基于SSR标记的玉米群体豫综5号遗传多样性分析

来源:用户上传      作者: 张莉 岳竞之 张春荣 李家富 孙迷平 肖兴中 贾宝华 郝玲玲 陈彦惠

　　摘要以玉米群体豫综5号轮回选择改良群体的6个世代为材料，通过SSR标记技术对豫综5号群体的6个世代的多态性位点比例、位点的平均杂合度、遗传距离以及基因频率和基因型种类等进行了比较分析，结果表明豫综5号经过改良后，群体仍具有丰富的遗传多样性。
　　关键词玉米群体；SSR；遗传多样性；豫综5号
　　中图分类号S513；Q78文献标识码A文章编号 1007-5739（2011）11-0107-03
　　
　　GeneticDiversityAnalysisonMaizePopulationsYuSyn5BasedonSSRMarker
　　ZHANG Li 1YUE Jing-zhi 1ZHANG Chun-rong 1LI Jia-fu 1SUN Mi-ping 1XIAO Xing-zhong 1JIA Bao-hua 1
　　HAO Ling-ling 1CHEN Yan-hui 2
　　（1 Jiyuan Institute of Agricultural Sciences in Henan Province，Jiyuan Henan 459000； 2Agronomy College of Henan Agricultural University）
　　AbstractUsing six generations materials by recurrent selection of YuSyn5 as the basic materials，the proportion of polymorphic loci，the average locus heterozygosity，genetic distance，and the types of gene frequencies and genotypes of YuSyn5 were analyzed by SSR method. The results showed that YuSyn5 still had a wealth of genetic diversity by comprehensive improved.
　　Key wordsmaize population；SSR；genetic diversity；YuSyn5
　　
　　我国玉米育种难以取得突破性进展的重要原因是种质遗传基础狭窄，解决玉米种质基础狭窄问题的唯一途径是种质扩增、改良与创新[1-4]。研究不同群体遗传组成和多样性及其群体间的遗传关系，对于种质改良创新和合理利用具有十分重要的意义[5-7]。
　　河南农业大学在1990年由16个美国种质来源的自交系组配而成豫综5号群体，经过3轮的半姊妹轮回选择、1轮相互半姊妹轮回选择和1轮混合选择等方法进行改良。目前已有的研究和育种实践证明：该育种群体增产潜力大，具有较高利用价值。河南农业大学、新疆农业科学院、四川农业大学等单位先后从该改良群体中选育出优良自交系，并在生产上得到广泛应用，并组配出了多个通过审定的新品种。
　　为进一步改良和利用玉米的群体改良提供理论依据，该研究利用SSR标记分析技术初步分析其遗传特点，对玉米群体豫综5号不同轮次群体多态性位点的平均杂合度、遗传距离、位点比例以及基因型频率和种类等群体遗传结构进行研究，比较3种方法改良后不同轮次群体基因频率等遗传多样性变化规律。
　　1材料与方法
　　1.1试验材料
　　试验以豫综5号的C1、C2、C3、C4、M5等5轮改良的群体和C0群体作为材料，并选用塘四平头、Reid、旅大红骨和P群的自交系B73、齐319、Lancaster、掖478、黄早4、Mo17、丹340，共6个代表国内主要杂优类群的自交系作为试验对照。
　　1.2样品DNA提取
　　全部材料在田间种植，植株长6～7片叶时，从对照自交系中各取6个单株，从豫综5号群体的不同世代各取100个单株，采摘幼嫩叶于-80 ℃冰箱保存。自交系按6个单株叶片混合，豫综5号按单株叶片，采用改良CTAB法提取DNA。
　　1.3SSR扩增
　　均匀分布在玉米10条染色体上的100对SSR引物，由MaizeGDB中随机初步选择，由上海生工合成，再通过电泳从中筛选出35对引物用于试验，要求多态性高、带型好（表1）。这些引物基本上在玉米10对染色体上平均分布，每条染色体约3对引物。
　　PCR扩增反应总体积为15 μL，包括0.5 mmoL/L dNTP 0.3 μL，10×buffer（含MgCl2）1.5 μL，10 ng/μL引物1.5 μL，ddH2O 8.6 μL，1 U Taq酶0.1 μL，模板DNA 3.0 μL。
　　采用PTC-200扩增仪进行PCR反应。程序为95 ℃预变性2 min；95 ℃变性1 min，65 ℃退火1 min，72 ℃延伸1.5 min，共8个循环，每个循环降低1 ℃；95 ℃变性1 min，57 ℃退火1 min，72 ℃延伸1.5 min，共28个循环；72 ℃保温10 min；4 ℃保存。扩增产物用6％的变性聚丙烯酰胺凝胶电泳，电泳60 min左右，恒功率50 W。
　　1.4数据处理
　　多态位点比例=多态位点数/扩增位点
　　基因频率fi=等位基因数/2N（N是样本容量）
　　观察杂合度H0=观察杂合单株数/N
　　根据Nei＆Li提出的公式计算遗传距离GD（N）=1-GS（N）；遗传相似指数GS（N）=2a/（2a+b+c），式中a为同一群体内2个单株共有的条带，b和c分别为2个单株各自特有的条带。
　　按Hardy-Weinberg平衡比例估计期望杂合度He＝1-∑（f i 2）（fi是两群体i等位基因的频率）。群体内不同基因型数量及基因型频率从电泳版面上根据电泳的带型进行统计。
　　2结果与分析
　　2.1不同轮次改良群体的基因型数目和频率分析
　　由表2可知，在豫综5号的6个轮次中35对引物共检测到234种基因型，除了个别改良群体的基因型数目比上一轮有所减少，一般改良后群体的基因型种类基本上是后一轮多于前一轮。全部35对引物总和也是相似的情况，其中C4的基因型数目较上一轮C3和后一轮M5都偏低。这种基因型数目的差异产生的原因可能有以下3种：一是选择前后扩增的等位位点数也产生了变化，因而导致基因型及其数目的变化，如引物p-umc1555、p-phi015、p-phi109275等。二是选择过程中基因的重组产生新的基因型，如引物p-umc1169、p-umc2048和p-umc1062在不同轮次群体中都扩增出3个等位位点，它们的基因型数都有所增加；三是选择使某些基因型丢失，如引物p-phi227562在6个世代都扩增出3个等位位点，它们的基因型数分别为5、6、3、4、5、5。这表明在轮回选择中，从新一轮群体中选出比上一轮更优良的新基因型成为可能，通过中选单株间的充分重组，能使子代群体产生更丰富的基因型变异。
　　2.2不同轮次改良群体检测到的多态位点及多态位点比例
　　由表3可知，对6个不同轮次改良群体DNA样品用35对SSR引物进行扩增，共检测出115个等位基因变异，每对引物检测出的等位基因数为2～6个，平均每个位点3.29个，6个群体扩增的多态位点及多态位点比例不尽相同。在6个群体的多态位点比例达到 100％的引物为2/3。通过比较多态位点比例和多态位点数，发现：C2＞C3＞M5＞C1＞C4＞C0。其结果说明：C0的遗传基础比较宽，经过不同轮回选择方法改良后，C1、C2、C3、C4、M5的遗传变异仍然很丰富，但3种方法在保持群体的遗传多样性方面存在差异。

　　2.3群体内遗传距离的比较
　　由表4可知，基础群体C0的单株与改良群体内单株间遗传距离间平均遗传距离相比几乎无变化，改良群体内遗传距离其标准差、极值都略大于基础群体，表现为略有增加。这可能是由于在轮回选择过程中又渗入了一些新种质，改良群体经过数次重组交换，增加了部分个体间的异质性，使改良群体中大部分个体间的遗传距离变大。
　　2.4不同轮次群体的基因杂合度比较
　　由表5可知，每一个等位位点在不同群体中的基因频率有差异，即每一对引物在不同群体中的杂合度有差异。通过半姊妹轮回选择的改良群体C1、C2、C3各轮次间差异不大，平均基因杂合度分别为0.334、0.316、0.314；通过相互半姊妹轮回选择的改良群体C4的平均基因杂合度较上一轮明显减少，为0.258；混合选择群体M5的平均基因杂合度与C4相比略有增加，为0.266。结果表明：半姊妹轮回选择和混合选择，在保留群体的遗传多样性上，可能优于相互半姊妹轮回选择。豫综5号通过轮回选择后，各轮群体的平均观察杂合度和平均期望杂合度都存在着一定的差异，豫综5号改良群体偏离遗传平衡状态，说明还没有达到Hardy-Weinberg遗传平衡状态，这可能是由于群体的轮回选择和优良种质的渗透造成的。
　　2.5不同轮次改良群体间遗传距离
　　在根据表现型和配合力标准进行轮回选择，遗传距离的相对远近，说明所获得的不同轮次改良群体由于选择，导致了针对试验所检测到的基因位点发生一定变化，由表6可知：C0与各轮次之间的关系是：C4＜C1＜C3＜M5＜C2。如果遗传距离相对近，说明根据表型和配合力选择所关联的相同基因位点较多。如果遗传距离相对远，说明根据表型和配合力选择所关联的相同基因位点较少。
　　3结论与讨论
　　从多态性位点比例、位点的平均杂合度，遗传距离以及基因型种类和频率等方面该研究利用SSR标记分析技术，对豫综5号不同轮次群体的遗传结构进行研究，得出如下结论：豫综5号可以作为进一步改良和从中选育优良自交系的基础材料，通过不同方法的轮回选择没有达到Hardy-Weinberg遗传平衡状态，各轮次仍保持有丰富的遗传多样性。
　　该研究中，通过相互半姊妹轮回选择的改良群体C4的等位基因型种类、基因数目、平均基因杂合度较C1、C2、C3和M5都偏低。通过半姊妹轮回选择的改良群体C1、C2、C3的等位基因型种类、基因数目、群体内单株间平均遗传距离平均基因杂合度差异相对不大。该结果表明：在保持群体的遗传多样性方面。混合选择与半姊妹轮回选择可能优于相互半姊妹轮回选择。
　　4参考文献
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　　注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文

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