基于SSR標記分析貴州50個玉米品種的雜合位點

王 偉，關 琦，宋 欣，楊文鵬*，王明春

(1.貴州省農業科學院 旱糧研究所，貴州 貴陽 550006；2. 貴州大學 農學院，貴州 貴陽 550025； 3.沈陽市翔宇中學，遼寧 沈陽 110000；4.威海火炬高技術產業開發區農業經濟發展局，山東 威海 264209)

基于SSR標記分析貴州50個玉米品種的雜合位點

王 偉1，關 琦2,3，宋 欣2,4，楊文鵬1*，王明春1

(1.貴州省農業科學院 旱糧研究所，貴州 貴陽 550006；2. 貴州大學 農學院，貴州 貴陽 550025； 3.沈陽市翔宇中學，遼寧 沈陽 110000；4.威海火炬高技術產業開發區農業經濟發展局，山東 威海 264209)

【目的】為推進貴州玉米種質資源的有效利用、遺傳改良以及新品種的選育。【方法】用多態性豐富的85個SSR標記，選取50個來自貴州省內已審定的玉米品種進行分析。【結果】①共檢測出471個SSR等位基因，SSR位點的等位基因數平均為5.54個，PIC值平均為0.58，表明所用SSR標記具有豐富的遺傳多態性。②umc2048、bnlg1885、bnlg1083、bnlg2144、phi092、umc2094、umc1726、nc005、umc1491、umc1619和bnlg2228等11個SSR位點的He和Ho差值較高(gt;0.2)，受人為選擇和近交等的影響較大。③雜合位點的品種數占總品種數的比值gt;0.5的SSR標記有47個，其中比值gt;0.8的SSR標記位點有8個。④第1染色體的20～55 cM區段，第4染色體的380～590 cM區段，第5染色體的430～495 cM區段，第6染色體的25～40和40～90 cM 2個區段，第7染色體的395～505 cM區段，第8染色體的75～130 cM區段和第9染色體的60～185 cM區段，是雜合位點的重要富集區域。【結論】這些雜合位點富集區域對貴州50個玉米雜交種的雜種優勢貢獻較大，富集區域含有的優良基因，有利于雜種優勢的基因組分子標記輔助選擇。

SSR；雜合位點；雜交種；玉米

【研究意義】玉米是貴州省重要的飼料和糧食作物，其常年播種面積約占全省糧食總面積的1/4，其產量約占全省糧食總產量的26 %。因此，玉米生產發展的快慢在貴州省糧食生產中具有舉足輕重的作用[1]。實踐證明，提高玉米產量最有效的途徑是新品種的選育[2-3]。遺傳多樣性分析是進行新品種選育的基礎，也是進行品種資源評價和合理利用的重要內容[4]。遺傳多樣性研究可以了解種質資源的遺傳背景、遺傳結構及親緣關系，為作物種質資源的利用提供參考和依據[5]。【前人研究進展】隨著現代分子生物學的發展，分子標記技術在玉米種質研究中越來越受到重視，主要有RFLP[6-7]、RAPD[8-9]、AFLP[10-11]、SSR[12-14]和SNP[15-16]等分子標記技術。其中，SSR標記由于其多態性高、穩定性好、共顯性、操作簡單和花費相對較低等優點，已廣泛應用于玉米自交系遺傳多樣性等研究。【本研究切入點】筆者等曾對貴州省2000年以來審定的部分玉米品種的親本自交系進行遺傳多樣性研究[17]，【擬解決的關鍵問題】筆者擬進一步對審定的部分雜交種進行雜合位點分析，旨在探索貴州雜交種的基因組雜合位點及其富集區域，為推進貴州玉米種質資源的有效利用、遺傳改良以及新品種的選育提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

貴州省2000年以來審定的50個雜交玉米品種(表1)。其中，包括普通玉米品種41個(黃粒品種36個、白粒品種4個、黃白粒品種1個)，糯玉米品種8個，甜玉米品種1個。

1.2 DNA提取與檢測

采用楊文鵬[18]改進的CTAB法提取幼苗葉片總DNA，用分光光度計檢測DNA的濃度與質量，將DNA樣品濃度稀釋至10 ng/μl，-20 ℃保存。

1.3 SSR標記分析

從www.maizegdb.org網站選取均勻分布在10條染色體上的251個SSR標記，并查找出其PCR引物序列，由上海捷瑞生物工程公司合成引物。采用王偉等[19]優化的方法進行PCR擴增和電泳檢測。

1.4 統計分析

將電泳圖譜上同一位置清晰出現的條帶記為1，無條帶記為0，缺失記為9。利用Systat10.2軟件以歐式方法聚類。利用CERVUS2.0軟件計算多態性信息量(Polymorphic Imformation Content,簡稱PIC)、每位點平均等位基因數(A)、預期雜合度(He)和實測雜合度(Ho)。將SSR標記帶型以A、H和U重新建立數據庫。與親本(父本或母本)一致的帶型記為A，雜合帶型記為H，缺失記為U，用GGT32軟件參照IBM2 2008 Neighbors圖譜繪制圖示基因型，統計雜合位點所占比例及其所在染色體區段，分析雜合位點富集區域。

表1 貴州50個玉米雜交種的來源

2 結果與分析

2.1 SSR位點的遺傳多態性

從251對SSR引物中篩選出PCR擴增效果好、多態性豐富的引物85對(表2)。85個SSR標記在供試的50個品種中共檢測出471個等位基因，每個位點的等位基因數平均為5.54個，變幅為2～17個。高于平均等位基因數的SSR位點有33個，主要集中在1.01～1.04，1.07～1.08，2.01，2.06，2.08，3.05，4.02，4.05，5.06～5.07，6.00～6.02，6.05，6.07，7.02～7.04，8.01，8.03，8.05，8.09，9.07和10.05～10.07區段，說明具有較高等位基因數SSR位點的分布具有趨同性，某些染色體區段具有較高的等位變異。SSR標記位點的平均多態信息量(PIC)為0.58，變幅為0.17～0.90。PICgt;0.5的SSR標記有43個，說明這些SSR標記具有豐富的遺傳多態性。

由圖1可見，在供試雜交種中，SSR標記位點的He和Ho差值大部分在0.2以下，說明這些SSR位點受人為選擇和近交等的影響較小。只有umc2048、bnlg1885、bnlg1083、bnlg2144、phi092、umc2094、umc1726、nc005、umc1491、umc1619、bnlg2228共11個SSR位點的He和Ho差值在0.2以上，說明這些SSR位點受人為選擇和近交等的影響較大。

表2 85個SSR標記在50個玉米雜交種中的遺傳多態性 實測雜合度

續表2 Continued table 2

編號No.標記Marker位置Bin等位基因數Alleles多態性信息量PIC實測雜合度Actualheteroz-ygosity預期雜合度Expectedheteroz-ygosity編號No.標記Marker位置Bin等位基因數Alleles多態性信息量PIC實測雜合度Actualheteroz-ygosity預期雜合度Expectedheteroz-ygosity24umc19733.0570.700.620.7467umc11308.0540.490.660.5925umc22663.0630.460.540.5368umc17288.0630.580.700.6626umc20813.0830.320.360.3869phi2333768.0960.580.620.6227phi0473.0930.400.490.4870umc12799.0040.520.330.5728umc20483.1050.740.210.7871umc23369.0240.670.840.7329umc10174.0140.570.640.6472umc12719.0350.320.320.3530umc12944.02110.800.780.8273umc15709.0440.320.360.3631nc0054.0580.750.510.7974umc10789.0540.580.180.6532phi0924.0830.440.940.5575umc21349.0540.480.460.5733umc15324.1030.370.270.4376umc23469.0630.530.060.6234umc14915.0030.560.370.6477bnlg1289.0790.840.810.8735nc0075.0140.650.530.7178phi04110.0040.440.410.5536phi1135.0330.450.450.5679umc138010.0030.500.440.5737umc16245.0420.370.550.4980umc203410.0230.380.460.4438umc20265.0540.380.280.4281phi05010.0340.380.380.4239phi0855.0630.390.480.5082umc193010.0440.490.340.5440umc10195.06120.840.880.8683umc147710.0580.420.500.4941bnlg18855.0760.700.260.7484bnlg219010.0670.760.430.8042bnlg11185.07100.730.670.7785bnlg145010.0770.800.360.8343bnlg1616.00130.880.880.9平均5.540.580.530.63

2.2 雜交種基因組的雜合性

由圖2可見，50個雜交種中10條染色體上的85個SSR標記位點，每個標記位點檢測到具有雜合位點的品種數占總品種數的比值不相同，以第1染色體1.01節段的umc1619最高，為0.98；以第2染色體2.10節段的umc1696和第6染色體6.05節段的umc1474最低，為0.04。

由表3可知，具有雜合位點品種數占總品種數比值gt;0.5的SSR標記位點，第1、2、3、4、5、6、7、8、9和10染色體上分別有8個、4個、3個、4個、3個、8個、6個、8個、2個和1個。經統計，其中比值gt;0.8的SSR標記位點為第1染色體的umc1619、第4染色體的phi092，第5染色體的umc1019，第6染色體的bnlg161和umc1018，第7染色體的umc1782，第8染色體bnlg1194，第9染色體的umc2336。

圖1 SSR標記在供試材料中檢測的Ho及He差值Fig.1 Difference between Ho and He of SSR markers in 50 local hybrid maize varieties

圖2 85個SSR標記的具有雜合位點品種數占總品種數的比值Fig.2 Ratios of hybrid maize varieties with heterozygous locus of 85 SSR markers to total hybrid maize varieties

從圖3可見，第1、2、3、5、8和10染色體的雜合位點比較分散，而第4、6、7和9染色體的雜合位點則相對集中。第4染色體的雜合位點主要集中在70～180和385～590 cM 2個區域。第6染色體的雜合位點主要集中在25～155和255～315 cM 2個區域。第7染色體的雜合位點主要集中在70～135，195～355和395～505 cM 3個區域。第9染色體的雜合位點主要集中在60～185和520～585 cM 2個區域。

由表4可見，第1染色體的20～55 cM區段，第4染色體的380～590 cM區段，第5染色體的430～495 cM區段，第6染色體的25～40和40～90 cM 2個區段，第7染色體的395～505 cM區段，第8染色體的75～130 cM區段和第9染色體的60～185 cM區段，雜合片段比例gt;0.8是非常重要的雜合位點富集區。

3 討 論

D.Botstein等[20]認為，PIC值gt;0.5的共顯性遺傳標記具有高度多態性，0.25lt;PIC值lt;0.5則具有中度多態性，只有lt;0.25為低度多態性。本研究中，85個SSR標記的平均PIC值為0.58，PIC值gt;0.5的SSR標記有53個，0.25lt;PIC值lt;0.5的有31個，lt;0.25的只有1個，說明本試驗選擇的85個SSR標記具有豐富的多態性。

表3 具有雜合位點品種數占總品種數的比值gt;0.5的SSR標記

注：表中括號內數字分別表示染色體上位置和遺傳距離。

Note: The figures in parentheses indicate position on the chromosome and genetic distance respectively.

表4 玉米50個雜交種中重要的雜合位點富集區域

注：與親本(父本或母本)一致帶型的區域為淺色，雜合帶型區域為深色。

Note: The tint and dark area presents the identical banding pattern and heterozygous banding pattern compared with parents (male or female parent) respectively.

雜合度可反映群體在多個位點上的遺傳變異[21]，分為預期雜合度和實測雜合度，兩者越接近，表明該位點受外來選擇及近交等因素的影響較小。本研究中，85個SSR標記在50個玉米雜交種中檢測到的預期雜合度和實測雜合度差值不盡相同，多數差值在0.2以下，說明多數SSR位點受人為選擇和近交等因素的影響較小，可能這些SSR位點在基因組上比較保守，在玉米遺傳改良過程中被保留。而SSR標記umc2048、bnlg1885、bnlg1083、bnlg2144、phi092、umc2094、umc1726、nc005、umc1491、umc1619、bnlg2228共11個位點的差值在0.2以上，說明這些SSR位點受人為選擇和近交等因素的影響較大，可能是玉米遺傳改良過程中的熱點區域。

本研究50個玉米雜交種中，85個SSR標記位點檢測到雜合位點的個體數占總樣品數的比值不相同，比值gt;0.8的主要集中在少數SSR標記位點，如umc1619(1.01)、phi092(4.08)、umc1019(5.06)、bnlg161(6.00)、umc1018(6.00)、umc1782(7.04)、bnlg1194(8.01)和umc2336(9.02)。依據雜種優勢理論，雜合體優于純合體，那么這些雜合位點可能對供試材料的雜種優勢貢獻較大，或者含有更多的有利基因。另外，雜合片段gt;0.8的圖示基因型區段，主要富集在第1染色體的20～55 cM區段、第4染色體的380～590 cM區段、第5染色體的430～495 cM區段、第6染色體的25～40和40～90 cM 2個區段、第7染色體的395～505 cM區段、第8染色體的75～130 cM區段和第9染色體的60～185 cM區段。上述雜合位點在染色體上的富集區域，可能對貴州50個玉米雜交種的雜種優勢貢獻較大，因此在進行玉米自交系選育和雜交組配時，上述位點的遺傳特性值得考慮。由于相鄰位點間的連鎖關系，這些富集區域可能有利于雜種優勢的基因組分子標記輔助選擇。

郭戰勇等[22]利用單片段代換系的測交群體，在2種環境中，定位了11個與玉米籽粒性狀相關的雜種優勢位點，其中粒長1個，粒厚4個，百粒重6個。在這11個雜種優勢位點所在區段中，有9個區段全部或部分落在本研究雜合位點比值gt;0.5的圖示基因型區段之內，占81.82 %，其中有2個區段全部或部分落在本研究雜合位點比值gt;0.8的圖示基因型區段之內，占22.22 %。彭倩等[23]同樣利用單片段代換系的測交群體，在兩種環境中，定位了23個與玉米產量和果穗性狀相關的雜種優勢位點，其中穗長4個，穗粗4個，穗行數4個，行粒數7個，產量4個。在這23個雜種優勢位點所在區段中，有17個區段全部或部分落在本研究雜合位點比值gt;0.5的圖示基因型區段之內，占73.91 %，其中有1個區段全部落在本研究雜合位點比值大于0.8的圖示基因型區段之內，占5.88 %。另外，郭戰勇等[22-23]在單個環境和兩個環境定位的玉米籽粒、果穗性狀和產量性狀等的雜種優勢位點連鎖染色體片段有139個。本研究，雜合比值位點gt;0.5的圖示基因型區段有47個，其中有36個區段與他們定位的片段完全或部分重疊，占76.60 %。其中，雜合位點比值gt;0.8的圖示基因型區段有8個，有4個與其定位的片段完全或部分重疊，占50 %。因此，本項目研究結果對貴州玉米的遺傳改良和雜種優勢利用的分子標記輔助育種具有重要意義。

與親本(父本或母本)一致帶型的區域為淺色，雜合帶型區域為深色圖3 50個玉米雜交種10條染色體的圖示基因型Fig.3 Graphical genotype of 10 chromosomes in 50 hybrid maize varieties

4 結 論

本研究用85個多態性豐富的SSR標記，分析了50個貴州省審定的玉米品種，共檢測出471個SSR等位基因，每位點等位基因數平均為5.54個，PIC值平均為0.58，具有豐富的遺傳多態性。其中，umc2048、bnlg1885、bnlg1083、bnlg2144、phi092、umc2094、umc1726、nc005、umc1491、umc1619和bnlg2228共11個SSR位點的He和Ho差值gt;0.2，受人為選擇和近交的影響較大。雜合位點的品種數占總品種數的比值gt;0.5的SSR標記有47個，其中比值大于0.8的SSR標記位點有8個；雜合位點比值gt;0.8的圖示基因型區段有第1染色體的20～55 cM區段，第4染色體的380～590 cM區段，第5染色體的430～495 cM區段，第6染色體的25～40 cM和40～90 cM 2個區段，第7染色體的395～505 cM區段，第8染色體的75～130 cM區段和第9染色體的60～185 cM區段，是重要的雜合位點富集區域。這些雜合位點富集區域對貴州50個玉米雜交種的雜種優勢貢獻較大，富集區域含有的優良基因，有利于雜種優勢的基因組分子標記輔助選擇。

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(責任編輯 劉忠麗)

HeterozygousLocusof50LocalHybridMaizeVarietiesBasedonSSRMarkerAnalysisinGuizhou

WANG Wei1, GUAN Qi2,3, SONG Xin2,4, YANG Wen-peng1*, WANG Ming-chun1

(1.Guizhou Institute of Upland Crops, Guizhou Academy of Agricultural Sciences, Guiyang Guizhou 550006, China; 2.College of Agriculture, Guizhou University, Guiyang Guizhou 550025, China; 3.Xiangyu Middle School, Liaoning Shenyang 110000, China; 4. Bureau of Agricultural Economic Development, Weihai Torch High-tech Industrial Development Zone, Weihai Shandong 264209,China)

【Objective】This study aimed to improve effective utilization, genetic improvement and variety breeding of maize germplasm resources in Guizhou.【Method】50 approved local maize varieties in Guizhou are analyzed by 85 SSR markers with abundance polymorphism. 【Result】(i) 471 SSR alleles are detected and the average value and PIC of alleles on SSR loci 5.54/locus and 0.58/locus, which indicates that the used SSR markers have the abundant genetic polymorphism. (ii) The difference in He and Ho among 11 SSR loci of umc2048, bnlg1885, bnlg1083, bnlg2144, phi092, umc2094, umc1726, nc005, umc1491, umc1619 and bnlg2228 is high (gt;0.2), which indicates the He and Ho are influenced by artificial selection and inbreeding greatly. (iii) There are 47 SSR marker loci with gt; 0.5 ratio of varieties with heterozygous locus in total varieties. Of which, the ratio of 8 SSR marker loci is gt; 0.8. (iv) The segments of 20-55 cM on Chromosome 1,380-590 cM on Chromosome 4,430-495 cM on Chromosome 5, 25-40 cM and 40-90 cM on Chromosome 6, 395-505 cM on Chromosome 7, 75-130 cM on Chromosome 8 and 60-185 cM on Chromosome 9 are the important enrichment areas of heterozygous loci. 【Conclusion】The enrichment areas of heterozygous loci have a great contribution to heterosis of 50 hybrid maize varieties in Guizhou. The enrichment enrichment areas with good genes are beneficial to genome marker-assisted selection (MAS) in heterosis of maize.

SSR; Heterozygous; Locus; Hybrid; Maize

S513

A

1001-4829(2017)11-2417-08

10.16213/j.cnki.scjas.2017.11.005

2017-07-11

貴州省科技計劃項目[黔科合重大專項字(2013)6022號,黔科合NY(2014)3020]；貴州省農業科學院院專項[黔農科院院專項(2014)008]；貴州省科研機構服務企業行動計劃項目[黔科合服企(2014)4002]；貴州省產業技術體系項目(GZCYTX2013-0701)；貴州省農業科學院自主創新專項[黔農科院自主創新科研專項字(2014)006]

王 偉(1982-)，男，安徽臨泉人，副研究員，碩士研究生，從事玉米分子遺傳學與育種研究,E-mail：wwmaize@126.com,*為通訊作者：楊文鵬，E-mail:ywpmaize@126.com。