摘要：為了挖掘西南地區(qū)優(yōu)良玉米種質資源創(chuàng)制玉米新品種，對該地區(qū)29份玉米自交系進行遺傳多樣性分析。利用40對SSR標記引物對西南地區(qū)29份玉米自交系進行6%變性聚丙烯酰胺凝膠電泳，并且利用UPGMA法和PCoA分析對SSR標記結果進行聚類，探究種質的遺傳多樣性。結果表明：40對SSR標記在29份玉米種質中共檢測到234個等位基因變異，每對SSR標記鑒定3～9個等位基因變異，平均為5.85個，不同SSR標記引物位點的PIC值變化范圍為0.23～0.96，平均值為0.61，并且不同自交系間遺傳相似系數(shù)變化范圍為0.04～0.85，平均值為0.17；利用UPGMA分析，以遺傳相似系數(shù)0.18為界，29份玉米自交系聚為6類，并且進一步利用PCoA分析將29份自交系細分為9類。本研究綜合2種聚類方法較精確地劃分29份玉米自交系類群，為西南地區(qū)玉米育種提供種質資源和挖掘新雜優(yōu)模式。

關鍵詞：玉米；SSR標記；聚類分析；遺傳多樣性

中圖分類號：S513.032" 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2025）03-0044-05

徐立明，吳鋒鍇，冷益豐. 基于SSR標記的29份玉米自交系遺傳多樣性分析［J］. 江蘇農業(yè)科學，2025，53（3）：44-48.

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2025.03.006

收稿日期：2024-01-31

基金項目：西昌學院博士科研啟動基金（編號：117281679）；國家自然科學基金（編號：32060485）。

作者簡介：徐立明（1987—），男，湖北咸寧人，博士，講師，主要從事玉米遺傳育種研究。E-mail：limingxuscau@yeah.net。

通信作者：冷益豐，博士，副教授，主要從事玉米遺傳育種研究。E-mail：yifeng_71@163.com。

玉米（Zea mays L.）是全球主要的糧飼作物之一，在我國工業(yè)加工和農業(yè)生產方面起到重要作用［1］。種質脆弱和遺傳基礎狹窄，嚴重限制我國玉米育種，阻礙玉米產量的提高和生產的可持續(xù)發(fā)展［2-3］。研究種質遺傳多樣性可以充分利用玉米種質資源、提高玉米育種水平和效率。西南地區(qū)是我國三大玉米主產區(qū)之一，長時期外來玉米種質的引進與滲入，玉米原始材料的地理來源不明，導致該地區(qū)種質的血緣關系混雜［4］。由于部分玉米材料系譜來源不清晰，根據田間表型性狀很難準確地劃分類群，同時，利用田間性狀的雜種優(yōu)勢表現(xiàn)劃分雜優(yōu)類群耗時、費工、效率低。

分子標記技術為玉米種質遺傳關系研究提供了新的技術和方法。利用該技術能有效地劃分不同玉米種質雜優(yōu)類群和分析種質遺傳變異［5］。限制性片段長度多態(tài)性（RFLP）、隨機擴增多態(tài)性DNA（RAPD）、擴增片段長度多態(tài)性（AFLP）和簡單重復序列（SSR）分子標記已被用于分析玉米種質遺傳多樣性，其中SSR是一種共顯性標記，呈現(xiàn)出多態(tài)性好、重復性高、可靠性高及覆蓋整個基因組等特點，更適合用于玉米種質遺傳多樣性的鑒定［6-7］。李偉忠等采用64對SSR核心標記對257份玉米自交系進行遺傳多樣性分析，發(fā)現(xiàn)供試自交系可劃分為4大類群，6個亞群［8］。陳艷等利用40對核心SSR標記對31份玉米自交系進行聚類分析，將玉米材料分為4大類群［9］。戰(zhàn)超等利用30對多態(tài)性好且穩(wěn)定的SSR標記對259份玉米自交系進行聚類及同源性分析，將種質資源劃分為5個類群［10］。以往研究對不同玉米自交系進行遺傳多樣性分析，鑒定這些種質間遺傳差異、親緣關系，為自交系親本間雜交組配提供了參考，提高了育種效率。

本研究利用40對核心SSR標記探究西南地區(qū)29份不同血緣玉米自交系遺傳多樣性，深度剖析供試玉米種質間的親緣關系，并進行雜優(yōu)類群分析，以期為這些種質的遺傳改良和育種應用提供依據。

1" 材料與方法

1.1" 試驗材料

玉米自交系材料見表1，收集于西昌學院和四川省涼山彝族自治州西昌市墾豐農業(yè)科技有限公司。

1.2" SSR引物

SSR擴增依據李偉忠等的研究結果［8］，挑選多態(tài)性好且穩(wěn)定的40對SSR核心引物，序列源自玉米數(shù)據庫（http：//www.maizesequence.org），且均勻覆蓋玉米全基因組。SSR標記引物由武漢愛基百客生物科技有限公司合成。

1.3" DNA提取與PCR擴增

采收2022年5月20日在四川省西昌市五堡村種植玉米3～5葉期的幼嫩葉片，應用武漢愛基百客生物科技有限公司植物基因組DNA kit提取試劑盒提取DNA。利用紫外分光光度儀測定DNA質量和濃度，進行PCR試驗。PCR反應體系為Premix溶液10 μL、10 μmol/L上下游引物各0.5 μL、模板 60 ng/μL 的DNA各1 μL，并添加重蒸H2O補至體積為20 μL。PCR反應程序為：94 ℃預變性5 min；94 ℃變性40 s，55 ℃退火30 s，72 ℃延伸40 s，共運行35個循環(huán)；72 ℃后延伸5 min。PCR擴增產物采用6%變性聚丙烯酰胺凝膠電泳檢測，凝膠通過核酸染料染色，統(tǒng)計數(shù)據并掃描照片。

1.4" 數(shù)據分析

分析SSR擴增產物，有帶記為“1”，無帶記為“0”，統(tǒng)計數(shù)據構建0-1矩陣。利用NTSYS 2.1軟件進行非加權組平均法（UPGMA）估算29份玉米自交系間遺傳相似系數(shù)，并進行聚類分析。參照陳婧等的方法［11］用Eigen模塊進行主坐標分析（PCoA），生成三維圖。每個SSR位點的多態(tài)性信息量（PIC）用公式PIC＝1-∑f2i計算，式中：fi表示i位點的基因頻率。

2" 結果與分析

2.1" SSR標記分析結果

本研究利用多態(tài)性良好、均勻散布在玉米10條染色體上的40對SSR標記，鑒定29份玉米自交系間的遺傳差異。由表2可知，在玉米材料中共鑒定234個等位基因變異，每對SSR標記擁有3～9個等位基因，平均每對標記擁有5.85個。SSR標記umc1065、umc1225和bnlg161檢測出最多的9個等位基因，但bnlg125、umc1185、umc1496和bnlg1451檢測出最少的3個等位基因。PIC值是描述引物多態(tài)性程度的重要指標，本研究PIC值變化范圍在0.23～0.96，平均PIC值0.61，其中PIC值最大的引物bnlg1712為0.96，PIC值最小的引物bnlg439為0.23。在40對SSR標記引物中，有31對引物的PICgt;0.5，僅有9對引物PIClt;0.5，分別是引物bnlg439、bnlg162、bnlg125、bnlg1154、bnlg1805、umc1524、umc1185、bnlg1451和umc2122。以上結果表明40對SSR標記多態(tài)性較高，并且29份玉米自交系具有豐富的遺傳變異。

2.2" 玉米自交系間遺傳相似系數(shù)分析結果

根據SSR標記統(tǒng)計數(shù)據計算玉米自交系SSR遺傳相似系數(shù)，其變化范圍為0.04～0.85，平均遺傳相似系數(shù)值為0.17。遺傳相似系數(shù)主要分布在0.10～0.20之間，占全部的69.70%，在0.4以上的占2.22%，而在0.1以下的占8.37%（圖1）。玉米自交系CY109M8與CY518F7的遺傳相似系數(shù)最高，為0.85，表明這2個自交系間的遺傳差異最?。籆Y119F4與JY669M的遺傳相似系數(shù)最低為0.04，表明2個自交系間的遺傳差異最大。

2.3" 29份玉米自交系的聚類分析結果

根據SSR標記的遺傳相似系數(shù)矩陣進行UPGMA聚類分析，29份玉米自交系以遺傳相似系數(shù)0.18為標準，可聚成6類（圖2）。第Ⅰ類包含12份玉米自交系，在遺傳相似系數(shù)為0.4以上時，自交系014-KF169M與KF169-2KF02，410F與KF169M9間的親緣關系近；第Ⅱ類包含3份玉米自交系，在遺傳相似系數(shù)為0.6以上時自交系CY119F4與KF821M5間的親緣關系近；第Ⅲ類包含4份玉米自交系；第Ⅳ類只包含2份玉米自交系KF520M6和LS3F；第Ⅴ類包含4份玉米自交系；第Ⅵ類包含4份玉米自交系，在遺傳相似系數(shù)為0.4以上時自交系KF169F9與KF606M9間的親緣關系近。

2.4" PCoA結果

基于SSR標記的遺傳相似系數(shù)進行PCoA，對29份玉米自交系作前3個主坐標軸三維排序，各維度的方差貢獻率分別為8.84%、6.70%和6.12%（圖3）。在PCoA三維圖中29份玉米自交系共分為9類，其中將UPGMA聚類圖中第Ⅰ類分成第Ⅰ類、第Ⅳ類、第Ⅴ類、第Ⅷ類和第Ⅸ類5個亞類，并將YY988F2和GCDYU001F自交系劃分到三維圖中第Ⅶ類（表3）。PCoA圖坐標指示各維度解釋結果的百分比，在圖中空間距離較近的樣本相似，而空間距離較遠的樣本差異較大。在三維圖中，第Ⅵ類和第Ⅶ類玉米自交系間空間距離近、親緣關系近，但第Ⅵ類和第Ⅰ類、第Ⅳ類和第Ⅸ類自交系間空間距離遠、親緣關系較遠。

3" 討論與結論

鑒定種質資源的遺傳多樣性，有利于挖掘玉米新種質，拓寬種質遺傳基礎，創(chuàng)新雜優(yōu)模式，為育種制定更加合理的策略。本研究40對SSR標記擴增效果穩(wěn)定，較好地反映29份玉米自交系間親緣關系。應用SSR標記共獲得234個等位基因變異，平均每對標記擁有5.85個等位基因，平均PIC為0.61，表明SSR標記多態(tài)性好。李麗華等利用62對SSR標記檢測135份玉米自交系，共發(fā)掘429個等位基因變異，平均每對標記鑒定7個等位基因，平均PIC為0.71，展現(xiàn)高多態(tài)性［12］。趙永鋒等利用12對SSR標記在46份玉米自交系中共鑒定出45個等位基因變異，平均每對標記擁有3.75個等位基因，平均PIC為0.57，顯示較高的多態(tài)性［13］。以上研究結果表明，SSR標記技術穩(wěn)定，能較好地展現(xiàn)玉米自交系豐富的遺傳變異。

將玉米自交系間遺傳相似系數(shù)聚類，較有效地展現(xiàn)自交系間血緣關系。李偉忠等利用SSR標記分析257份玉米自交系，發(fā)現(xiàn)種質間遺傳相似系數(shù)在0.04～0.94，平均值為0.37［8］。林峰等利用135個InDel標記計算491份玉米自交系間的遺傳相似系數(shù)，其范圍在0.004～0.967之間，平均值為0.469［14］。本研究29份玉米自交系間遺傳相似系數(shù)變化范圍為0.04～0.85，平均值為0.17。以上研究結果表明，玉米自交系間遺傳差異較大，親緣關系較遠。高山等指出UPGMA法聚類適用于描述親緣關系很近的種質間關系，但親緣關系較遠的種質間聚類效果較差［15］。PCoA圖中各類群及個體間的空間位置關系反映他們在遺傳上的差異［15-16］。本研究計算出29份玉米自交系間遺傳相似系數(shù)，利用UPGMA法將玉米材料分為6個類群，并PCoA將這些材料細分為9個類群。陳婧等分析出40份糯玉米自交系間遺傳相似系數(shù)，利用UPGMA分析將種質聚為5個類群，并且PCoA將糯玉米材料細分為9個群組［11］。兩者結果表明，UPGMA法和PCoA聚類結果相似，綜合2種聚類分析將更為全面和準確地揭示自交系間遺傳多樣性。

四川省涼山州是典型西南玉米種植區(qū)，以溫帶群和熱帶群為主要雜優(yōu)類群互相雜交選育玉米品種［17］。本研究對涼山州29份玉米自交系進行SSR標記分析，結果發(fā)現(xiàn)在UPGMA法分析中熱帶群自交系YY988F2、GCDYU001F和KF909M1均聚在第Ⅰ類，并且溫帶群自交系GXDYU001M、409-HONGJUNM6和YY988M2分別聚在第Ⅱ類、第Ⅴ類和第Ⅵ類。同時，在PCoA中熱帶群玉米自交系YY988F2、GCDYU001F和KF909M1分布在第Ⅶ類和第Ⅷ類，并且溫帶群自交系GXDYU001M、409-HONGJUNM6 和YY988M2均聚在第Ⅵ類。然而，在PCoA中第Ⅵ類溫帶群玉米自交系和第Ⅶ類熱帶群自交系親緣關系較近，進一步表明綜合2種聚類方法分析自交系遺傳多樣性的必要性。涼山州地形地貌復雜，氣候類型多樣，境內90%左右耕地分布在海拔1 500 m以上山地區(qū)域，導致該地區(qū)病蟲害頻發(fā)，土壤瘠薄和冷熱不均，嚴重限制該地區(qū)玉米生產［18］。熱帶群玉米自交系具有持綠期較長、對病蟲害有較強的抗性、根系發(fā)達、莖稈堅韌、抗倒性及耐早、耐貧瘠性強的優(yōu)良性狀［19］。本研究在PCoA中發(fā)現(xiàn)分布熱帶群玉米自交系的第Ⅶ類和第Ⅷ類共8個自交系可能為涼山州選育優(yōu)良抗性新品種提供重要育種材料。

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