基于SSR標記的29份玉米自交系遺傳多樣性分析

摘要：為了挖掘西南地區優良玉米種質資源創制玉米新品種，對該地區29份玉米自交系進行遺傳多樣性分析。利用40對SSR標記引物對西南地區29份玉米自交系進行6%變性聚丙烯酰胺凝膠電泳，并且利用UPGMA法和PCoA分析對SSR標記結果進行聚類，探究種質的遺傳多樣性。結果表明：40對SSR標記在29份玉米種質中共檢測到234個等位基因變異，每對SSR標記鑒定3～9個等位基因變異，平均為5.85個，不同SSR標記引物位點的PIC值變化范圍為0.23～0.96，平均值為0.61，并且不同自交系間遺傳相似系數變化范圍為0.04～0.85，平均值為0.17；利用UPGMA分析，以遺傳相似系數0.18為界，29份玉米自交系聚為6類，并且進一步利用PCoA分析將29份自交系細分為9類。本研究綜合2種聚類方法較精確地劃分29份玉米自交系類群，為西南地區玉米育種提供種質資源和挖掘新雜優模式。

關鍵詞：玉米；SSR標記；聚類分析；遺傳多樣性

中圖分類號：S513.032" 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2025）03-0044-05

徐立明，吳鋒鍇，冷益豐. 基于SSR標記的29份玉米自交系遺傳多樣性分析［J］. 江蘇農業科學，2025，53（3）：44-48.

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2025.03.006

收稿日期：2024-01-31

基金項目：西昌學院博士科研啟動基金（編號：117281679）；國家自然科學基金（編號：32060485）。

作者簡介：徐立明（1987—），男，湖北咸寧人，博士，講師，主要從事玉米遺傳育種研究。E-mail：limingxuscau@yeah.net。

通信作者：冷益豐，博士，副教授，主要從事玉米遺傳育種研究。E-mail：yifeng_71@163.com。

玉米（Zea mays L.）是全球主要的糧飼作物之一，在我國工業加工和農業生產方面起到重要作用［1］。種質脆弱和遺傳基礎狹窄，嚴重限制我國玉米育種，阻礙玉米產量的提高和生產的可持續發展［2-3］。研究種質遺傳多樣性可以充分利用玉米種質資源、提高玉米育種水平和效率。西南地區是我國三大玉米主產區之一，長時期外來玉米種質的引進與滲入，玉米原始材料的地理來源不明，導致該地區種質的血緣關系混雜［4］。由于部分玉米材料系譜來源不清晰，根據田間表型性狀很難準確地劃分類群，同時，利用田間性狀的雜種優勢表現劃分雜優類群耗時、費工、效率低。

分子標記技術為玉米種質遺傳關系研究提供了新的技術和方法。利用該技術能有效地劃分不同玉米種質雜優類群和分析種質遺傳變異［5］。限制性片段長度多態性（RFLP）、隨機擴增多態性DNA（RAPD）、擴增片段長度多態性（AFLP）和簡單重復序列（SSR）分子標記已被用于分析玉米種質遺傳多樣性，其中SSR是一種共顯性標記，呈現出多態性好、重復性高、可靠性高及覆蓋整個基因組等特點，更適合用于玉米種質遺傳多樣性的鑒定［6-7］。李偉忠等采用64對SSR核心標記對257份玉米自交系進行遺傳多樣性分析，發現供試自交系可劃分為4大類群，6個亞群［8］。陳艷等利用40對核心SSR標記對31份玉米自交系進行聚類分析，將玉米材料分為4大類群［9］。戰超等利用30對多態性好且穩定的SSR標記對259份玉米自交系進行聚類及同源性分析，將種質資源劃分為5個類群［10］。以往研究對不同玉米自交系進行遺傳多樣性分析，鑒定這些種質間遺傳差異、親緣關系，為自交系親本間雜交組配提供了參考，提高了育種效率。

本研究利用40對核心SSR標記探究西南地區29份不同血緣玉米自交系遺傳多樣性，深度剖析供試玉米種質間的親緣關系，并進行雜優類群分析，以期為這些種質的遺傳改良和育種應用提供依據。

1" 材料與方法

1.1" 試驗材料

玉米自交系材料見表1，收集于西昌學院和四川省涼山彝族自治州西昌市墾豐農業科技有限公司。

1.2" SSR引物

SSR擴增依據李偉忠等的研究結果［8］，挑選多態性好且穩定的40對SSR核心引物，序列源自玉米數據庫（http：//www.maizesequence.org），且均勻覆蓋玉米全基因組。SSR標記引物由武漢愛基百客生物科技有限公司合成。

1.3" DNA提取與PCR擴增

采收2022年5月20日在四川省西昌市五堡村種植玉米3～5葉期的幼嫩葉片，應用武漢愛基百客生物科技有限公司植物基因組DNA kit提取試劑盒提取DNA。利用紫外分光光度儀測定DNA質量和濃度，進行PCR試驗。PCR反應體系為Premix溶液10 μL、10 μmol/L上下游引物各0.5 μL、模板 60 ng/μL 的DNA各1 μL，并添加重蒸H2O補至體積為20 μL。PCR反應程序為：94 ℃預變性5 min；94 ℃變性40 s，55 ℃退火30 s，72 ℃延伸40 s，共運行35個循環；72 ℃后延伸5 min。PCR擴增產物采用6%變性聚丙烯酰胺凝膠電泳檢測，凝膠通過核酸染料染色，統計數據并掃描照片。

1.4" 數據分析

分析SSR擴增產物，有帶記為“1”，無帶記為“0”，統計數據構建0-1矩陣。利用NTSYS 2.1軟件進行非加權組平均法（UPGMA）估算29份玉米自交系間遺傳相似系數，并進行聚類分析。參照陳婧等的方法［11］用Eigen模塊進行主坐標分析（PCoA），生成三維圖。每個SSR位點的多態性信息量（PIC）用公式PIC＝1-∑f2i計算，式中：fi表示i位點的基因頻率。

2" 結果與分析

2.1" SSR標記分析結果

本研究利用多態性良好、均勻散布在玉米10條染色體上的40對SSR標記，鑒定29份玉米自交系間的遺傳差異。由表2可知，在玉米材料中共鑒定234個等位基因變異，每對SSR標記擁有3～9個等位基因，平均每對標記擁有5.85個。SSR標記umc1065、umc1225和bnlg161檢測出最多的9個等位基因，但bnlg125、umc1185、umc1496和bnlg1451檢測出最少的3個等位基因。PIC值是描述引物多態性程度的重要指標，本研究PIC值變化范圍在0.23～0.96，平均PIC值0.61，其中PIC值最大的引物bnlg1712為0.96，PIC值最小的引物bnlg439為0.23。在40對SSR標記引物中，有31對引物的PICgt;0.5，僅有9對引物PIClt;0.5，分別是引物bnlg439、bnlg162、bnlg125、bnlg1154、bnlg1805、umc1524、umc1185、bnlg1451和umc2122。以上結果表明40對SSR標記多態性較高，并且29份玉米自交系具有豐富的遺傳變異。

2.2" 玉米自交系間遺傳相似系數分析結果

根據SSR標記統計數據計算玉米自交系SSR遺傳相似系數，其變化范圍為0.04～0.85，平均遺傳相似系數值為0.17。遺傳相似系數主要分布在0.10～0.20之間，占全部的69.70%，在0.4以上的占2.22%，而在0.1以下的占8.37%（圖1）。玉米自交系CY109M8與CY518F7的遺傳相似系數最高，為0.85，表明這2個自交系間的遺傳差異最小；CY119F4與JY669M的遺傳相似系數最低為0.04，表明2個自交系間的遺傳差異最大。

2.3" 29份玉米自交系的聚類分析結果

根據SSR標記的遺傳相似系數矩陣進行UPGMA聚類分析，29份玉米自交系以遺傳相似系數0.18為標準，可聚成6類（圖2）。第Ⅰ類包含12份玉米自交系，在遺傳相似系數為0.4以上時，自交系014-KF169M與KF169-2KF02，410F與KF169M9間的親緣關系近；第Ⅱ類包含3份玉米自交系，在遺傳相似系數為0.6以上時自交系CY119F4與KF821M5間的親緣關系近；第Ⅲ類包含4份玉米自交系；第Ⅳ類只包含2份玉米自交系KF520M6和LS3F；第Ⅴ類包含4份玉米自交系；第Ⅵ類包含4份玉米自交系，在遺傳相似系數為0.4以上時自交系KF169F9與KF606M9間的親緣關系近。

2.4" PCoA結果

基于SSR標記的遺傳相似系數進行PCoA，對29份玉米自交系作前3個主坐標軸三維排序，各維度的方差貢獻率分別為8.84%、6.70%和6.12%（圖3）。在PCoA三維圖中29份玉米自交系共分為9類，其中將UPGMA聚類圖中第Ⅰ類分成第Ⅰ類、第Ⅳ類、第Ⅴ類、第Ⅷ類和第Ⅸ類5個亞類，并將YY988F2和GCDYU001F自交系劃分到三維圖中第Ⅶ類（表3）。PCoA圖坐標指示各維度解釋結果的百分比，在圖中空間距離較近的樣本相似，而空間距離較遠的樣本差異較大。在三維圖中，第Ⅵ類和第Ⅶ類玉米自交系間空間距離近、親緣關系近，但第Ⅵ類和第Ⅰ類、第Ⅳ類和第Ⅸ類自交系間空間距離遠、親緣關系較遠。

3" 討論與結論

鑒定種質資源的遺傳多樣性，有利于挖掘玉米新種質，拓寬種質遺傳基礎，創新雜優模式，為育種制定更加合理的策略。本研究40對SSR標記擴增效果穩定，較好地反映29份玉米自交系間親緣關系。應用SSR標記共獲得234個等位基因變異，平均每對標記擁有5.85個等位基因，平均PIC為0.61，表明SSR標記多態性好。李麗華等利用62對SSR標記檢測135份玉米自交系，共發掘429個等位基因變異，平均每對標記鑒定7個等位基因，平均PIC為0.71，展現高多態性［12］。趙永鋒等利用12對SSR標記在46份玉米自交系中共鑒定出45個等位基因變異，平均每對標記擁有3.75個等位基因，平均PIC為0.57，顯示較高的多態性［13］。以上研究結果表明，SSR標記技術穩定，能較好地展現玉米自交系豐富的遺傳變異。

將玉米自交系間遺傳相似系數聚類，較有效地展現自交系間血緣關系。李偉忠等利用SSR標記分析257份玉米自交系，發現種質間遺傳相似系數在0.04～0.94，平均值為0.37［8］。林峰等利用135個InDel標記計算491份玉米自交系間的遺傳相似系數，其范圍在0.004～0.967之間，平均值為0.469［14］。本研究29份玉米自交系間遺傳相似系數變化范圍為0.04～0.85，平均值為0.17。以上研究結果表明，玉米自交系間遺傳差異較大，親緣關系較遠。高山等指出UPGMA法聚類適用于描述親緣關系很近的種質間關系，但親緣關系較遠的種質間聚類效果較差［15］。PCoA圖中各類群及個體間的空間位置關系反映他們在遺傳上的差異［15-16］。本研究計算出29份玉米自交系間遺傳相似系數，利用UPGMA法將玉米材料分為6個類群，并PCoA將這些材料細分為9個類群。陳婧等分析出40份糯玉米自交系間遺傳相似系數，利用UPGMA分析將種質聚為5個類群，并且PCoA將糯玉米材料細分為9個群組［11］。兩者結果表明，UPGMA法和PCoA聚類結果相似，綜合2種聚類分析將更為全面和準確地揭示自交系間遺傳多樣性。

四川省涼山州是典型西南玉米種植區，以溫帶群和熱帶群為主要雜優類群互相雜交選育玉米品種［17］。本研究對涼山州29份玉米自交系進行SSR標記分析，結果發現在UPGMA法分析中熱帶群自交系YY988F2、GCDYU001F和KF909M1均聚在第Ⅰ類，并且溫帶群自交系GXDYU001M、409-HONGJUNM6和YY988M2分別聚在第Ⅱ類、第Ⅴ類和第Ⅵ類。同時，在PCoA中熱帶群玉米自交系YY988F2、GCDYU001F和KF909M1分布在第Ⅶ類和第Ⅷ類，并且溫帶群自交系GXDYU001M、409-HONGJUNM6 和YY988M2均聚在第Ⅵ類。然而，在PCoA中第Ⅵ類溫帶群玉米自交系和第Ⅶ類熱帶群自交系親緣關系較近，進一步表明綜合2種聚類方法分析自交系遺傳多樣性的必要性。涼山州地形地貌復雜，氣候類型多樣，境內90%左右耕地分布在海拔1 500 m以上山地區域，導致該地區病蟲害頻發，土壤瘠薄和冷熱不均，嚴重限制該地區玉米生產［18］。熱帶群玉米自交系具有持綠期較長、對病蟲害有較強的抗性、根系發達、莖稈堅韌、抗倒性及耐早、耐貧瘠性強的優良性狀［19］。本研究在PCoA中發現分布熱帶群玉米自交系的第Ⅶ類和第Ⅷ類共8個自交系可能為涼山州選育優良抗性新品種提供重要育種材料。

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