河南省同名小麥地方品種SSR遺傳多樣性分析

李正玲，胡 琳，王會偉，董海濱，李 艷，李春鑫，許為鋼

(河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究中心/小麥國家工程實驗室/農(nóng)業(yè)部黃淮中部小麥生物學(xué)與遺傳育種重點實驗室/河南省小麥生物學(xué)重點實驗室，河南鄭州 450002)

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河南省同名小麥地方品種SSR遺傳多樣性分析

李正玲，胡 琳，王會偉，董海濱，李 艷，李春鑫，許為鋼

(河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究中心/小麥國家工程實驗室/農(nóng)業(yè)部黃淮中部小麥生物學(xué)與遺傳育種重點實驗室/河南省小麥生物學(xué)重點實驗室，河南鄭州 450002)

為了給河南省小麥地方品種的開發(fā)利用提供依據(jù)，利用SSR標(biāo)記對白和尚頭、白麥、白芒糙、出山豹等15組名稱相同的小麥地方品種共計155份材料進行了組間和組內(nèi)遺傳多樣性分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，同名品種組內(nèi)，15組材料的等位變異變化范圍為47～79個，平均遺傳相似系數(shù)變化范圍為0.66～0.93，多態(tài)性信息含量分布范圍為0.856～0.936；同名品種組間，155份材料共產(chǎn)生143個等位變異，遺傳相似系數(shù)分布范圍為0.75～1.00，平均遺傳相似系數(shù)為0.90，多態(tài)性信息含量為0.981。分別對同名品種組內(nèi)和組間進行聚類分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，同名品種組內(nèi)3組共7份材料遺傳相似系數(shù)為1.00，而同名品種組間未出現(xiàn)遺傳相似系數(shù)為1.00的材料。由此可見，河南省小麥地方品種具有豐富的遺傳多樣性，同名小麥地方品種間存在同名同質(zhì)和同名異質(zhì)的現(xiàn)象。

小麥地方品種； SSR；親緣關(guān)系；遺傳多樣性

小麥?zhǔn)侵匾募Z食作物，在長期的進化和栽培過程中形成了豐富的遺傳變異類型。由于歷史上長期的種植，小麥地方品種在生態(tài)適應(yīng)性、抗病性、抗逆性和品質(zhì)特性等方面更是形成許多優(yōu)異的基因資源。抗病性方面，河南地方品種齒牙糙攜帶的 Pm24基因?qū)Π追鄄【哂泻軓姷目剐訹1]，老芒麥對條銹病具有全生育期抗性[2]，長江中下游地區(qū)的地方品種望水白是全世界優(yōu)異的赤霉病抗源[3]；抗逆性方面，禿頭麥具有抗穗發(fā)芽的突出優(yōu)點[4]；在品質(zhì)方面，人們從地方品種中篩選出的Wx基因缺失種質(zhì)在改良淀粉特性方面具有特殊的作用[5]。目前，許多研究者對小麥地方品種進行了大量的遺傳多樣性分析，并一致認(rèn)為小麥地方品種具有較高的遺傳多樣性[6-8]。在目前具有突破性的育種材料日趨匱乏、品種遺傳基礎(chǔ)日益狹窄[9]的情況下，小麥地方品種所具有的遺傳多樣性及優(yōu)異基因資源越來越受到廣泛重視。

河南省是我國重要的小麥主產(chǎn)區(qū)，有著悠久的小麥栽培歷史。經(jīng)過長期廣泛的搜集整理，河南省小麥種質(zhì)資源庫現(xiàn)保存有1 048份小麥地方品種。筆者在對河南省小麥種質(zhì)資源庫保存的地方品種資源進行整理與研究工作中，發(fā)現(xiàn)許多地方品種是由多種基因型組成的混合群體，且存在同名異質(zhì)、同質(zhì)異名的現(xiàn)象。張玲麗等[10]對5份來自不同種植地區(qū)的地方品種大青芒進行了材料內(nèi)和材料間遺傳多樣性分析，發(fā)現(xiàn)在蛋白質(zhì)和分子水平材料內(nèi)和材料間都存在變異。這種現(xiàn)象不利于小麥地方品種的開發(fā)、利用。本研究是在前期的研究基礎(chǔ)上[11]，采用SSR分子標(biāo)記對15組同名的共計155份河南省地方品種遺傳多樣性進行進一步分析，旨在為河南省小麥地方品種資源的開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材 料

供試材料為155份河南省小麥地方品種，名稱相同的小麥品種被分成1組，共15組(表1)，均來自河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究中心資源庫。

1.2DNA 提取

利用水培法培養(yǎng)黃化苗，每份材料15粒種子，隨機選取新鮮嫩葉混合提取DNA，具體方法參照柴建芳等[12]。

1.3SSR分析

選取分布于不同染色體上的200對SSR引物進行篩選。PCR反應(yīng)體系為10 μL，其中包括：ddH2O 8.15 μL，10×PCR Buffer 1 μL，dNTPs (5 mmol·L-1)0.2 μL，引物(20 μmol·L-1)0.2 μL，Taq酶(5 U·μL-1)0.05 μL，模板DNA (50 ng·μL-1)0.4 μL。反應(yīng)在effendorf PCR儀上進行。反應(yīng)程序為：94 ℃預(yù)變性 5 min；94 ℃變性30 s，55 ℃或60 ℃復(fù)性 30 s，72 ℃延伸45 s，40個循環(huán)，72 ℃延伸10 min。擴增產(chǎn)物用8%聚丙烯酰胺凝膠電泳分離、銀染，照相，統(tǒng)計。

1.4數(shù)據(jù)分析

SSR 擴增帶型在相同遷移率位置上有帶記為“1”，無帶記為“0”。 按Botstein等[13]的方法計算SSR位點和品種的多態(tài)性信息含量(Polymorphism information content,PIC)：PICi=1-∑(Pi)2，其中Pi為某個SSR位點的第i個等位基因出現(xiàn)的次數(shù)占該位點全部等位變異出現(xiàn)次數(shù)的百分比。等位變異分布頻率：含有該位點的品種數(shù)與所有品種的百分比。

按照Nei等[14]的方法計算材料間遺傳相似系數(shù)：GS=2Nij/(Ni+Nj) ，其中Nij為第i、j材料共有的擴增片段數(shù)目，Ni為第i材料中出現(xiàn)的擴增片段數(shù)目，Nj為第j材料中出現(xiàn)的擴增片段數(shù)目。采用NTSYS-pc2.1軟件系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理，計算材料間的遺傳相似系數(shù)，并根據(jù)GS值按UPGMA法對供試材料間進行聚類分析。

2　結(jié)果與分析

2.1引物篩選及多態(tài)性分析

利用材料白麥對200對引物進行篩選，結(jié)果得到51對帶型清晰、多態(tài)性高且重復(fù)性好的引物，最后確定17對用于多樣性研究，這17對引物分布在7個同源群上。17對引物在155份材料中共產(chǎn)生143個等位變異，等位變異在17對引物上的分布變化范圍為2～27個，平均每對引物檢測到8.4個。PIC值以Xgwm 344的最高(0.900)，Xgwm 428的最低(0.124)，其余引物的PIC值分布在這兩者之間，平均為0.616(表2)。等位變異分布頻率變化范圍為0.6%～98.1%，平均為20.0%，其中分布頻率為0.6%的等位變異占16.1%，分布頻率低于5%的等位變異占45.5%。

*為遺傳相似系數(shù)為1.00的材料

2.215組同名地方品種的遺傳多樣性

對15組同名小麥地方品種進行遺傳多樣性分析，結(jié)果(表3)表明，15組同名品種的平均遺傳相似系數(shù)變化范圍為0.66～0.93之間，多態(tài)性信息含量變化范圍為0.856～0.936。白和尚頭、白麥、出山豹、黃瓜先和三月黃組內(nèi)存在著相似基因型(遺傳相似系數(shù)>0.95)，而大多數(shù)具有相同名稱的品種實際為不同的基因型(品種間的遺傳相似系數(shù)≤0.95)，這說明同名地方品種內(nèi)存在同名異質(zhì)現(xiàn)象。

15組同名地方品種根據(jù)遺傳相似系數(shù)和平均遺傳相似系數(shù)可以分為四類：第一類遺傳相似系數(shù)變化范圍小，平均遺傳相似系數(shù)大，有白和尚頭、白麥、白芒糙；第二類遺傳相似系數(shù)變化范圍大，平均遺傳相似系數(shù)小，且遺傳相似系數(shù)最高為1，這類包含出山豹、三月黃；第三類遺傳相似系數(shù)變化范圍大，平均遺傳相似系數(shù)小，這類包含二芒麥、黃瓜先、五花頭、蚰子頭；第四類遺傳相似系數(shù)變化范圍小，平均遺傳相似系數(shù)小，這類包含和尚頭、紅和尚頭、紅芒白、紅芒糙、紅芒紅、紅蚰子頭。

利用遺傳相似系數(shù)對15組同名品種組內(nèi)材料分別進行聚類分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)白和尚頭組1號(洛陽)、2號(新安)、4號(郟縣)3份材料，出山豹組35號(嵩縣)和36號(嵩縣)2份材料，三月黃組120號(溫縣)和121號(孟縣)2份材料出現(xiàn)遺傳相似系數(shù)為1.00的情況，這說明同名品種組內(nèi)存在同質(zhì)品種。

表2　17對SSR引物的染色體位置、PIC及等位變異數(shù)Table 2　Chromosome, PIC and polymorphic locus of seventeen SSR primers

表3　15組地方品種擴增結(jié)果遺傳多樣性分析Table 3　Diversity analysis of fifteen species with SSR results

2.3155份參試材料的遺傳多樣性

155份材料共產(chǎn)生143條多態(tài)性條帶。遺傳相似系數(shù)分布范圍為0.75～1.00，平均遺傳相似系數(shù)為0.90，多態(tài)性信息含量為0.981。

對155份材料進行聚類分析，結(jié)果未發(fā)現(xiàn)不同組間遺傳相似系數(shù)為1.00的材料(圖1)。在遺傳相似系數(shù)為0.805處 ，將155份材料分為五類：第一類包括2個材料，分別為五花頭(144)、黃瓜先(111)；第二類包括3個材料，分別為三月黃(130)、紅芒紅(99)、紅芒白(78)；第三類包括24個材料，分別為五花頭(141、142、146、139、148、145)，三月黃(126、128)，黃瓜先(118)，紅蚰子(104)，紅芒紅(92、93、96)，紅芒糙(82、85、89、91)，紅芒白(79)，紅和尚頭(69)，和尚頭(51)，出山豹(32)，白芒糙(23、24、28)；第四類包括29個材料，分別為五花頭(138)，三月黃(123)，黃瓜先(116)，紅芒紅(97)，紅芒白(72、74)，紅和尚頭(62、66)，和尚頭(52、58)，二芒麥(39、40、41、42、43、44、45、47、49)，出山豹(34、35、36)，白麥(13、17、19、21)，白和尚頭(7、10、12)；第五類包括97個材料，分別為白和尚頭(1、2、3、4、5、6、8、9、11)，白麥(14、15、16、18、20)，白芒糙(22、25、26、27)，出山豹(29、30、31、33)，二芒麥(37、38、46、48)，和尚頭(50、53、54、55、56、57)，紅和尚頭(59、60、61、63、64、65、67、68、70)，紅芒白(71、73、75、76、77、80、81)，紅芒糙(83、84、86、87、88、90)，紅芒紅(94、95、98、100)，紅蚰子頭(101、102、103、105、106、107、108)，黃瓜先(109、110、112、113、114、115、117、119)，三月黃(120、121、122、124、125、127、129、131、132、133、134、135)，五花頭(136、137、140、143、147)，蚰子頭(149、150、151、152、153、154、155)，具體見圖1。從分類結(jié)果來看，相同名稱的小麥地方品種多聚在一類。

圖1　155份材料的聚類分析Fig.1　Dendrogram of 155 landraces based on SSR detection

在聚類圖中沒有發(fā)現(xiàn)相同地理來源的品種被聚在一起，說明這些地方品種的親緣關(guān)系與材料的名稱有一定的關(guān)系，與地理來源無關(guān)。

3　討 論

小麥地方品種具有植株較高、易倒伏、產(chǎn)量低、結(jié)實率低等缺陷，使得長期以來育種家缺乏對它的關(guān)注。近年來由于選育品種的遺傳基礎(chǔ)越來越狹窄，迫切需要開發(fā)利用新的育種材料。小麥地方品種所具有的抗病、廣適、遺傳多樣性豐富等優(yōu)點逐漸被發(fā)掘[15]。本研究所涉及到的試驗材料中就發(fā)現(xiàn)一些具有優(yōu)異性狀的品種，例如：出山豹(欒川，30)穗粒數(shù)達(dá)63.1粒，為多花多粒品種；紅蚰子頭(郟縣，107)穗粒數(shù)為57.0粒，為多花多粒品種；黃瓜先(禹縣，109)蛋白質(zhì)含量17.1%、穩(wěn)定時間30.5 min為優(yōu)質(zhì)品種；三月黃(溫縣，120)成熟期為5月24日為早熟品種。

本研究對15組相同名稱的小麥地方品種進行了遺傳多樣性分析，雖然15組小麥地方品種的材料數(shù)量不同，但經(jīng)遺傳分析發(fā)現(xiàn)，這15組小麥地方品種的等位變異數(shù)和多態(tài)性信息含量都很高，說明這些地方品種具有豐富的遺傳多樣性。

155份材料中有部分材料含有特有條帶，該等位變異的分布頻率為0.6%，說明具有這些條帶的材料可能具備其他材料所沒有的特性，值得進一步研究。

由于本試驗所用的小麥地方品種為科研人員自民間采集而來，受當(dāng)時科研條件的限制，這些地方品種僅依據(jù)農(nóng)藝性狀及地理來源加以歸類整理。隨著科技的進步，利用分子標(biāo)記技術(shù)分析品種間親緣關(guān)系已成為常見的科研手段，本試驗就是利用SSR技術(shù)對同名的小麥地方品種進行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)白和尚頭組中有3份材料、出山豹組中有2份材料、三月黃組中有2份材料出現(xiàn)遺傳相似系數(shù)為1.00的情況，說明這些材料存在同名同質(zhì)的現(xiàn)象，對于這部分材料，參照其農(nóng)藝性狀等特征可以將其合并，這有利于地方品種的保存、管理和開發(fā)利用。雖然大多數(shù)小麥地方品種間遺傳相似系數(shù)小于1.00，但是一些遺傳相似系數(shù)比較高的品種，也可能是同一個品種或同一個品種的變異，因為試驗本身存在一定的局限性，并且小麥地方品種在繁殖更新過程中也會產(chǎn)生一定的變異[16]，因此這有待于我們進一步的研究。

155份材料聚類分析結(jié)果顯示，同名小麥地方品種多聚到一類，以蚰子頭組最明顯，7份蚰子頭組的材料被分為一類，這說明同名小麥地方品種內(nèi)的親緣關(guān)系較近。這155份材料中，有部分材料來源于同一地方，聚類分析結(jié)果沒有發(fā)現(xiàn)來源地相同的材料被明顯聚在一類，說明這些品種的親緣關(guān)系與地理來源無關(guān)；同時對155份材料整體聚類分析后發(fā)現(xiàn)，名稱相同的材料在較近的相似系數(shù)內(nèi)被聚在一起，這說明同名地方品種間的親緣關(guān)系較近，這些同名的品種有可能是同一品種或同一品種的變異種。

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Genetic Diversity of Henan Wheat Landraces with the Same Name Detected by SSR Markers

LI Zhengling,HU Lin,WANG Huiwei,DONG Haibin,LI Yan,LI Chunxin,XU Weigang

(Wheat Research Center, Henan Academy of Agricultural Sciences/National Laboratory of Wheat Engineering/Key Laboratory of Ministry of Agriculture for Wheat Biology, Genetics and Breeding in Central Huang-huai Region/Key Laboratory of Henan Province for Wheat Biology, Zhengzhou，Henan 450002, China)

To analyze genetic diversity of the wheat landraces (OryzasativaL.)with the same name, fifteen groups with the same names including Baiheshangtou, Baimai, Baimangcao and Chushanbao etc., including 155 wheat landraces were analyzed on simple sequence repeat (SSR) polymorphisms. For each group of landraces with the same name, the number of SSR alleles ranged from 47 to 79 across 15 groups, and the average genetic similarity coefficient ranged from 0.66 to 0.93, and the polymorphism information contents (PIC) ranged from 0.856 to 0.936. Among different groups of landraces, there were 143 polymorphism alleles detected among 155 landraces, and the average genetic similarity coefficient was 0.90 ranging from 0.75 to 1.00, and the PIC was 0.981. Cluster analysis identified seven cultivars from three groups have genetic similarity coefficient of 1.00. The identical sample has not been found among the landrace groups. This study indicates that there is abundant genetic diversity of wheat landraces from Henan, even for the landraces with the same name. The study also indicates that SSR is a useful marker system to study genetic relationship among wheat landraces.

Wheat landraces; SSR; Genetic relationship; Genetic diversity

the genetic similarity coefficient is 1.00

時間：2016-05-10

2015-11-23

2015-12-22

國家科技支撐計劃項目(2011BAD07B01)；國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專項資金項目(CARS-3-1-9)；國家自然科學(xué)基金項目(31371707)

E-mail：lxlandlzl@163.com

許為鋼(E-mail: xuwg1958@163.com)

S512.1；S330

A

1009-1041(2016)05-0564-07

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20160510.1623.008.html