亓佳佳,韓 芳,馬守才,張莉莉,余欣欣,陳蘊(yùn)文,畢曉靜,史秀秀,牛 娜,張改生
(西北農(nóng)林科技大學(xué) 國(guó)家楊凌農(nóng)業(yè)生物技術(shù)育種中心/國(guó)家小麥改良中心楊凌分中心/小麥育種教育部工程研究中心/陜西省作物雜種優(yōu)勢(shì)研究與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西 楊凌 712100)
小麥骨干親本小偃6號(hào)及其衍生品種(系)的遺傳解析
亓佳佳,韓 芳,馬守才,張莉莉,余欣欣,陳蘊(yùn)文,畢曉靜,史秀秀,牛 娜,張改生
(西北農(nóng)林科技大學(xué) 國(guó)家楊凌農(nóng)業(yè)生物技術(shù)育種中心/國(guó)家小麥改良中心楊凌分中心/小麥育種教育部工程研究中心/陜西省作物雜種優(yōu)勢(shì)研究與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西 楊凌 712100)
【目的】 了解小麥骨干親本小偃6號(hào)及其衍生品種(系)間的遺傳差異,以及小偃6號(hào)對(duì)各代衍生品種的遺傳貢獻(xiàn)?!痉椒ā?利用63對(duì)分布于小麥21條染色體上的SSR引物對(duì)小偃6號(hào)及其子1代到子6代的80個(gè)衍生品種(系)進(jìn)行UPGMA聚類(lèi)分析,以各衍生品種與小偃6號(hào)共有位點(diǎn)數(shù)占總位點(diǎn)數(shù)的百分比表示小偃6號(hào)對(duì)各世代的遺傳貢獻(xiàn)?!窘Y(jié)果】 63對(duì)SSR引物在81份材料中共檢測(cè)到175個(gè)等位變異,等位變異數(shù)目為1~6,平均2.78個(gè);SSR引物多態(tài)性信息含量的變化幅度為0.067 4~0.836 4,平均值為0.480 4;品種間遺傳相似系數(shù)變化幅度為0.521~0.931,平均值為0.664,在遺傳相似系數(shù)為0.658處將81份材料分為7類(lèi),聚類(lèi)結(jié)果與系譜較吻合;小偃6號(hào)對(duì)其衍生子1代、子2代、子3代、子4代的平均遺傳貢獻(xiàn)率為50.32%,47.54%,46.35%,44.83%;在各世代中A、B和D基因組間遺傳貢獻(xiàn)率整體表現(xiàn)為D>A>B?!窘Y(jié)論】 小偃6號(hào)與其衍生品種(系)存在一定的遺傳差異;小偃6號(hào)在前4個(gè)世代對(duì)各世代的遺傳貢獻(xiàn)率隨世代的增加逐漸下降,對(duì)衍生品種(系)的D基因組遺傳貢獻(xiàn)較大。
小麥;小偃6號(hào);SSR;聚類(lèi)分析;遺傳貢獻(xiàn)
骨干親本除本身所具有的優(yōu)良性狀外,還具有高配合力,即易與其他材料雜交育成新的優(yōu)良品種。小偃6號(hào)是我國(guó)最主要的小麥骨干親本之一,以其作為親本育成并大面積推廣的小麥品種超過(guò)50個(gè),其衍生品種累計(jì)推廣面積2 000萬(wàn)hm2以上,增產(chǎn)小麥已超過(guò)150億kg,為我國(guó)小麥育種工作和小麥生產(chǎn)做出了重要貢獻(xiàn)[1-2]。因此,闡明小麥骨干親本小偃6號(hào)對(duì)后代衍生品種的遺傳貢獻(xiàn),對(duì)于更好地利用其進(jìn)行新品種選育,提高育種效率,培育高產(chǎn)、多抗、優(yōu)質(zhì)的小麥新品種具有重要的意義。
分子標(biāo)記SSR不受環(huán)境條件和發(fā)育階段影響,多態(tài)性高,標(biāo)記數(shù)目多,覆蓋整個(gè)基因組且呈共顯性遺傳等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于遺傳多樣性、關(guān)聯(lián)分析、骨干親本等研究中。司清林等[3]利用247對(duì)SSR引物研究了5個(gè)阿夫系選品種與255個(gè)阿夫衍生品種的遺傳多樣性,并證明3個(gè)特異性SSR位點(diǎn)在阿夫衍生系中存在明顯傳遞;于海霞等[4]通過(guò)對(duì)矮孟牛3個(gè)親本的DArT標(biāo)記篩選,獲得來(lái)自3個(gè)親本的330個(gè)特異標(biāo)記,并探明了這些特異標(biāo)記位點(diǎn)在41個(gè)衍生后代品種中的遺傳頻率與遺傳貢獻(xiàn)率;韓俊等[5]用SSR標(biāo)記分析了燕大1817 和勝利麥對(duì)其38 份衍生品種的遺傳貢獻(xiàn)率;王珊珊等[6]用SSR標(biāo)記進(jìn)行矮孟牛及其衍生品種的遺傳多樣性分析;袁園園等[7]利用篩選的33 個(gè)特異標(biāo)記對(duì)碧螞4 號(hào)的遺傳構(gòu)成及其特異位點(diǎn)在衍生后代中的傳遞進(jìn)行分析。這些骨干親本代表了我國(guó)早期小麥遺傳改良的成就,小偃6號(hào)是新一代的骨干親本,但對(duì)其衍生品種的遺傳解析較少。李瓊等[8]利用22對(duì)SSR引物對(duì)54份小偃6號(hào)衍生品種(系)進(jìn)行了多樣性分析,但有關(guān)骨干親本小偃6號(hào)對(duì)后代衍生品種的遺傳貢獻(xiàn)研究尚未見(jiàn)報(bào)道。因此,本研究利用63對(duì)SSR引物對(duì)小偃6號(hào)及其80份衍生品種(系)進(jìn)行分析,從分子水平上解析骨干親本小偃6號(hào)對(duì)其衍生品種(系)的遺傳貢獻(xiàn),從而為育種者在小麥親本組合選配和新品種培育方面提供理論依據(jù)。
1.1 試驗(yàn)材料
小偃6號(hào)及其80份衍生品種(系)均由西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院提供,包括小偃6號(hào)子1代至子6代后代,其中親本系選品種(系) 4個(gè),子1代7個(gè),子2代23個(gè),子3代30個(gè),子4代10個(gè),子5代5個(gè),子6代1個(gè),衍生品種涉及范圍較廣,詳見(jiàn)表1。
1.2 DNA提取
取小麥幼嫩葉片1~2片,放入2 mL滅菌EP管中,加入鋼珠,在振蕩儀上高速振蕩2 min,研磨成粉末后,采用CTAB[9]法提取DNA。紫外分光光度計(jì)檢測(cè)DNA質(zhì)量及質(zhì)量濃度,并稀釋到50 ng/μL。
1.3 SSR引物合成與PCR反應(yīng)
所用引物(表2)均由生物工程(上海)股份有限公司合成。擴(kuò)增反應(yīng)總體積15 μL,反應(yīng)體系包括10×TaqBuffer 1.5 μL,dNTP(10 mmol/L each) 0.3 μL,25 mmol/L MgCl21.2 μL,Taq酶 0.15 μL,上下游引物(1 μmol/L)各0.75 μL,模板DNA(50 ng/μL)2 μL,ddH2O 8.35 μL。PCR反應(yīng)參數(shù)為95 ℃預(yù)變性2 min;94 ℃變性30 s,50~62 ℃(根據(jù)引物確定退火溫度)退火40 s,72 ℃延伸40 s,35個(gè)循環(huán);72 ℃再延伸5 min,最后4 ℃保存。擴(kuò)增產(chǎn)物中加入3 μL Loading Buffer于95 ℃變性5 min,放置4 ℃待用。采用6%變性聚丙烯酰胺凝膠,電壓1 800 V預(yù)電泳20 min后上樣6 μL,電泳上槽液為1/3TBE,下槽液為1/2TBE,電壓1 500 V,電泳時(shí)間1.2 h左右,銀染法后置于白熾燈箱上記錄、照相。
表1 小偃6號(hào)的80份衍生品種(系)及其系譜Table 1 Eighty derivatives of Xiaoyan 6 and their pedigrees
續(xù)表1 Continued table 1
表2 SSR標(biāo)記及其所在染色體位置、等位位點(diǎn)數(shù)和多態(tài)性信息含量Table 2 SSR markers,their positions on chromosome,allelic loci and polymorphic information contents
續(xù)表2 Continued table 2
1.4 數(shù)據(jù)分析
2.1 小偃6號(hào)及其衍生品種(系)SSR擴(kuò)增引物的多態(tài)性
用小偃6號(hào)、西農(nóng)538和陜253對(duì)280對(duì)SSR引物進(jìn)行了初步篩選,篩選出63對(duì)分布于小麥染色體組、多態(tài)性高、條帶清晰的SSR引物(表2)。63對(duì)引物在81份小麥品種(系)共檢測(cè)到175個(gè)等位變異,每個(gè)位點(diǎn)1~6個(gè),平均有2.78個(gè)等位變異。其中,Xbarc68檢測(cè)到6個(gè)等位位點(diǎn),為最多;其次Xbarc174檢測(cè)到5個(gè)等位位點(diǎn)。多態(tài)性信息含量PIC變化幅度為0.067 4~0.836 4,平均值為0.480 4;Xwms611的PIC最大,為0.836 4,Xwms212的PIC最小,為0.067 4。
2.2 小偃6號(hào)及其衍生品種(系)的遺傳相似系數(shù)與聚類(lèi)分析結(jié)果
遺傳相似系數(shù)結(jié)果顯示,81份小麥材料間的遺傳相似系數(shù)變幅為0.521~0.931,平均為0.664。其中10MA-122和西農(nóng)881的遺傳相似系數(shù)最小(0.521),西農(nóng)889和10MA-122(西農(nóng)889/US8)的遺傳相似系數(shù)最大(0.931),陜229和連0809(陜229/灌8116)的遺傳相似系數(shù)介于兩者之間,為0.904。小偃6號(hào)與其80份衍生品種的遺傳相似系數(shù)平均值為0.693,與小偃81-24的遺傳相似系數(shù)最大(0.815),與陜墾6號(hào)的遺傳相似系數(shù)最小(0.620)。結(jié)果表明小偃6號(hào)與其衍生品種(系)存在一定的遺傳差異。
用UPGMA聚類(lèi)分析,構(gòu)建了各供試材料間的遺傳聚類(lèi)圖,如圖1所示。由圖1可見(jiàn),在遺傳相似系數(shù)0.658處將供試材料分為7類(lèi)。其中第Ⅶ類(lèi)包括10MA-122、西農(nóng)889、西農(nóng)2112 3個(gè)材料。第Ⅵ類(lèi)包括渭豐151和荔高6號(hào)2個(gè)材料,其均為小偃6號(hào)系選材料。第Ⅴ類(lèi)包括申0316和浚麥55 2個(gè)材料,其有共同的親本鄭農(nóng)7號(hào)和小偃6號(hào)。第Ⅳ類(lèi)包括鄭麥366、西農(nóng)185、零451、良星99和西農(nóng)928 5個(gè)材料,主要來(lái)源于小偃6號(hào)的系選品系PH82-2-2。第Ⅲ類(lèi)包括小偃216和小偃503 2個(gè)材料。第Ⅱ類(lèi)共14份材料,將其分為2個(gè)亞類(lèi):第Ⅱ-1亞類(lèi)包括山農(nóng)05-066、連5152、渦麥10號(hào)、皖科081088、眾優(yōu)989、樂(lè)麥091156、科林0369 7個(gè)材料,除山農(nóng)05-066外均為鄭麥9023的衍生品種;第Ⅱ-2亞類(lèi)包括金粒106、P0218、西農(nóng)881、鄭麥7698、中泛5號(hào)、周麥19、西農(nóng)196 7個(gè)材料。第Ⅰ類(lèi)包括其余的53個(gè)材料,又可將其分為4個(gè)亞類(lèi):第Ⅰ-1亞類(lèi)包括小偃6號(hào)、小偃81-24、遠(yuǎn)豐175、新麥22、周麥98100、陜229、連0809、華成699、西農(nóng)2611、西農(nóng)9872、天麥989、周麥24、小偃54、中洛3號(hào)、陜157、西農(nóng)9718、陜麥139、小偃168等18個(gè)材料,其中包括陜229、西農(nóng)979、陜優(yōu)225的衍生品種多在該亞類(lèi);第Ⅰ-2亞類(lèi)包括小偃22-986、小偃22、西農(nóng)558、小偃107、陜墾6號(hào)、西農(nóng)975、西農(nóng)9871、136、正農(nóng)618、項(xiàng)麥9908、陜246等11個(gè)材料,其主要為小偃22的衍生后代;第Ⅰ-3亞類(lèi)包括荔高8號(hào)、陜354、陜253、信麥59、陜農(nóng)70、陜512、鄭麥9023、曲優(yōu)21、淮麥05155、周優(yōu)102、眾麥8號(hào)、博農(nóng)6號(hào)、百農(nóng)898、國(guó)麥11、西農(nóng)2208、中泛4號(hào)、陜160、武農(nóng)986、西農(nóng)8727、鄭麥101等20個(gè)材料,其基本為陜213、鄭麥9023的衍生品種;第Ⅰ-4亞類(lèi)包括陜538、西農(nóng)538、西農(nóng)2000、西農(nóng)2002等4個(gè)材料,陜538和西農(nóng)538、西農(nóng)2000和西農(nóng)2002分別具有共同父母本。
圖1 81份材料的SSR分析聚類(lèi)圖1~81.小麥品種名稱(chēng)同表1
2.3 小偃6號(hào)對(duì)其后代衍生品種(系)的遺傳貢獻(xiàn)
利用能明確染色體位置的42對(duì)SSR引物,進(jìn)行小偃6號(hào)對(duì)后代衍生品種的遺傳貢獻(xiàn)分析。由于子5代、子6代分別只有5、1個(gè)材料,所以僅對(duì)子1代到子4代進(jìn)行遺傳貢獻(xiàn)率的分析,結(jié)果見(jiàn)表3。表3結(jié)果表明,小偃6號(hào)對(duì)其子1代、子2代、子3代、子4代的平均遺傳貢獻(xiàn)率分別為50.32%,47.54%,46.35%,44.83%;對(duì)不同衍生世代的整體貢獻(xiàn)率表現(xiàn)為子1代>子2代>子3代>子4代。在不同基因組部分同源群間,小偃6號(hào)對(duì)A、B和D基因組的平均遺傳貢獻(xiàn)率分別為46.73%,41.86%和53.44%;在基因組間遺傳貢獻(xiàn)率整體表現(xiàn)為D>A>B。表明小偃6號(hào)對(duì)各世代的遺傳貢獻(xiàn)率在前4個(gè)世代隨世代的增加逐漸下降;骨干親本對(duì)衍生品種(系)的D基因組遺傳貢獻(xiàn)較大。
表3 骨干親本小偃6號(hào)不同染色體組對(duì)其衍生品種(系)的遺傳貢獻(xiàn)率Table 3 Genomic contributions of different chromosomes of the core parental line Xiaoyan 6 to its four generations
小偃6號(hào)(St2422/464//小偃96)是20世紀(jì)70年代原中國(guó)科學(xué)院西北植物研究所利用染色體工程技術(shù)將長(zhǎng)穗偃麥草基因?qū)胄←溣傻母弋a(chǎn)優(yōu)質(zhì)品種,其血統(tǒng)上集成了小麥屬與長(zhǎng)穗偃麥草的遺傳基因,地理上集成了當(dāng)?shù)匦←満鸵獯罄葒?guó)外小麥品種的遺傳基因,豐富的遺傳基礎(chǔ)使其具有許多優(yōu)良特性,成為我國(guó)小麥育種的骨干親本之一。劉路平等[12]用33對(duì)引物對(duì)2011-2012年黃淮麥區(qū)(南片)參加國(guó)家小麥區(qū)試的42個(gè)小麥品種(系)進(jìn)行了分析,遺傳相似系數(shù)在0.15~0.88,平均為0.52;王林海等[13]用79對(duì)SSR標(biāo)記分析的46個(gè)河南省審定小麥品種的遺傳相似系數(shù)在0.33~0.84。本研究中,63對(duì)引物在81份小麥品種(系)共檢測(cè)到175個(gè)等位變異,每個(gè)位點(diǎn)1~6個(gè),平均有2.78個(gè)等位變異;多態(tài)性信息含量PIC變化幅度為0.067 4~0.836 4,平均值為0.480 4;81份材料間的遺傳相似系數(shù)變幅為0.521~0.931,平均值為0.664;小偃6號(hào)與其80個(gè)衍生品種的遺傳相似系數(shù)平均值為0.693,與李瓊等[8]的研究結(jié)果一致,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于同樣來(lái)源于黃淮麥區(qū)小麥品種的上述結(jié)果。表明,一方面SSR分子標(biāo)記能夠反映小麥品種的遺傳差異和親緣關(guān)系;另一方面小偃6號(hào)衍生品種(系)之間的遺傳差異較小,遺傳基礎(chǔ)狹窄。在育種實(shí)踐中,以骨干親本小偃6號(hào)培育出的新品種往往又作為育種親本,甚而反復(fù)利用某些優(yōu)良品種,如陜253、武農(nóng)986、西農(nóng)2208、陜160等都是陜213的衍生品種;新麥22、周麥98100、周麥24、中洛3號(hào)等都是陜優(yōu)225的衍生品種;西農(nóng)979、西農(nóng)9872、西農(nóng)2611、西農(nóng)2000、西農(nóng)928等都是陜229的衍生品種。以西農(nóng)979為育種親本又衍生了西農(nóng)9718、華城699、西農(nóng)196、正農(nóng)618等。骨干親本的反復(fù)利用必然會(huì)降低后代品種間的遺傳差異,導(dǎo)致品種間親緣關(guān)系愈來(lái)愈近。郝晨陽(yáng)等[14]對(duì)我國(guó)50年來(lái)小麥育成品種的遺傳多樣性分析表明,育成品種間平均遺傳距離以50年代最高(0.731),以后越來(lái)越低。因此,在今后的育種中既要注重骨干親本的利用,同時(shí)注意要提高品種的遺傳多樣性,必須應(yīng)用更多的優(yōu)良育種方法、合理組配親本、拓寬親本來(lái)源。
本研究所用的63對(duì)SSR分子標(biāo)記覆蓋小麥整個(gè)染色體組,聚類(lèi)結(jié)果可將小偃6號(hào)及其后代衍生品種分為7個(gè)類(lèi)群,具有相同系譜來(lái)源的品種大多聚為一類(lèi)。10MA-122(西農(nóng)889/US8)是西農(nóng)889的子1代衍生品種,其與西農(nóng)889的遺傳相似系數(shù)最大(0.931);連0809是陜229的子1代衍生品種,其與陜229的遺傳相似系數(shù)為0.904。分析小偃6號(hào)與后代衍生品種(系)間的遺傳關(guān)系,其與小偃81-24的遺傳相似系數(shù)最大(0.815),具有小偃6號(hào)1/2血緣;其次是遠(yuǎn)豐175,具有小偃6號(hào)1/2血緣。說(shuō)明SSR分子標(biāo)記可以作為小麥遺傳差異、親緣關(guān)系分析的重要工具,這與詹克慧等[15]、王珊珊等[6]、武玉國(guó)等[16]的研究結(jié)果一致。同時(shí),聚類(lèi)各分支至少有一個(gè)新的核心育種親本,如Ⅱ-1亞類(lèi)以鄭麥9023的衍生品種為主,Ⅰ-1亞類(lèi)多為陜229、西農(nóng)979、陜優(yōu)225的衍生品種,Ⅰ-2亞類(lèi)主要來(lái)源于小偃22的衍生后代等。也有部分材料與系譜不相符合,如陜160和陜354、西農(nóng)9871和西農(nóng)9872、泛麥3號(hào)和泛麥4號(hào)均為同一父母本,未能首先聚為一類(lèi)。渭豐151、荔高6號(hào)雖是小偃6號(hào)的系選品種,但與小偃6號(hào)的距離較遠(yuǎn),這與李瓊等[8]的結(jié)果也一致。原因一方面可能是同一親本組合后代群體遺傳分離重組的差異,及在新品種選育中育種家的選擇差異不同所致;另一方面引物選擇與引物數(shù)量的差異也會(huì)影響聚類(lèi)結(jié)果。
骨干親本除其本身所具有的優(yōu)良性狀以外,其重要性狀的基因組區(qū)段/位點(diǎn)必須具有較強(qiáng)的遺傳傳遞能力或被育種家優(yōu)先選擇的位點(diǎn)。袁園園等[7]解析了骨干親本碧瑪4號(hào)的特異位點(diǎn)在衍生后代中的傳遞規(guī)律,推測(cè)這些位點(diǎn)及其附近的染色體區(qū)域可能是育種家強(qiáng)烈選擇的部分,含有一些特殊的與重要農(nóng)藝性狀相關(guān)的基因組位點(diǎn)/區(qū)段可能是其成為骨干親本的遺傳基礎(chǔ);李小軍等[17]研究骨干親本歐柔在衍生品種的遺傳,獲得了高于理論傳遞頻率的一些位點(diǎn),發(fā)現(xiàn)了與之相關(guān)的性狀;韓俊等[5]分析了勝利麥和燕大1817對(duì)后代衍生品種的遺傳貢獻(xiàn)率,找到了貢獻(xiàn)率較高的基因組區(qū)段,這些區(qū)段上存在許多與產(chǎn)量、抗病、抗逆和適應(yīng)性等重要農(nóng)藝性狀相關(guān)的基因和QTL。本研究通過(guò)小偃6號(hào)對(duì)后代衍生品種的遺傳貢獻(xiàn)率分析,發(fā)現(xiàn)小偃6號(hào)對(duì)其后代衍生品種遺傳貢獻(xiàn)率平均為47.26%,表現(xiàn)為子1代>子2代>子3代>子4代,均高于理論遺傳貢獻(xiàn)率,這與肖永貴等[18]的研究結(jié)果相同。說(shuō)明小偃6號(hào)在前4個(gè)世代對(duì)后代衍生品種的貢獻(xiàn)隨世代進(jìn)程雖呈遞減趨勢(shì),但其重要性狀的基因組區(qū)段/位點(diǎn)在衍生品種基因組中仍高頻率遺傳。本研究還發(fā)現(xiàn),不同基因組間遺傳貢獻(xiàn)率整體表現(xiàn)為D>A>B。郝晨陽(yáng)等[14]通過(guò)對(duì)中國(guó)小麥育成品種的遺傳多樣性演變分析發(fā)現(xiàn),平均等位變異豐富度基因組D [1] 莊巧生.中國(guó)小麥品種改良及系譜分析 [M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,2003. 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