利用SNP 標記劃分玉米自交系雜種優勢類群

師亞琴 孟慶立 楊少偉 張宇文 雷格麗

（1 寶雞市農業科學研究院，陜西岐山 722499；2 寶雞迪興農業科技有限公司，陜西眉縣 722305）

玉米是我國第一大糧食作物，同時也是重要的飼料和工業原料，對保障國家糧食安全具有重要作用[1-2]。種質資源是研究作物起源、進化，培育作物新品種的基礎材料[3]。當前玉米生產中，產量、品質、抗逆性的提高和改善主要歸功于雜種優勢育種的利用。因此，通過對種質資源類群的劃分并建立相應的雜種優勢模式，能有效地改良自交系和選配雜交組合，拓寬種質遺傳基礎，是提高玉米育種的重要手段。

隨著生物技術的不斷發展，SNP 標記技術作為第三代分子標記，具有分布廣泛、系統化自動化程度高、易于建立標準化操作等優點，在農作物遺傳多樣性分析、種間親緣關系分析和種質資源鑒定方面具有廣泛的應用[4]。其中，盧柏山等[5]利用1031 個SNP 標記將39 份甜玉米自交系劃分為5 個類群。吳金鳳等[6]利用1041 個SNP 標記對51 份自交系進行類群劃分，劃群結果與系譜來源一致。何冰紓等[7]利用 SNP 標記推斷陜單609 的雜種優勢模式為Reid×塘四平頭。本研究利用中玉金標記（北京）生物技術有限公司（以下簡稱中玉金標記）玉米10K SNP 芯片（中玉芯1 號）檢測，利用其中4550個標記，研究了80 份已知系譜來源或未知血緣的玉米自交系的雜種優勢類群，檢驗SNP 標記開展類群劃分的可靠性，同時為玉米自交系改良和新品種的選育提供支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料本研究選取80 份玉米自交系為試驗材料，自交系編號為BJ1801～BJ1880，材料來源詳細信息見表1。

表1 材料編號及系譜來源

1.2 試驗方法大田幼苗3 葉1 心后用打孔器取嫩葉，并將取好葉片的采樣管放在取樣盤中對應的位置，置于冰盒保存，交由中玉金標記完成SNP 芯片檢測。在種質資源分析中，中玉金標記加入了一批玉米骨干自交系作為雜種優勢群劃分的參照。

1.3 數據分析利用PowerMarker V3.25 軟件對SNP 位點進行遺傳多樣性分析，計算多態性信息含量（PIC）以及自交系間遺傳距離，并利用Treebest軟件構建NJ 聚類圖，進行雜種優勢群的劃分。

2 結果與分析

2.1 數據質控本研究使用中玉芯1 號設計的標記做分析，在基因分型之前，先計算各自交系的DQC（Dish QC）和call rate（CR）值，以DQC＞0.82、CR＞96%做篩選閾值，對80 份自交系進行質控。結果表明，79 份自交系同時達到DQC 和CR 閾值，BJ1809 的CR 值低于閾值，在后續分析中被舍棄；自交系質控的平均CR 值為99.252%。79 份自交系進行SNP 位點質控后，剩余8279 個標記。將供試自交系數據與中玉金標記種質資源庫數據合并，去除缺失率＞0.1、MAF＜0.05 的位點，剩余4550 個標記進行后續分析。

2.2 SNP 位點遺傳多樣性分析PIC 值是衡量DNA 座位變異程度高低的重要指標。根據Botstein等[8]提出的多態性信息含量評價指標，當 PIC ≥0.5時為高度多態；0.25 ≤PIC＜0.5 時為中度多態；PIC＜0.25 時為低度多態。本研究中，4550 個SNP 位點在79 份玉米自交系上的平均PIC 值為0.39，為中度多態，說明79 份自交系遺傳多樣性較好。

2.3 自交系遺傳相似度根據 SNP 位點的基因分型數據，應用Nei’s 1972 算法計算自交系之間的遺傳距離。結果表明，79 份自交系間的遺傳相似度變化為 24.9%～99.9%，自交系間平均遺傳相似度為51.2%，其中自交系BJ1864 與 BJ1811 之間遺傳相似度最低，表明這2 個自交系親緣關系最遠，遺傳差異較大；而BJ1848 與 BJ1849 之間遺傳相似度最高，表明這2 個自交系血緣關系最近，遺傳差異較小。

根據計算的遺傳相似度，以10%為組距進行頻數分布分析（圖1）。可以看出，79 份自交系間遺傳相似度主要分布在50%～60%之間，有1586 對自交系，占總數的52.81%；遺傳相似度一般在60%或70%以上，則認為是同一血緣材料，其中60%以上遺傳相似度有303 對，占總數的10.09%；遺傳相似度在50%以下代表材料間沒有明顯的血緣關系，有1114 對，占總數的37.10%。結果表明，79 份玉米自交系間遺傳關系比較豐富。

圖1 79 份玉米自交系之間的相似度頻數分布圖

2.4 自交系聚類分析利用中玉金標記提供的45份骨干自交系做分類參考，并計算與供試自交系之間的遺傳距離，構建NJ 聚類圖，進行聚類分析。聚類分析結果表明，79 份自交系除BJ18053 未劃分出對應的類群，其余78 份自交系可被劃分為明顯的兩大類（圖2），兩大類又可被分為7 個亞群，一類包含瑞德、黃改、P 群和Lancaster，另一類包含Iodent、迪卡選系和先鋒改良群。第Ⅰ類群包括BJ1835、BJ1837、BJ1842 等8 個自交系，屬瑞德群。第Ⅱ類群包括BJ1826、BJ1830、BJ1875、BJ1879，為昌7-2 改良系，屬黃改群。第Ⅲ類群包括BJ1813、BJ1838、BJ1878 3 個自交系，屬P 群。第Ⅳ類群包 括BJ1841、BJ1812、BJ1814 等5 個自交系，屬Lancaster 群。第Ⅴ類群包括BJ1863、BJ1845、BJ1815 等27 個自交系，屬先鋒改良群。第Ⅵ類群包 括BJ1822、BJ1867、BJ1868 等18 個自交系，屬迪卡選系群。第Ⅶ類群包括BJ1801、BJ1804、BJ1802 等13 個自交系，屬Iodent 群。

圖2 供試自交系聚類分析圖

3 結論與討論

本研究利用4550 個標記對80 份自交系進行類群劃分，SNP 位點多態性信息含量平均值為0.39。趙久然等[9]利用SNP 標記對344 份玉米自交系進行遺傳多樣性分析，結果表明，3072 個SNP 位點多態性信息含量平均值為0.344。本研究選用的4550個SNP 位點具有較高的多態性和類群區分能力。孫友位等[10]利用SSR 標記研究85 個自交系的遺傳多樣性，將85 份自交系分為兩類6 個亞群，一類包含 PA、熱帶種質和旅大紅骨，另一類包含Lancaster、塘四平頭和農家種。本研究將供試自交系劃分為兩大類、7 個亞群，一類包含瑞德、黃改、P 群和Lancaster，另一類包含Iodent、迪卡選系和先鋒改良群。這可能是由于種質資源基礎不同，造成劃分結果不同。本研究結果表明，雜種優勢群劃分結果與系譜來源有較好的一致性，如BJ1817 和BJ1818均為14025×14022 選育而來，被聚為同一類群；BJ1830、BJ1875 均為昌7-2 改良系，被聚為同一類群。此外，未知血緣的自交系也劃入相應的類群中，如BJ1871、BJ1876 劃入先鋒改良群；BJ1803、BJ1822、BJ1823、BJ1851 等8 個自交系劃入迪卡選系群。說明利用SNP 標記進行玉米自交系類群劃分可正確反映自交系間的血緣關系，明晰未知血緣關系的自交系所屬類群，為自交系間的改良、雜交種的組配提供依據，降低育種工作中的盲目性，加快育種工作進程。

供試材 料BJ1801、BJ1804 和BJ1840 引進時系譜來源記載為696F 改良系，應該劃入同一群中，但試驗結果卻是BJ1801、BJ1804 劃入Iodent 群，BJ1840 劃入迪卡選系群，這可能是BJ1840 在改良696F 時應用了迪卡選系群的種質。此外，BJ1835和BJ1836 系譜記載為DK519 二環選系，在類群劃分時，BJ1835 劃入瑞德群，BJ1836 為迪卡選系群，這可能是由于BJ1835 在選系時為開放授粉，引入了瑞德群的種質。在自交系改良時應有明確的方向，盡可能應用歸屬同一大類的亞群之間的材料進行改良，既能保持雜種優勢，又可以豐富遺傳背景。同時，應避免開放授粉選系，以免造成血緣不清難以利用。