山東省及部分外省育成小麥品種（系）遺傳多樣性和重要農藝性狀的關聯分析

李南南 孫淑珍 吳群 程西永 劉華榮 毛瑞喜 李斯深

摘要：利用52個SSR分子標記對山東省及部分外省近年審定品種和區試品系進行了遺傳多樣性檢測，并分析了其與主要農藝性狀的關聯性。結果表明，共檢測到150個等位位點，平均每對引物檢測到2.9個等位位點；SSR標記多態性信息量（PIC）范圍為0.11～1.00，平均為0.51。聚類分析結果顯示，供試品種（系）共聚成3個類群，具有相同親本或同一育種單位的品種往往聚在一起。通過SSR標記與區試品系主要農藝性狀的關聯分析，得到與部分農藝性狀極顯著相關（P<0.01）的標記8個，發掘到一批與農藝性狀相關的優異等位變異，如與千粒重相關的等位變異wmc657-A50、增加容重的wmc322-A195和gwm292-A190，降低株高的等位變異cfd168-A105和gpw294-A80。

關鍵詞：小麥；SSR標記；遺傳多樣性；農藝性狀；關聯分析

中圖分類號：S512.101文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2018）05-0018-06

Abstract The genetic diversity of wheat varieties in recent years in Shandong and other provinces was detected using 52 SSR markers， and the association analysis between SSR markers and important agronomic traits was conducted. A total of 150 alleles were detected with the mean of 2.9 alleles for a single SSR marker. The range of polymorphism information content （PIC） was 0.11～1.00 with the mean of 0.51. Cluster analysis showed that the varieties could be divided into three groups， most of the varieties with the common parents or from the same breeding institutions were trend to be clustered into one group. There were eight SSR markers significantly associated with agriculture traits （P<0.01）. Some favorable alleles associated with agronomic traits in multiple environments were discovered， such as wmc657-A50 for increasing the thousand grain weight， wmc322-A195 and gwm292-A190 for improving bulk weight， cfd168-A105 and gpw294-A80 for reducing plant height.

Keywords Wheat； SSR marker； Genetic diversity； Agronomic traits； Association analysis

小麥是我國主要糧食作物之一，品種更替對于其單產的提升具有重要作用。豐富的遺傳多樣性是作物育種的重要基礎[1，2]。彭芹等[3]利用SSR引物，對1950年以來山東省主要推廣小麥品種的遺傳多樣性演變進行分析，發現山東省小麥品種遺傳多樣性以20世紀50年代最高，之后緩慢下降；80年代由于特有種質資源的創造和應用，山東省小麥品種的遺傳多樣性高于全國和其他麥區，但后來迅速下降。倪中福等[4]利用SSR標記分析小麥D染色體組，發現冬小麥較春小麥群體內存在更大的遺傳差異。

SSR標記具有多態性高、共顯性分離、操作簡便、結果穩定等優點，在關聯分析、分子標記輔助育種、品種及基因型鑒定、QTL定位和遺傳圖譜構建等方面發揮了重要的作用[5，6]。在遺傳多樣性分析的基礎上進行關聯分析，有利于發掘與重要農藝性狀有關的標記。王升星等[7]利用SSR標記對小麥單株產量及有關性狀進行全基因組QTL分析，得到了3個控制千粒重、2個控制單株產量和2個控制單株有效穗數的QTL。武玉國等[8]對SSR標記與黃淮冬麥區小麥品種的主要農藝性狀進行關聯分析，得到了與小穗數、千粒重緊密相關的標記。劉新倫等[9] 通過SSR標記與小麥長管蚜抗性的關聯分析，發現了與小麥長管蚜抗性相關的標記。賴運平等[10]利用SSR標記與小麥南大2419及其衍生品種主要農藝性狀的關聯分析，得到與8個農藝性狀顯著關聯的20個標記。

本研究采用52個SSR標記對106個山東省及部分外省小麥育成品種（系）進行遺傳多樣性分析，以了解近年育成小麥品種（系）之間的差異，為小麥育種工作提供參考；同時通過分子標記與主要農藝性狀的關聯分析，進一步發掘與小麥產量、抗性等性狀相關聯的分子標記。

1 材料與方法

1.1 供試材料

106個供試小麥品種（系）包括37個山東省及部分外省近年育成品種、68個2015—2016年山東省小麥高肥區域試驗品系及對照品種濟麥22（表1）。68個區試品系和對照濟麥22的產量性狀均為14個試點的平均值，數據來源于山東省區試調查結果。

1.2 基因組DNA提取

將供試各品種小麥種子排放在裝有濕潤基質的育苗穴盤內，置于溫室內培養，待幼苗長至兩葉一心時，稱取幼苗葉片0.2 g，在液氮冷凍下快速研磨至粉末，用CTAB法提取基因組DNA[11]。加入RNaseA除去DNA樣品中的殘余RNA。使用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測DNA樣本的質量。用超微量蛋白核酸分析儀測定DNA濃度，然后將DNA樣品稀釋到50 ng·μL-1，置4℃保存備用。

1.3 PCR擴增和非變性聚丙烯酰胺凝膠電泳

選用分布在小麥不同染色體上的52個SSR標記（表2）對DNA樣本進行PCR擴增，PCR反應在T1型PCR擴增儀（Biotech公司，德國）上進行。PCR擴增使用15 μL反應體系，包括：10 × PCR buffer 1.5 μL，dNTPs 0.5 mmol，Mg2+ 1.6 mmol，Taq DNA 聚合酶 1 U，DNA 模板50～100 ng，上、下游引物各240 pmol，加ddH2O至15 μL。采用標準PCR擴增程序，退火溫度針對不同引物單獨設定，35個循環，4℃保存。PCR擴增產物經8%非變性聚丙烯酰胺凝膠電泳、銀染檢測，在白熾燈下進行拍照和數據統計。

1.4 數據分析

在相同遷移率位置上有擴增條帶賦值為“1”，無條帶賦值為“0”，缺失賦值為“9”，統計每對標記帶型，構建矩陣。計算多態性信息含量（polymorphism information content，PIC），估測位點變異的表型效應[12]，利用DPS軟件計算遺傳距離，然后導入MEGA 6.0程序進行UPGMA聚類分析[13]。使用Structure 2.3.1軟件分析群體遺傳結構，估計最佳的群體組群，K值范圍設定為1～10。使用TASSEL 3.0軟件的MLM模型進行性狀和標記的關聯分析，當P<0.01時認為標記和性狀存在顯著關聯。

2 結果與分析

2.1 SSR標記多態性

利用52個SSR標記共得到150個等位位點，每個SSR標記的等位位點數目為1～6個，平均為2.9個。每個SSR標記的PIC值范圍為0.11～1.00，平均為0.51。其中PIC≥0.50的高度多態性標記28個，0.25

2.2 聚類分析

根據52對引物的150條讀帶結果進行聚類分析，可將106個品種（系）分為三個類群。

第一類群包括煙農999、中植5號、周麥26號、紅地169、SNZN1693、ZH5013、博農麥4號、徐麥1108共8個品種（系）。其中，煙農999和徐麥1108（審定名稱為徐麥36）為山東省審定品種，中植5號、周麥26號、徐麥1108為外省品種。該類群與其他兩個類群在聚類分析中距離較遠。

第二類群包括煙農5158、泰農18、AN01、山農17、裕田麥119、岱麥3270、岱麥4493、山農111、山農15381、淄麥37、W-141、泰農1014、齊麥2號、山農25、CHA13-1、山農23、YX14-2、山農22、WH04-10、WH04-28、濱麥6號、泰麥6018、圣麥102、淄麥29、淄麥28、惟特3號、洲元9369、岱麥3640、LS018R、泰農106、鑫秋811、鑫秋808、山農29、XR-4429共34個品種（系）。其中煙農5158、泰農18、裕田麥119、泰農1014、齊麥2號、山農25、山農23、山農22、淄麥29、淄麥28、洲元9369、山農29、XR-4429（審定名稱為鑫瑞29）為山東省審定品種。該類群以泰農18為代表，淄麥29、淄麥28、LS018R、山農29、岱麥號等均以泰農18或其姊妹系為親本之一。

第三類群包括64個品種（系），數目最多，分別為：魯研128、魯原890、魯原502、YX14-1、博農麥5號、濟麥47、紅地09-5、泰山6436、濟寧17、泰山28、鑫麥806、儒麥1號、濟麥262、臨麥4號、Am77、泰山24、泰山23、藁優5218、藁優5766、山農0828、濟寧16、09F558-2、泰山27、郯麥98、景麥1號、邦麥3號、邦麥8號、煙農24、濟麥229、濟麥19、登海51306、煙農1212、鑫星169、煙農836、煙529、XR3283、LS141R、濟麥40、濟麥39、煙農173、煙農197、濟麥44、DM007、冀冠509、良星99、良星66、FC0015、良星517、山農20、清照15、良星77、煙農157、泰山6038、鑫296、山農27、登海51308、山農32、山農28、山農31、菏麥0643-2、輪選151、DNK12-2、汶農28、濟麥22。其中，魯原502、泰山6436（審定名稱為泰科麥33）、濟寧17、泰山28、儒麥1號、濟麥262、臨麥4號、泰山24、泰山23、濟寧16、泰山27、郯麥98、煙農24、濟麥229、濟麥19、煙農1212、煙農836、煙農173、良星99、良星66、良星517、山農20、良星77、泰山6038（審定名稱為泰科麥31）、鑫296、山農27、山農32、山農28、山農31、濟麥22為山東省審定品種。該類群審定品種多、推廣面積大，許多審定品種與濟麥22和良星號具有密切的關系。

2.3 關聯分析結果

經關聯分析，52個SSR標記中與重要農藝性狀顯著關聯的標記共8個（表3）。其中，與千粒重顯著相關的分子標記1個（wmc657），貢獻率為9.7%；與容重顯著相關的分子標記4個（wmc322、gwm186、gwm292、wmc722），貢獻率為9.3%～11.9%；與生育期顯著相關的分子標記1個（gwm67），貢獻率為9.5%；與株高顯著相關的分子標記4個（cfd168、wmc322、gwm67、gpw294），貢獻率為9.8%～19.4%。gwm67與生育期和株高均顯著關聯，貢獻率分別為9.5%和10.8%；wmc322與容重和株高均顯著關聯，貢獻率分別為11.9%和18.0%。

3 討論與結論

遺傳多樣性分析是后續關聯分析的前提和基礎[14，15]。利用SSR標記進行遺傳多樣性分析，確定各材料在不同標記上的等位變異和基因型，可以在一定程度上反映材料之間的親緣關系。本研究利用52個SSR引物對山東省及部分省外近年審定品種和區試品系進行遺傳多樣性分析，其平均PIC（0.51）小于潘玉鵬等[16]（0.55）和程西永等[6]（0.55）的研究結果；PIC變化范圍（0.11～1.00）大于潘玉鵬等[16]（0.25～0.89）和程西永等[6]（0.11～0.829）的研究結果。程西永等[6]的研究中所使用的引物與本研究存在部分重合（20對），通過計算相同引物的平均PIC值，發現本研究的結果（0.47）明顯低于程西永等[6]（0.58）的研究結果；蒲艷艷等[17]的研究中有7對引物與本研究相同，其相同引物的平均PIC值也高于本研究的。說明近年山東省及部分省外育成品種（系）的遺傳多樣性總體呈下降趨勢。

聚類分析發現，山東省及部分省外近年育成品種（系）中，具有共同親本或同一育種單位育成的品種往往聚為一類，如源于同一育種單位的良星66、良星77、良星99、良星517都聚在第Ⅲ類；此外，部分山農號（山農0828、山農20、山農27、山農28）、濟麥號（濟麥47、濟麥19、濟麥44）、泰山號（泰山28、泰山24、泰山23）、煙農號（煙農1212、煙農173、煙農197）品種也聚在此類群。親緣關系較近的泰農18、山農29、淄麥28、淄麥29、LS018R等都聚在第Ⅱ類。該結果在程西永[6]、程斌[18] 等的研究中均有體現。106份供試材料，以泰農18為代表的第Ⅱ類群包含34個品種（系），以濟麥22和良星號為代表的第Ⅲ類群中包含64個品種（系），與兩者親緣關系較遠的第Ⅰ類群僅包含8個品種（系），且其中還有河南、江蘇等省外品種，這也反映了山東省近年育成品種（系）的遺傳基礎狹窄。因此，在今后的小麥育種中，應在充分利用骨干親本的同時，積極引進國內外優良種質資源，創造新的種質資源，不斷拓寬小麥育種的遺傳基礎。

近年，關聯分析在研究作物數量性狀方面得到了廣泛應用。張國華等[19]利用64個SSR、27個EST-SSR、47個功能標記分析其與黃淮麥區4個環境變量下的產量性狀的關聯性，發現有49個標記與4個環境的產量性狀及其均值顯著關聯。朱玉磊等[20]利用181對SSR引物對其標記位點與自然群體穗發芽抗性的關聯性進行分析，共獲得20個顯著關聯位點。本研究檢測到8個與小麥重要農藝性狀相關聯的SSR標記，其中，位于4B染色體上的wmc657標記與千粒重顯著相關，這與張坤普等[21]將與千粒重相關的QTL定位在4B染色體wmc657-barc1096區段的研究結果一致。此外，本研究還發現了兩個對株高具有高貢獻率的標記——cfd168和wmc322，對株高的貢獻率分別為19.4%和18.0%。

參 考 文 獻：

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