利用SSR標記分析木薯遺傳多樣性

王明++肖鑫輝++安飛飛++萬仲卿++應東山++王琴飛++張如蓮++李開綿++葉劍秋

摘 要 應用簡單重復序列（SSR）標記對國家木薯種質資源圃195 份國內（外）品種（系）進行遺傳多樣性分析。結果表明：44對引物共擴增出186個等位基因，每對引物平均擴增出2～8個等位基因，平均Shannon's信息指數I為1.01，平均多態性信息量（PIC）為0.49。195個品種（系）的遺傳相似系數（GS）分布在0.57～0.99。聚類分析結果表明，在遺傳距離0.71處，可將供試材料分為7個類群。

關鍵詞 木薯 ；SSR標記 ；遺傳多樣性 ；聚類分析

分類號 S533

Genetic Diversity of Cassava Germplasm Revealed by SSR Markers

WANG Ming XIAO Xinhui AN Feifei WAN Zhongqing

YING Dongshan WANG Qinfei ZHANG Rulian LI Kaimian YE Jianqiu

（Tropical Crops Genetic Resources Institute /

Ministry of Agriculture Key Laboratory for Germplasm Resources Conservation

and Utilization of Cassava / Ministry of Agriculture Key Laboratory of

Tropical Crops Germplasm Resources Utilization， CATAS， Danzhou， Hainan 571737）

Abstract Using simple sequence repeat （SSR） markers 195 domestic（foreign）varieties（lines） on the National Cassava Germplasm Resources Garden were analyzed for genetic diversity. The results showed that 44 pairs of primers amplified 186 alleles with 2-8 alleles amplified by each pair of primers. The average Shannon 's information index was 1.01， and the average PIC is 0.49. The （GS） distributions on the genetic similarity coefficient of 195 varieties （lines） were 0.57～0.99. Cluster analysis results showed that 195 germplasms can be divided into 7 groups while the genetic distance was 0.71.

Keywords cassava ； SSR marker ； genetic diversity ； cluster analysis

木薯（Manihot esculenta Crantz）又稱樹薯，是世界三大薯類作物之一。19世紀20年代引入中國，原來作為糧食作物，具有高產、抗逆和塊根淀粉含量高的特點。木薯已經被確認為中國“十一五”規劃中能源發展戰略重點發展的生物能源作物之一，是淀粉和酒精加工業的主要原料[1]。木薯是一種高度雜合的作物，這種雜合性帶來了豐富的遺傳變異性，為木薯育種提供了良好的選擇機會[2]。木薯雜交育種主要是從2個優勢親本的雜種后代中選出理想的重組類型，需對大量的F1單株進行選育。因此，對木薯品種（系）的遺傳多樣性進行分析，可克服雜交時親本的盲目組合，客觀、全面地了解當前木薯育種的現狀和種質基礎，為雜交育種和定向育種提供支撐。

目前，分析木薯遺傳多樣性的分子標記主要有SRAP[3-4]、SSR[5-9]、AFLP[10]等方法。SSR分子標記具有重復性高、可靠性強且品種間多態性豐富等優點，并已廣泛應用于玉米、水稻、大豆等作物的遺傳圖譜構建、遺傳多樣性分析和品種鑒定[11-13]。由于木薯為異花授粉植物，且基因型高度雜合，因此，使用具有共顯性特點的SSR標記對其進行品種鑒定比其它作物具有明顯優勢。本研究對包括國內選育品種、地方品種、品系（育種中間材料）和引進國外品種（系）共195份木薯種質行遺傳多樣性分析。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗所用195份木薯材料均采集于中國熱帶農業科學院熱帶作物品種資源研究所-國家木薯種質資源圃，其材料名稱、類型及來源見表1。

1.2 方法

1.2.1 總DNA的提取

每份材料隨機選取5株，每株剪取1片小嫩葉，將樣品混勻，帶回實驗室貯存于-20℃冰箱備用。采用CTAB改良法提取葉片的基因組DNA。

1.2.2 標記來源

根據文獻報道的木薯SSR研究結果[14]，設計160對SSR引物，引物均由生工生物工程（上海）股份有限公司合成。

1.2.3 SSR標記多態性檢測

SSR-PCR擴增反應總體系為20 μL，其中包含10×Buffer（含Mg2+）2 μL、10 mmol/L dNTPs 0.4 μL、ddH2O 14.6 μL、引物各0.8 μL、Taq酶0.4 μL、木薯基因組DNA 3 μL。擴增程序：94℃預變性5 min；94℃變性30 s，54℃退火30 s，72℃延伸1 min，32個循環；72℃充分延伸10 min，4℃保存。PCR擴增產物經6%聚丙烯酰氨凝膠電泳，硝酸銀染色，照相。endprint

1.2.4 數據統計及處理

SSR引物擴增到所有差異譜帶，按擴增片段從大到小的順序編號，純合位點的等位變異數據記錄為X/X，其中X為該位點譜帶的代碼；雜合位點的等位變異數據記錄為X/Y，其中X、Y為該位點上2個不同的譜帶。小片段在前，大片段在后。用Popgene觀察等位基因數（Na）、計算有效等位基因數（Ne）、遺傳多樣性（GD）和Shannon's信息指數（I）[15]。利用Ntsys分析軟件進行遺傳相似性系數計算，并按UPGMA法進行聚類分析[16]。利用Powermarker軟件計算SSR 位點的多態性信息量（PIC）。PIC=1-∑Pi2，其中Pi表示i位點的基因頻率[17]。

2 結果與分析

2.1 引物多態性篩選

利用4份木薯資源對160對引物進行篩選，共篩選出44對具有多態性好且擴增條帶清晰的引物。利用44對引物對195份木薯材料進行PCR擴增，結果表明，共產生等位基因數為186個，每對引物產生等位基因數為2～8個，平均數為4.23個；C39擴增出的等位基因最多，共有8個等位基因；44對SSR引物平均有效等位基因數為2.53個，變異范圍為1.30～4.69個；平均Shannon's 信息指數I為1.01；44對引物的基因多樣性變幅為0.20～0.76，平均值為0.56，其中引物C24的多態性最高為0.76；44對引物的PIC值變幅為0.23～0.79，平均值為0.49，所有引物中PIC值小于0.3的有4個，其中C32的多態性最低，PIC值僅為0.20（表2）。SSR分子標記引物C124擴增產物的聚丙烯酰胺凝膠電泳圖譜見圖1。

2.2 種質資源的遺傳相似系數及聚類分析

根據SSR分子標記統計不同基因型的數據結果，利用NTSYS-pc V2.10軟件，計算195份木薯種質間的遺傳相似系數，得到相似系數矩陣。結果表明，195份種質遺傳相似系數變化范圍是0.57～0.99，平均值為0.72。由相似系數獲得的次數分布見圖2，遺傳相似性主要集中在0.65～0.80，占85%；分布于兩邊的不到10%，說明木薯種質的遺傳性狀差異較小，多樣性較低。

采用NTSYS-pc V2.10軟件計算遺傳相似系數，根據195份木薯種質遺傳相似系數矩陣，在相似系數為0.71時，將195份種質劃分為7個類群。各個類群的遺傳多樣性水平在0.419～0.944（表3），說明195份木薯種質資源類型不夠豐富，如各類群群內品系之間雜交，后代可進行遺傳改良的潛力較小，應選擇類群間材料進行雜交組合。

根據NTSYS-pc V2.10軟件計算的遺傳相似系數進行聚類分析，結果見表4。當以遺傳相似系數0.71為閾值時，195份材料劃分為7個類群：類群A包括國內大部分的育成品種或品系、地方品種；以SC11等來自不同地區的15份材料組成類群B；以巴西種質和部分國內地方品種為代表材料組成類群C；以大部分瑞士材料為代表材料組成類群D；以CM483-2、CM769-2和瑞士J17組成類群E；以大部分來源哥倫比亞和泰國的材料組成類群F；DCU81為類群G（表4）。

2.3 種質資源的遺傳信息多樣性分析

進一步比較國內選育品種、地方品種、品系和國外引進品系間的遺傳信息多樣性，結果（表5）發現，引進品種（系）的Na、Ne、I、GD和PIC值均高于或接近國內品種、地方品種（系），說明國外材料的遺傳差異更豐富。

3 討論與結論

從SSR分子標記遺傳相似系數結果中可發現，GS值絕大部分集中在0.65～0.80，GS大于0.70的種質數量比較密集。這些結果說明，盡管供試木薯種質的遺傳基礎相對比較狹窄，但仍然具有一定的遺傳多樣性。目前，國內學者周建國等[4]、彭靖茹等[5]、薛月寒等[8]及國外學者Kabeya等[18]、Costa等[19]都利用分子標記研究木薯種質的遺傳多樣性，且涉及的木薯種質從東南亞、南美、非洲等地引入，研究結果均顯示，現有木薯種質間的遺傳變異水平較低。木薯原始種質通過品種引進，但其基因型并未發生很大變化。因此，DNA水平的分子標記對木薯種質資源的多樣性評價可為育種工作提供更加可靠的信息。

在本研究中，195份材料的平均相似系數為0.72，而且來源于不同國家和地區的種質都不能明顯聚類，僅有幾個來源地相近的種質表現出較多相似的形態特征。可能是因為木薯在自然條件下，其不斷的雜交，基因位點雜合度較高，加上長期以來主要依靠莖桿進行無性繁殖，使得人工選擇較少。同時，國際上最具影響力的木薯科研和種質資源庫CIAT（International Center for Tropical Agriculture，國際熱帶農業中心）和IIAT（International Institute of Tropical Agriculture，國際熱帶農業研究所）一直致力于不同國家和地區間的木薯雜交育種和種質交流，使得同一木薯種質被引種到世界各地，為適應當地的生態環境發生了適應性的分化、變異并隨著無性繁殖，在世代交替的群體中累計，最后形成了某些表型差異大，遺傳距離卻相近的品種。另外，本研究比較國內選育品種、地方品種、品系和國外引進品系間的遺傳信息多樣性，發現國外材料遺傳差異更豐富，對于常規育種，為拓寬遺傳變異范圍，實現品種的快速突破，親本選配時應多用國外品系。

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