分子標記輔助選擇玉米雜種后代創新種質方法研究

從春生，李永祥，李春輝，石云素，宋燕春，張登峰，黎 裕，王天宇

（中國農業科學院作物科學研究所，北京 100081）

分子標記輔助選擇玉米雜種后代創新種質方法研究

從春生，李永祥，李春輝，石云素，宋燕春，張登峰，黎 裕，王天宇

（中國農業科學院作物科學研究所，北京 100081）

【目的】目前，玉米生產上利用的雜交種95%以上是單交種。利用分子標記輔助選擇手段探索從雜交種后代中高效發掘分別適合作父本和母本材料的方法，對于提高雜交種類資源的利用效率，推動玉米育種發展進程具有重要意義。【方法】以爆裂玉米雜交種JB1的F1代種子作為試驗材料，首先利用玉米全基因組范圍內SSR分子標記，經聚合酶鏈式反應（PCR）擴增，非變性聚丙烯酰胺凝膠電泳（PAGE）對雜交種種皮和胚進行基因型檢測，篩選多態性SSR分子標記，明確相應父、母本的基因型。在此基礎上，選取10條染色體上均勻分布的多態性SSR分子標記對F2及后續2個世代的分離群體進行逐代分子標記輔助選擇，獲得的后代材料可分為3組，即類父本材料、類母本材料和中間型材料。為了進一步評估所選材料的雜種優勢恢復程度及在育種工作中的實際應用價值，在F4代對類父本和類母本兩組材料配制了組內、組間雜交組合；同時，利用3個測驗種與基于分子標記選擇獲得的類父本材料、類母本材料以及在早代通過育種經驗選取的優異材料進行測交試驗，對最終獲得的2 780個各種類型組合在北京順義和河北蔚縣2個不同環境下進行產量鑒定及綜合評價。【結果】分子標記輔助選擇顯著提高了分離后代中材料的選擇效率，F4代輔助選擇材料中，類父本材料與父本的相似度最高可達79.5%，類母本材料與母本的相似度最高可達73.7%，顯著高于隨機選擇條件下的親本相似度均值。不同類型輔助選擇材料間保持了較大的遺傳距離，最大可達86%。F4代材料相互組配，不同親本類型輔助選擇材料組配的雜交種小區產量顯著高于同類型輔助選擇材料組配的雜交種。測驗種組配的測交組合鑒定結果顯示，本研究中與類父本材料組配的雜交種表現出較強的雜種優勢，產量顯著高于與類母本材料及早代通過育種經驗選取的優異材料組配的測交組合，且存在產量超過原雜交種最大值的組合。【結論】利用分子標記技術作為輔助選擇手段，從雜交種資源中發掘優異育種材料、開展種質創新的方法，可有效提高雜交種資源的利用效率。

玉米；雜交種；種質資源；分子標記輔助選擇；種質創新

0 引言

【研究意義】發掘優異種質資源、獲得突破性育種材料是選育優良品種的基礎與前提。由于中國不是玉米的起源地和多樣性中心，不斷引進國外自交系、群體及雜交種等并加以改良應用十分重要［1］。其中，生產上大面積利用的不同類型雜交種，多數是經過長期自然選擇與人工選育不斷積累人類所需特性的種質結晶，以雜交種為基礎材料發掘種質資源在以往的玉米育種實踐中發揮了重要的作用，特別是引進的國外雜交種是中國玉米種質資源擴充的重要來源之一［2］。目前，世界上玉米生產95%以上利用的是單交種，而單交種是由兩個親本配制的雜交組合，具備強雜種優勢對于提高產量至關重要，因而育種家對基礎材料所屬的雜種優勢群十分重視。盡管不同的育種家將育種材料分成不同的優勢群［3-6］，但是不變的總是一類材料適合作母本，而另一類材料相應適合作父本。大量研究與實踐表明，分子標記可以較真實地反映材料間遺傳關系，服務于劃分雜種優勢類群［7-9］。因此，利用分子標記輔助選擇技術，依據雙親遺傳信息，研究基于雜交種資源建立高效實用的種質資源創新方法體系，對于提高該類資源的利用效率，推動玉米育種發展進程具有重要意義。【前人研究進展】生產上利用的雜交種是一類重要的種質資源。事實上，20世紀70年代末從美國、東歐引入中國的一批雜交種，不同程度地含有Reid種質，株型緊湊，莖稈堅韌，籽粒偏馬齒，以其作為基礎材料，育成了一批優良自交系并逐步形成了中國的改良Reid類群［10］，組配出的雜交種在中國玉米生產上發揮了巨大作用，如沈單7號、掖單12、鄭單958等［11-12］；20世紀80年代末，美國先鋒公司的78599等雜交種引入中國，由于遺傳基礎豐富，具有抗病、抗倒、保綠度好、活稈成熟等優點，以其作為基礎材料，經過多代自交和群體選擇，成功選育出了一批多抗性材料［13-14］，形成了中國另外一個重要優勢群類型——P群［15］，并育成了魯單50、農大108等一批在生產上發揮了重要作用的優良雜交種。這些基于雜交種選育出的自交系在中國玉米育種種質基礎與骨干親本的形成上發揮了重要的作用［16］，同時這些工作也是成千上萬玉米育種工作者成功的典范。隨著生物技術的發展，借助分子標記輔助選擇策略從一個親本信息未知的雜交種中快速選出相對適合作父本和母本的材料在理論上成為可能，由于玉米種皮組織與母本在遺傳信息上是一致的，胚具有雙親的遺傳信息［17］，通過玉米雜交種F1可成功推斷獲得相應父母本基因型［18-19］。而育種實踐也同樣證明這是可行的，GUAN等［20］利用SNP標記開展了基于雜交種的反向分子育種研究，并取得了成功。【本研究切入點】利用雜交種這類種質資源有多種策略，其中，最普遍的是創制二環系。但應用常規方法或加倍單倍體技術選育出的二環系往往利用方向欠明確，育成的自交系需要進行大量的測配和田間鑒定判定所屬的雜種優勢群，耗時費力，選育效率較低，難以符合現代玉米育種的需求。利用分子標記技術摸索高效發掘雜交種后代中分別適合作母本和父本材料的方法對有效利用雜交種資源、提高玉米育種效率是十分有必要的。【擬解決的關鍵問題】本研究以爆裂玉米雜交種JB1構建的各世代群體為試驗材料，通過經濟適用、可靈活組合的全基因組SSR分子標記進行輔助選擇，篩選類父、類母本材料，進一步摸索建立基于分子標記輔助選擇和雜交種資源開展種質資源創新的實用方法，旨在通過SSR分子標記輔助選擇的方法提高開發利用雜交種類資源創新種質的效率，為快速發掘優異種質資源、推動遺傳改良進程提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以爆裂玉米雜交種JB1為試驗材料，與其他普通玉米雜交種相比，爆裂玉米品種通常雙親植株性狀及籽粒性狀差異不大，僅從表型選擇雜交種后代優良個體比較困難。2013年先后于北京順義和海南三亞試驗基地種植雜種F1和F2分離群體。2014年夏于北京順義試驗基地種植380個F2:3家系，進行分子標記輔助選擇。2014年冬于海南三亞試驗基地種植通過分子標記輔助選擇獲得的類父本、類母本材料及通過育種經驗選取的優異代表性材料，同時種植庫存資源爆裂玉米自交系5007、5027和5087，用于組配測交組合，為評估基于分子標記輔助選擇創新種質的配合力及育種應用價值做準備。

1.2 雙親指紋圖譜的構建

取5粒JB1的F1代種子，利用堿泡法［21］分解種皮與胚乳間的外胚乳層，手工剝離獲得無胚乳污染的籽粒種皮，然后利用植物基因組DNA提取試劑盒PlantZol（北京全式金生物技術有限公司）提取種皮DNA樣品（玉米種皮實際是果皮和種皮的復合物，果皮和種皮分別由子房壁和胚珠的珠被發育而來，與母本具有相同的基因組組成）。同時，切取雜交種的胚組織，通過堿煮法［22］快速提取DNA樣品（由于胚由受精卵發育而來，因此具有雙親的遺傳信息）。利用玉米基因組數據庫（http://www.maizegdb.org/data_ center/map）公布的標記序列信息合成SSR引物，經PCR擴增，8.0%非變性聚丙烯酰胺凝膠電泳，0.1% AgNO3染色，甲醛和NaOH顯色，在全基因組范圍內進行多態性SSR分子標記篩選。鑒于SSR分子標記為共顯性標記，親本一般出現一條擴增帶，雜交種一般出現雙親互補型兩條擴增帶［23］，通過比對可推測出另一親本擴增帶型。本研究中根據種皮和胚的擴增帶型差異，推測出父本擴增帶型，建立雙親分子指紋圖譜。

1.3 分離后代基因型鑒定及材料選擇

當玉米幼苗生長至5片葉時，取幼嫩葉片，采用CTAB法［24］提取DNA并純化。根據構建的指紋圖譜信息及IBM2 2008 Neighbors圖譜公布的標記遺傳位置，從中選取均勻分布的多態性標記對各世代群體進行基因型鑒定。對于F2:3家系及F3單株，利用基于全基因組篩選獲得的多態性SSR分子標記進行基因型鑒定，對于F4單株，在排除純合位點的基礎上，對材料雜合位點進行進一步基因型鑒定。利用Microsoft Excel 2010對各世代基因型數據進行整理，分別計算所選材料與父本或母本的相似度和純合程度。計算公式如下：

其中，PS（%）為親本相似度，X為與父本或母本相同的基因型數，Hy為雜合基因型數，N為有效基因型數；Ho（%）為純合程度，M和F分別對應父本類型基因型數和母本類型基因型數，N為有效基因型數。

以PS（%）作為分子標記輔助選擇依據，選取類父本、母本材料。同時，依據育種經驗，對相應世代單株進行綜合評價，從中篩選優異材料，并同分子標記輔助選擇獲得的類父、母本材料一同種植，用于后續研究工作。

1.4 田間試驗及產量測定

經過分子標記輔助選擇，2014年冬，將入選的F2:3家系相應F3單株全部種植于海南三亞試驗基地，在此期間，繼續對F3單株及進一步入選F3單株相應后代進行分子標記輔助選擇。對基于F3單株基因型數據入選的F3:4家系，采用不完全雙列雜交方法，構建雜交組合（類母本×類父本，類父本×類母本）。同時，將入選以外的家系與入選家系材料隨機組配（類母本×類父本，類父本×類母本，類父本×類父本，類母本×類母本），獲得不同遺傳距離組合，用于探討通過分子標記輔助選擇獲得不同類型材料在分離后代之間的雜種優勢程度。此外，種植優良測驗種5007、5027和5087為父本，與所有材料構建測交組合（類父本×測驗種，類母本×測驗種，育種經驗選取材料×測驗種），以評估經分子標記輔助選擇創新種質資源的育種應用價值。2015年夏，于北京順義（40.2° N，116.6° E）及河北蔚縣（39.8° N，114.6° E）2個環境下種植雜交組合，田間試驗采用間比法設計，2行小區，行長3 m，行距0.6 m，株距0.3 m，每30小區種植對照品種JB1。全部田間試驗中的施肥、灌溉、防蟲和除草同當地大田管理一致。成熟后，按組合收獲，果穗風干至恒重，小區果穗混合脫粒，稱量小區產量。

1.5 數據分析

利用GGT軟件［25］，采用Allele sharing/SM相似系數算法，依據輔助選擇材料基因型數據，計算兩兩間遺傳距離。在此基礎上，利用MEGA 6軟件［26］，采用UPGMA法（unweighted pair group method using arithmetic average）進行聚類分析。利用Microsoft Excel 2010進行數據整理，利用SAS 9.2軟件對不同類型遺傳距離組合產量數據進行多重比較分析。

2 結果

2.1 指紋圖譜構建及輔助選擇標記的確定

利用玉米全基因組范圍內的1 515對SSR引物對試驗材料種皮及胚的DNA進行PCR擴增、電泳，篩選獲得167對擴增清晰的多態性SSR分子標記，用于推測雙親指紋圖譜（圖1）。最終，根據玉米基因組數據庫（http://www.maizegdb.org/data_center/map）公布的遺傳位置，從中選取均勻分布于10條染色體的多態性標記97對，用于各世代分離群體的分子標記輔助選擇（圖2）。

圖1 基于第1染色體入選SSR分子標記擴增JB1種皮及胚圖譜Fig. 1 DNA footprints of JB1’s pericarp and embryo using SSR markers on Chromosome 1

2.2 分子標記輔助選擇材料基因型變化情況

利用93對多態性引物對380個F2:3家系進行基因型鑒定，從中篩選出了最具典型性的類父、母本家系各10個。其中，篩選的類父本家系中，父本相似度介于64.8%—68.8%，平均為66.5%，純合程度介于45.1%—63.0%，平均為54.7%；篩選的類母本家系中，母本相似度介于58.2%—63.6%，平均為60.0%，純合程度介于43.5%—58.2%，平均為51.4%。利用97對（新增4對，分別為umc2363、umc1117、umc2041和umc1101）多態性引物對來源于上述20個家系的285個F3單株進行基因型鑒定，篩選獲得了類父、母本F3單株各12個。入選的類父本F3單株中，父本相似度介于70.3%—79.6%，平均為73.3%，純合程度介于69.8%—87.1%，平均為79.0%；入選的類母本F3單株中，母本相似度介于63.7%—70.2%，平均為66.9%，純合程度為73.7%—81.0%，平均為76.4%。在排除純合位點的基礎上，對不同類群內的總計384個F4單株的雜合位點進行進一步基因型鑒定，從中分別篩選出10個極端類父本單株和10個極端類母本單株。其類父本F4單株與父本相似度介于78.4%—79.5%，平均為78.8%，純合程度介于87.2%—96.8%，平均為92.0%；類母本F4單株與母本相似度介于71.6%— 73.7%，平均為72.7%，純合程度介于85.3%—95.8%，平均為88.9%（表1）。

圖2 用于各世代群體輔助選擇的多態性SSR分子標記在10條染色體上的遺傳位置分布圖Fig. 2 Chromosomal distribution of the polymorphic SSR markers used in progeny selection

對各世代類父、母本材料基因型數據匯總分析可以看出（表1，圖3），通過3次分子標記輔助選擇，所選材料與親本相似度整體上不斷提高，但隨著世代的推進，提高幅度逐漸減小。通過F2代挑選偏雙親基因型的材料，經過進一步的選擇，在F4世代，類父本材料與父本的相似度最高可達79.5%，類母本材料與母本的相似度最高可達73.7%。若對試驗材料不加以分子標記輔助選擇，各世代分離群體親本相似度均值應圍繞50%上下波動，純合程度從F2代至F4代分別應為50%、75%和87.5%。通過分子標記輔助選擇后，從F2代開始親本相似度顯著高于50%，純合程度均高于其理論均值（圖4）。

圖3 各世代材料分子標記輔助選擇進度Fig. 3 Progess of marker-assisted selection of materials from F2to F4

2.3 遺傳距離及聚類分析

對收獲的雜交種，根據雙親基因型數據進行遺傳距離分析，統計結果表明，F4代類父本材料與類母本材料間平均遺傳距離為0.68，最大值為0.86。經過3次輔助選擇，類父、母本材料間保持了較大的遺傳距離。根據試驗材料基因型數據進行聚類分析（圖5），結果顯示，24個F3輔助選擇材料后代（384個F4單株）被劃分為兩大類群，親緣關系較近材料均被劃為同一類群。

2.4 產量數據分析

2.4.1 類父、母本材料組間及組內測交組合產量結果總體看來，在2個試驗點中，類父、母本材料間組配組合（類母本×類父本或類父本×類母本）小區產量均高于同類材料組配的組合（類父本×類父本，類母本×類母本）（α=0.05），但未發現高于原始雜交種最大值的組合（表2）。

圖4 通過輔助選擇獲得的不同類型材料在各世代中親本相似度及純合度分析Fig. 4 Parental similarity and homozygosity of different groups of materials by assisted selection in F2and two subsequent generations

表2 不同地點的各類型組合及對照的小區產量Table2 Plot yields of all hybrid combinations and the control at differernt locations

圖5 F3代輔助選擇材料后代的UPGMA聚類分析Fig. 5 Cluster analysis of the progenies of selected plants in F3generation via UPGMA method

以雜交組合雙親間遺傳距離作為分類依據，可將組配的雜交種劃分為三大類，即遺傳距離＜60%，遺傳距離介于60%—70%，遺傳距離＞70%。總體而言，隨著遺傳距離的增加，相應的小區產量呈現出增加趨勢，但增加幅度較緩，結果表明，通過分子標記輔助選擇獲取的類父、母本材料間可在一定程度上恢復原有雜種優勢（圖6）。

2.4.2 測驗種組配的組合產量結果及育種價值分析對2個環境下共同種植的測交組合產量數據進行統計分析表明，分子標記輔助選擇材料與3個測驗種5007、527和5087測交表現出較高的一般配合力（表3），其平均產量明顯高于分子標記輔助選擇獲得材料之間組配的組合。盡管與3個測驗種組配組合的產量平均水平低于原始對照雜交種，但在北京順義和河北蔚縣2個環境均存在優于對照的組合（表3）。此外，本研究中通過育種經驗選取的756個優異材料與3個測驗種測交獲得了1 344個組合，其一般配合力平均水平低于分子標記輔助選擇獲得的材料（圖7）。

表3 2個環境下不同測驗種組配測交組合及對照小區的產量Table3 Plot yields of the testcrosses by three testers and the control in two locations

圖6 不同遺傳距離親本配制的組合小區產量分析Fig. 6 Plots yield of combinations with parents which had different genetic distance

圖7 不同類型輔助選擇材料與3種測驗種組配的測交組合小區產量Fig. 7 Plot yield performance of testcrosses between the three groups of materials obtained by assisted selection and three testers

3 討論

3.1 利用分子標記技術可以提高基于雜交種資源種質創新的選育效率

目前，中國對雜交種類資源的利用大部分采取常規的育種方法，直接進行二環系選育或是通過與其他材料構建三交后進行自交系的選育。在進行常規選系的過程中，育種家除了選擇具有優良農藝性狀、抗性好個體或群體的同時，還需要進行大量的測交試驗，以便選育特定雜種優勢群內的材料，尤其是對于一些遺傳信息未知的雜交種，不但耗時費力，而且測配結果受到環境因素影響很不穩定。而分子標記可較好地反映材料間遺傳關系，以分子標記輔助選擇手段進行基于雜交種資源的種質創新工作，以基因型作為重要的選擇標準，具有較強的預見性，受外界因素影響較小，并且輔助選擇后代表型加以基因型判斷容易進行雜種優勢類群歸類。GUAN等［20］利用SNP芯片開展玉米反向育種，以覆蓋全基因組的192個SNP位點作為選擇依據，對雜交種后代進行逐代輔助選擇，F4代當選材料中，父本基因型最高可恢復76%，母本基因型最高可恢復73%，F4代自交兩代純合后，重新組配雜交種，表現出雜種優勢。本研究中，利用97對廣泛分布的SSR分子標記開展雜交種類資源種質創新研究，F4代輔助選擇材料父本相似度最高可達79.5%，母本相似度最高可達73.7%，F4代相互組配，不同類型輔助選擇材料組配的雜交種小區產量顯著高于同類型輔助選擇材料組配的雜交種。雖然與GUAN等［20］研究所采用的分子標記類型不同，數量有異，但輔助選擇結果相似，通過分子標記輔助選擇均大大提高了雜交種后代的選育效率。同時，由于SSR分子標記應用簡單，不需要過多投入，可在實驗室獨立完成，并且對于不同基礎材料可重復篩選利用，因此，節約了試驗成本，并且提高了試驗靈活性。如果在選擇過程中結合南繁或溫室加代，一年推進3—4個世代，可大大縮短選育時間。

3.2 結合常規測交試驗進一步快速明確選擇材料的育種應用價值

育種材料的配合力是玉米育種家選擇后代的重要指標，也是育種材料應用價值的體現［27］。在種質創新與育種方面，科研人員一直在摸索不同的途徑實現創新工作效益的最大化，有人提出反向育種思路，比如通過轉基因沉默技術，干擾控制減數分裂重組過程中的部分基因，得到未發生過重組的純合單倍體植物，再通過多倍化技術形成雙單倍體（double haploid，DH）植株，進而獲得原雜交組合［28-30］，目前該方法仍處于研究階段，還未應用于實際育種當中［31-32］。本研究有別于上述情況，通過連續地分子標記輔助選擇，獲得與原雙親基因型相近的材料，并對分子標記輔助選擇材料進行遺傳關系及配合力分析，研究如何更快、更好地從雜交種類基礎種質資源中分離出分別適合作父本、作母本的優良新材料，提高選擇與利用效率。為了驗證選擇效果，本研究中選取了3個爆裂玉米自交系作為測驗種進行早代測配，評估輔助選擇材料的育種應用價值。對這3個測驗種分子檢測結果顯示，測驗種5007與5027基因型相對接近母本，而測驗種5087基因型與供試品種雙親比較均有較大差異。測交驗證試驗結果表明，整體上通過分子標記輔助選擇獲得的材料表現出較高的一般配合力，其中測驗種5007與5027與類父本材料之間測配組合的產量在北京順義和河北蔚縣2個環境條件下均較高；而測驗種5087在2個環境條件下均出現較多的優異組合。此外，對于本研究所獲得的優異組合，正在進行進一步的培育，有望育成有實用價值的新品種。

3.3 分子標記輔助選擇雜交種后代創新種質資源的一些建議

利用分子標記作為輔助選擇手段通過優異雜交種后代發掘分別適合作父本和母本的種質資源，在不久的將來很有可能對推動中國玉米育種工作發揮越來越重要的作用。根據本試驗的研究結果及試驗過程中存在的問題，提出的建議有：一是從經濟與效率方面考慮，使用分子標記數量不需過多，可選擇一些功能標記作為輔助選擇依據。GUAN等［20］利用50K高密度芯片選取的192個SNP位點進行分子標記輔助選擇與本研究中以均勻分布的97對SSR分子標記進行輔助選擇獲得了相近似的結果。當然，在標記的選擇過程中，選擇一些重要育種性狀相關標記，對于發掘攜帶目標性狀的種質資源具有重要的意義；二是應注意擴大早代分離群體，提高早代輔助選擇材料基數。大群體有利于增加在早期挖掘偏向于母本或父本的極端材料的可能性，同時也有利于選出打破不利基因連鎖的個體，獲得更好的材料。隨著世代增加，變異趨于穩定，可結合表型減少選擇材料所占比例；三是應注意分子標記輔助選擇與常規育種相結合，從親緣關系未知玉米雜交種后代中創新優異種質資源，要在早代對選擇材料進行常規測交試驗，建議在F4代或更早世代，有的放矢地與其他來源和方法獲得的創新種質組配測交組合，盡早檢測輔助選擇材料配合力情況，可以極大地提高育種效率。同時需要指出的是，除了特殊的需要，開展種質資源創新不提倡對某一品種親本自交系進行“還原”，而是獲得屬于母本或父本群的新型“二環系”或通過進一步復交、綜合應用不同手段獲得新型改良系。在選擇過程中，多種策略相結合，使得基于雜交種為基礎材料進行種質創新所獲得選系的配合力特性得以保持，提高種質資源創新效果與利用效率。

4 結論

利用分子標記輔助選擇策略，建立基于雜交種資源的玉米種質創新方法，可提高雜交種后代選擇效率，并且所選材料可保持原有雜種優勢屬性。利用不同來源的測驗種進行早代測交，可快速評估輔助選擇材料的育種應用價值，提高基于雜交種資源創新種質的效率。

致謝：李平教授在研究過程中給予的指導與幫助，王巖文、付發林、靳長再等負責試驗的同志，在材料種植、田間記載、收獲后考種給予的有力支持，在此表示感謝。

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隨著通州新城的建設，城內交通流會急劇增加. 截止2015年末，全區常住人口約133.5萬人，區內工作人口約37.5萬人. 據統計燕郊地區日跨區出行約25萬人次，日均進京車輛約2.4萬輛. 通州區與燕郊地區間的出行以過境交通為主，其中15.7%為燕郊進入通州內出行，84.3%為通過通州區進入中心城區的過境出行，且通勤交通潮汐性明顯如圖2所示.

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（責任編輯 李莉）

Research on Methodology of Maize Germplasm Development with Source of Hybrids by Using Marker-Assisted Selection

CONG Chun-sheng， LI Yong-xiang， LI Chun-hui， SHI Yun-su， SONG Yan-chun， ZHANG Deng-feng，LI Yu， WANG Tian-yu
（Institute of Crop Sciences， Chinese Academy of Agricultural Sciences， Beijing 100081）

【Objective】 Research on marker-assisted methodology of developing germplasm suited as female and male parents was of practical importance in improving utilization efficiency of this source and promoting the development of maize breeding，since single-cross hybrids are over 95% in maize production.【Method】 A popcorn hybrid， "JB1"， was used as the initial entry in the present study to obtain polymorphic simple sequence repeat （SSR） markers and determine the parents’ genotype by performing polymerase chain reaction （PCR） amplification with genome-wide SSR markers and native polyacrylamide gel electrophoresis（PAGE）. Subsequently， marker-assisted selection was performed in progenies of F2and two later subsequent generations using the polymorphic markers distributed evenly on the ten chromosomes of maize. As a result， three groups of progenies were obtained， i.e. male parent-like， female parent-like and middle type. To evaluate the heterosis and the breeding value of these selected progenies，hybrid combinations were made in F4among the progenies from the male-like and female-like group which selected by marker-assisted selection. Testcrosses were also made between three testers and the materials selected by marker-assisted selection and breeding experience in early generation， respectively. Yield experiments and comprehensive evaluation of 2 780 hybrids were then conducted in Shunyi of Beijing and Yuxian of Hebei. 【Result】 Marker-assisted selection significantly improved the selection efficiency in the separate communities. In the F4generation， the similarity to the male parent and the female parent of selected materials could be as high as 79.5% and 73.7%， respectively. The similarity to the parents was much higher than that under the condition of random selection. Genetic distance between the materials from the male-like group and the female-like group was large and the maximum was 86%. Phenotypic analysis showed that the average plot yield of hybrid combinations between the male-like group and the female-like group was higher than that of hybrid combinations within each of the two groups， and there were no combinations whose yield exceeded the control （the original hybrid， JB1）. Meanwhile， in this study， the testcrosses generated from the male-like materials displayed stronger heterosis and had higher plot yields than those generated from the female-like materials and the materials selected by breeding experience. There also existed some hybrid combinations whose yields exceeded the control.【Conclusion】The study proposed a technical route of SSR marker-assisted germplasm development based on maize hybrids which could be useful in promoting use efficiency of maize hybrids.

maize； hybrids； germplasm resources； marker-assisted selection； germplasm development

2016-04-26；接受日期：2016-07-21

國家“十二五”科技支撐計劃（2013BAD01B02-3）、農業部公益性行業（農業）科研專項、作物種質資源保護與利用專項（201303007；2015NWB030-04）、中國農業科學院創新工程

聯系方式：從春生，E-mail：congchunsheng@126.com。通信作者黎裕，E-mail：liyu03@caas.cn。通信作者王天宇，E-mail：wangtianyu@263.net