熱帶玉米種質(zhì)及與其遺傳背景相近的引進種質(zhì)。

第Ⅲ群共10份材料，包括測驗種Mo17，均為外來引進材料，數(shù)量較少，目前不屬于廣西玉米育種的核心材料，該群內(nèi)部無再劃分亞群的必要。此外，3份自交系齊319、丹340和黃早4為國內(nèi)玉米雜種優(yōu)勢群劃分常用測驗種，聚類結(jié)果表明本研究未采集與其背景較為相近的種質(zhì)材料。

2.3 少數(shù)玉米種質(zhì)具有額外特異基因

研究發(fā)現(xiàn)，少數(shù)材料在具有正常等位基因擴增條帶的同時，在較遠距離額外出現(xiàn)一些低頻率擴增條帶(額外特異基因)，類似罕見變異。將60對SSR引物擴增中低頻率擴增條帶總數(shù)達4條及其以上的材料進行統(tǒng)計，結(jié)果(表3)表明，在染色體分布方面，第1、第4、第7和第10染色體的低頻率擴增條帶出現(xiàn)概率較多，每條染色體上出現(xiàn)總數(shù)分別為14條、11條、8條和12條；在玉米種質(zhì)材料方面，PHV37(SS)和42號H8431(SS)材料較易出現(xiàn)額外低頻率擴增條帶，低頻率擴增條帶總數(shù)分別為13條和27條。

表3 不同玉米種質(zhì)與玉米不同染色體的低頻率擴增條帶

3 討論

3.1 廣西本土育種材料創(chuàng)新取得一定進展

將研究分群結(jié)果與黃開建等[5-6]的研究結(jié)果進行比較看出，近20年來廣西玉米育種一定程度上克服了過度依賴墨黃9種質(zhì)的情況，在此基礎(chǔ)上，進一步引進遺傳基礎(chǔ)更豐富的新種質(zhì)或新類群，將對廣西玉米育種的發(fā)展起到重要的推動作用。研究所分析的玉米自交系共包含32份外來引進材料，其中11份引進材料被聚類到第Ⅰ群，因此，可從11份引進材料中選擇綜合性狀優(yōu)良、配合力高的新自交系以拓寬第Ⅰ群的育種群體，或利用其對第Ⅰ群的現(xiàn)有廣西本土材料進行性狀改良。同樣方法，可以利用被聚類到第Ⅱ群的8份引進材料拓寬第Ⅱ群的育種群體，或?qū)Φ冖蛉鹤杂牧线M行改良。FAN等[20]研究表明，在地區(qū)性生態(tài)類型豐富的中國西南部，玉米育種適宜保持3個雜種優(yōu)勢群，因此本研究中與Mo17一起被聚類為第Ⅲ群的9份外來種質(zhì)，可從中選育適應(yīng)廣西氣候、性狀優(yōu)良、配合力較高的自交系與第Ⅰ、第Ⅱ群組配雜交種。

3.2 發(fā)現(xiàn)少數(shù)獨特基因或獨特等位基因

研究發(fā)現(xiàn)部分材料具有稀有獨特的擴增位點，說明部分玉米種質(zhì)材料及某些染色體區(qū)段可能具有較大的特異性，如遺傳背景非常近似的材料桂兆18421與15樓18421雜2，前者作為成熟的育種材料，在SSR標(biāo)記的電泳結(jié)果中未見額外條帶，而進一步改良過程中選育到的15樓18421雜2，在第1和第10染色體出現(xiàn)部分特異性條帶，推測該材料的遺傳背景變化可能發(fā)生在2條染色體相應(yīng)區(qū)段。在后續(xù)研究中可采用基因芯片測序等技術(shù)進一步精確地估計特異性基因(變異)的出現(xiàn)頻率，將有助于提高玉米育種材料的改良效率，挖掘和利用長期以來被忽視的種質(zhì)資源，用于育種群體的改良、創(chuàng)新，以及建立新的雜種優(yōu)勢配對模式。

4 結(jié)論

4.1 溫?zé)帷翢岱N質(zhì)雜優(yōu)模式符合廣西生態(tài)類型

目前廣西地區(qū)廣泛種植的品種桂單0810(親本為桂7239×桂兆18421)和桂單0811(親本為桂39321×桂兆18421)具有高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、質(zhì)優(yōu)、廣適、多抗的優(yōu)良綜合性狀，通過對2個品種選育過程中所利用的玉米育種群體及選育出的自交系的遺傳背景分析表明，桂單0810和桂單0811雙親的組配利用了改良瑞德種質(zhì)×蘇灣種質(zhì)的溫?zé)帷翢岱N質(zhì)雜優(yōu)模式，建議在今后的實際育種工作中，2群分別進行改良選系，進一步提高2群的一般配合力，同時拉大2群間的遺傳距離，擴大雜種優(yōu)勢，在2群間進行雜交種組配。這也與王懿波等[21]的研究預(yù)測結(jié)果相符。

4.2 部分優(yōu)良性狀宜結(jié)合分子技術(shù)進行育種改良

研究的部分引進材料具有一些優(yōu)良性狀，如LH196和E8501具有耐低溫特點，PHJ65具有耐澇特點，可通過常規(guī)育種方法利用其對同一雜種優(yōu)勢群的材料進行改良，但若利用其對不同雜種優(yōu)勢群的材料進行改良，如利用第Ⅰ群的PHJ65改良第Ⅱ群部分材料的耐澇性，可能會造成Ⅱ群相應(yīng)材料遺傳背景混雜、遺傳距離變近、原有優(yōu)良性狀丟失及配合力降低等問題。對此，可通過分子生物學(xué)方法挖掘控制其優(yōu)良性狀的基因位點，通過分子標(biāo)記輔助將單個基因片段導(dǎo)入相應(yīng)自交系，在不改變材料本身背景的情況下進行定向改良。