野生大豆育成品种与其亲本间的遗传多样性比较

吕祝章，王文哲，梁 青，邱丽娟

1.日照职业技术学院，山东日照 276826；2.中国农业科学院作物研究所，国家农作物基因资源与遗传改良重大科学工程实验室，农业部作物种质资源与生物技术重点开放实验室，北京 100081)



野生大豆育成品种与其亲本间的遗传多样性比较

吕祝章1，王文哲1，梁 青1，邱丽娟2

1.日照职业技术学院，山东日照 276826；2.中国农业科学院作物研究所，国家农作物基因资源与遗传改良重大科学工程实验室，农业部作物种质资源与生物技术重点开放实验室，北京 100081)

[目的]鉴定大豆育成品种与其亲本间的遗传多样性差异和遗传多态性信息含量，为大豆育种提供参考。[方法]采用SSR标记技术对大豆育成品种与其亲本间的遗传多样性进行分析。[结果]野生大豆亲本总等位变异数和特有等位变异数分别是栽培大豆亲本的1.31倍和3.63倍；平均多态性信息含量由大到小依次为野生大豆亲本(0.545 0)、育成大豆品种(0.478 7)、栽培大豆亲本(0.415 6)。[结论]野生大豆的遗传背景复杂，遗传多样性丰富，其外部形态和内在遗传基础都与栽培大豆有明显差异。

野生大豆；育成品种；遗传多样性；等位变异；SSR

我国大豆生产已实现了品种的良种化，追溯育成品种的系谱关系发现，其遗传基础仅来源于少数几个骨干亲本，亲缘关系相近，遗传基础狭窄[1-5]。近30年，我国大豆育种工作者为了拓宽大豆育种的遗传基础，相继开展了野生大豆资源的利用研究，创新培育出十多个含有野生大豆血缘的大豆育成品种。SSR标记是目前研究群体遗传变异和遗传多样性最常用的标记方法之一[6-15]。笔者从全国各地搜集到利用野生大豆资源育成的10个大豆育成品种及其17个亲本

资源，对分布于大豆全基因组的90个SSR座位进行分析，旨在从分子水平上明确大豆育成品种与其野生大豆亲本、栽培大豆亲本间的遗传多样性差异，为进一步有效地利用野生大豆资源开展大豆育种工作提供参考。

1　材料与方法

1.1试验材料选用10个用野生大豆为亲本育成的大豆品种及其9个野生大豆亲本和8个栽培大豆亲本，亲本材料中察隅1号未搜集到。各材料来源及其杂交组合方式见表1。

表1　利用野生大豆资源育成的大豆推广品种系谱

注：*和**分别代表半野生和野生大豆。

Note： * and ** represented semi-wild and wild soybeans respectively.

1.2SSR分析每份材料用种子磨成豆粉，采用SDS法提取DNA[16]。PCR反应体系为20 μL，其中含有40 ng 基因组DNA模板、1×PCR 缓冲液、1.25 mmol/L MgCl2、0.2 mmol/L dNTP、0.2 μmol/L SSR引物和1 UTagDNA 聚合酶。选用90对SSR引物。反应在PE-9600型号的PCR扩增仪上进行。反应程序：95 ℃预变性4 min；95 ℃变性30 s，47 ℃退火30 s，72 ℃延伸30 s，35个循环；72 ℃延伸10 min后置于4 ℃保存。扩增产物用6%聚丙烯酰胺、8 mol/L脲素制成的测序胶分离，银染技术检测。

1.3数据分析多态性信息含量(PIC)，其计算公式：PIC=1-∑Pi2。式中,PIC表示某一位点的预期异质结合度，指从群体中随机选取的2个个体在某一位点具有不同等位变异的可能性，用来表示标记检测遗传多样性；Pi表示某一位点的第i个等位变异在群体中出现的频率。

2　结果与分析

2.1等位变异数比较在大豆的20个连锁群上共选择90个SSR位点对27份试验材料进行分析(表2)，其中有88个SSR位点具有多态性。27份材料在88个位点上共检测到385个等位变异数，每个位点上的等位变异数为2～11个，平均4.38个。其中，9份野生大豆亲本共检测到339个等位变异数，占等位变异总数的88.05%，每个位点上的等位变异数1～11个，平均3.85个，其中含有5个及其以上等位变异数的位点有26个，占总位点数的20.55%，野生大豆亲本与栽培大豆亲本相比其特有的等位变异数为110个，占等位变异总数的28.57%，其中在16个位点上的19个特有等位变异被其育成的大豆品种所利用，特有等位变异利用率达17.27%；8份栽培大豆亲本共检测到259个等位变异数，占等位变异总数的67.27%，每个位点上的等位变异数为1～7个，平均2.94个，其中含有5个及其以上等位变异数的位点有11个，占总位点数的12.50%，与野生大豆亲本相比有30个等位变异为其特有，占等位变异总数的7.79%，其中分布在8个位点上的10个特有等位变异被其育成品种利用，特有等位变异利用率为33.33%；野生大豆亲本和栽培大豆亲本共有的等位变异数为229个，平均每个位点等位变异2.60个；10份大豆育成品种共检测到264个等位变异，每个位点上等位变异数为1～7个，平均3.00个，介于野生亲本和栽培亲本之间，其中含有5个及其以上等位变异数的位点有12个，占总位点数的13.64%，另外，育成品种在13个位点上产生了15个野生亲本和栽培亲本所不具有的新等位变异。在90个SSR位点中，以位于C2连锁群上的Sat_252和D2连锁群上的Satt461位点揭示出的等位变异数最多，均为11个；A1连锁群的Satt449和J连锁群的Satt414位点相对保守，在野生大豆和栽培大豆之间无多态性差异。由此可知，野生大豆亲本材料含等位变异数及特有等位变异数均较多，每个位点上的等位变异数也较多；但栽培大豆亲本的特有等位变异更易被其育成品种所利用，其特有等位变异利用率接近野生大豆的1倍。

表2　88个SSR位点在不同连锁群上的等位基因分布

接下表

2.2多态性信息含量比较由表3可知，野生大豆亲本63.22%的位点PIC>0.500 0，平均PIC为0.545 0；栽培大豆亲本40.23%的位点PIC>0.500 0，平均为0.415 6；而大豆育成品种43.68%的位点PIC>0.500 0，平均PIC为0.478 7，介于前两者之间。由此可知，野生大豆具有高度的多态性信息含量，群体内基因型一致性差，遗传变异大，利用其特有的等位变异应用于大豆遗传育种中，可丰富大豆的遗传多样性，拓宽遗传基础，提高品种的选择潜力。

表3　育成品种及其亲本遗传多态性信息含量

3　讨论

利用DNA分子标记研究遗传多样性时，分析的位点数越多，反映的信息越全面。Keim等[17]研究表明，至少需要65个RFLP标记才能基本反映种质间的遗传关系。Zhang等[18]认为至少需要350～400个SSR等位变异才能准确反映普通小麦间的遗传关系。You等[19]研究表明，至少需要73个位点才能反映我国不同栽培区普通小麦的遗传背景。可见，若要客观地反映不同个体或群体间的遗传关系，需要有足够的信息量，而所需最少的位点数或等位变异数也往往与研究个体的多样性丰富程度、相互间的相似程度、群体大小、遗传标记类型等因素有关[20]。SSR分子标记由于操作简单、共显性、多态性高等优点而被广泛应用于遗传多样性、指纹图谱以及遗传结构的分析。Sun等[21]和Davila等[22]研究认为，大豆基因组中的SSR多态性远高于其他类型分子标记。Vigourous等[23]和Liu等[24]研究表明，多碱基SSR位点的等位变异数低于两碱基SSR位点。该研究根据以上信息，在20个连锁群上选用90个SSR位点，其中81个是三碱基重复(ATT)，能比较真实地反映试验材料遗传多样性分布特点及相互间的遗传关系。

[1] 张国栋.黑龙江省大豆品种系谱分析[J].大豆科学，1983，2(3)：184-193.

[2] 盖钧镒，崔章林.中国大豆育成品种的亲本分析[J].南京农业大学学报，1994，17(3)：19-23.

[3] 盖钧镒，赵团结，崔章林，等.中国1923-1995年育成的651个大豆品种的遗传基础[J].中国油料作物学报，1998，20(1)：17-23.

[4] 张博，邱丽娟，常汝镇.中国大豆部分获奖品种与其祖先亲本间SSR标记的多态性比较和遗关系分析[J].农业生物技术学报，2003，11(4)：351-358.

[5] 赵团结，崔章林，盖钧镒.中国大豆育成品种中江苏种质58-161的遗传贡献[J].大豆科学，1998，17(2)：120-128.

[6] POWELL W，MORGANTE M，ANDE C，et al.The comparison of RFLP，RAPD，AFLP and SSR(microsatellite)markers for germplasm analysis[J].Mol Breeding，1996，12：225-238.

[7] POWELL W，MORGANTE M，DOYLE J J，et al.Genepool variation in genus glycine subgenus soja revealed by polymorphic nuclear and chloroplast microsatellites[J].Genetics，1996，144：793-803.

[8] RUSSELL J R，FULLER J D，MACAULAU M，et al.Direct xomparison of levels of genetic variation among barley accessions detected by RFLPs，AFLPs，SSRs and RAPDs[J].Theor Apple Genet，1997，95：714-722.

[9] MAUGHAN P J，SAGHAI MAROOF M A，BUSS G R.Microsatellite and amplified sequence length polymorphism in cultivated and wild soybean[J].Genome，1995，38：715-723.

[10] MCGREGOR C E，LAMBERT C A，GREYLING M M，et al.A comparative assessment of DNA fingerprinting techniques(RAPD，ISSR，AFLP and SSR)in tetraploid potato(SolanumtuberosumL.)germplasm[J].Euphytica，2000，113(2)：135-144.

[11] RONGWEN J，AKKAYSA M S，BHAGWAT A A，et al.The use of micro-satellite DNA markers for soybean genotype identification[J].Theor Appl Genet，1995，90：43-48.

[12] DIWAN N，CREGAN P B.Automated sizing of fluorescent-labeled simple sequence repeat(SSR)markers to assay genetic variation in soybean[J].Theor Appl Genet，1997，95：723-733.

[13] BROWN-GUEDIRA G L，THOMPSON J A，NELSON R L，et al.Evaluation of genetic diversity of soybean introductions and North american Ancestors using RAPD and SSR markers[J].Crop science，2000，40：815-823.

[14] NARVEL J M，FEHR W R，CHU W C，et al.Simple sequence repeat diversity among soybean plant introductions and elite genotypes[J].Crop science，2000，40：1452-1458.

[15] ABE J，XU D H，SUZUKI Y，et al.Soybean germplasm pools in Asia revealed by nuclear SSRs[J].Theor Appl Genet，2003，106：445-453.

[16] 关荣霞，常汝镇，邱丽娟.用于SSR分析的大豆DNA的快速提取[J].大豆科学，2003，21(1)：73-74.

[17] KEIM P，BEAVIS W，SCHUPP J，et al.Evaluation of soybean RFLP marker diversity in adapted germplasm[J].Theor Appl Genet，1992，85：205-212.

[18] ZHANG X Y，LI L H，WANG H，et al.An estimation of the minimum number of SSR alleles needed to reveal genetic relationships in wheat varieties.I.Information from large-scale planted varieties and cornerstone breeding parents in Chinese wheat improvement and production[J].Thero Appl Genet，2002，106(1)：112-117.

[19] YOU G X，ZHANG X Y，WANG L F.An estimation of the minimum number of SSR loci needed to reveal genetic relationships in wheat varieties：Information from 96 random accessions with maximized genetic diversity[J].Mol Breeding，2004，14(4)：397-406.

[20] FRANCO J，CROSSA J，RIBAUT J M，et al.Method for combining molecular markers and phenotypic Attributes for classifying plant genotypes[J].Theor Appl Genet，2001，103：944-952.

[21] SUN G L，DIAZ O，SALOMON B，et al.Genetic diversity inElymuscaninusas revealed by isozyme，RAPD，and microsatellite markers[J].Genome，1999，42(3)：420-431.

[22] DAVILA J A，LOARCE Y，RAMSAY L，et al.Comparison of RAMP and SSR markers for the study of wild barley genetic diversity[J].Hereditas，1999，131(1)：5-13.

[23] VIGOUROUS X Y，JAQUETH J S，MATSUOKA Y，et al.Rate and pattern of mutation at micro satellite loci in maize[J].Mol Bio Evol，2002，19：1251-1260.

[24] LIU K，GOODMAN M，MUSE S，et al.Genetic structure and diversity among maize inbred lines as inferred from DNA microsatellites[J].Genetics，2003，165(4)：2117-2128.

f

Genetic Diversity amongGlycinesojaCultivars and Their Parents

LU Zhu-zhang, WANG Wen-zhe, LIANG Qing et al

Rizhao Polytechnic College, Rizhao, Shandong 276826)

[Objective] To identify genetic diversity difference and genetic polymorphism information content of soybean cultivars and their parents, thereby providing reference for soybean breeding. [Method] Using SSR marking technology, genetic diversity of soybean cultivars and their parents was analyzed. [Result] Total and special alleles number of wild soybean (Glycinesoja) parent were respectively 1.31 and 3.63 times of cultivated soybean (Glycinemax) parent; average polymorphism information content of wild soybean parent was 0.545 0, which was more than that of soybean cultivars (0.478 7) and cultivated soybean parents (0.415 6). [Conclusion] The genetic background of wild soybean is complex, and the genetic diversity is abundant. The external shape and the intrinsic genetic basis are obviously different from the cultivated soybean.

Wild soybean; Breeding variety; Genetic diversity; Allelic variation; SSR

吕祝章(1964- )，男，山东烟台人，教授，博士，从事生物技术及应用研究。

2016-07-20

S 188

A

0517-6611(2016)26-0115-04