山东省及部分外省育成小麦品种（系）遗传多样性和重要农艺性状的关联分析

李南南 孙淑珍 吴群 程西永 刘华荣 毛瑞喜 李斯深

摘要：利用52个SSR分子标记对山东省及部分外省近年审定品种和区试品系进行了遗传多样性检测，并分析了其与主要农艺性状的关联性。结果表明，共检测到150个等位位点，平均每对引物检测到2.9个等位位点；SSR标记多态性信息量（PIC）范围为0.11～1.00，平均为0.51。聚类分析结果显示，供试品种（系）共聚成3个类群，具有相同亲本或同一育种单位的品种往往聚在一起。通过SSR标记与区试品系主要农艺性状的关联分析，得到与部分农艺性状极显著相关（P<0.01）的标记8个，发掘到一批与农艺性状相关的优异等位变异，如与千粒重相关的等位变异wmc657-A50、增加容重的wmc322-A195和gwm292-A190，降低株高的等位变异cfd168-A105和gpw294-A80。

关键词：小麦；SSR标记；遗传多样性；农艺性状；关联分析

中图分类号：S512.101文献标识号：A文章编号：1001-4942（2018）05-0018-06

Abstract The genetic diversity of wheat varieties in recent years in Shandong and other provinces was detected using 52 SSR markers， and the association analysis between SSR markers and important agronomic traits was conducted. A total of 150 alleles were detected with the mean of 2.9 alleles for a single SSR marker. The range of polymorphism information content （PIC） was 0.11～1.00 with the mean of 0.51. Cluster analysis showed that the varieties could be divided into three groups， most of the varieties with the common parents or from the same breeding institutions were trend to be clustered into one group. There were eight SSR markers significantly associated with agriculture traits （P<0.01）. Some favorable alleles associated with agronomic traits in multiple environments were discovered， such as wmc657-A50 for increasing the thousand grain weight， wmc322-A195 and gwm292-A190 for improving bulk weight， cfd168-A105 and gpw294-A80 for reducing plant height.

Keywords Wheat； SSR marker； Genetic diversity； Agronomic traits； Association analysis

小麥是我国主要粮食作物之一，品种更替对于其单产的提升具有重要作用。丰富的遗传多样性是作物育种的重要基础[1，2]。彭芹等[3]利用SSR引物，对1950年以来山东省主要推广小麦品种的遗传多样性演变进行分析，发现山东省小麦品种遗传多样性以20世纪50年代最高，之后缓慢下降；80年代由于特有种质资源的创造和应用，山东省小麦品种的遗传多样性高于全国和其他麦区，但后来迅速下降。倪中福等[4]利用SSR标记分析小麦D染色体组，发现冬小麦较春小麦群体内存在更大的遗传差异。

SSR标记具有多态性高、共显性分离、操作简便、结果稳定等优点，在关联分析、分子标记辅助育种、品种及基因型鉴定、QTL定位和遗传图谱构建等方面发挥了重要的作用[5，6]。在遗传多样性分析的基础上进行关联分析，有利于发掘与重要农艺性状有关的标记。王升星等[7]利用SSR标记对小麦单株产量及有关性状进行全基因组QTL分析，得到了3个控制千粒重、2个控制单株产量和2个控制单株有效穗数的QTL。武玉国等[8]对SSR标记与黄淮冬麦区小麦品种的主要农艺性状进行关联分析，得到了与小穗数、千粒重紧密相关的标记。刘新伦等[9] 通过SSR标记与小麦长管蚜抗性的关联分析，发现了与小麦长管蚜抗性相关的标记。赖运平等[10]利用SSR标记与小麦南大2419及其衍生品种主要农艺性状的关联分析，得到与8个农艺性状显著关联的20个标记。

本研究采用52个SSR标记对106个山东省及部分外省小麦育成品种（系）进行遗传多样性分析，以了解近年育成小麦品种（系）之间的差异，为小麦育种工作提供参考；同时通过分子标记与主要农艺性状的关联分析，进一步发掘与小麦产量、抗性等性状相关联的分子标记。

1 材料与方法

1.1 供试材料

106个供试小麦品种（系）包括37个山东省及部分外省近年育成品种、68个2015—2016年山东省小麦高肥区域试验品系及对照品种济麦22（表1）。68个区试品系和对照济麦22的产量性状均为14个试点的平均值，数据来源于山东省区试调查结果。

1.2 基因组DNA提取

将供试各品种小麦种子排放在装有湿润基质的育苗穴盘内，置于温室内培养，待幼苗长至两叶一心时，称取幼苗叶片0.2 g，在液氮冷冻下快速研磨至粉末，用CTAB法提取基因组DNA[11]。加入RNaseA除去DNA样品中的残余RNA。使用1%琼脂糖凝胶电泳检测DNA样本的质量。用超微量蛋白核酸分析仪测定DNA浓度，然后将DNA样品稀释到50 ng·μL-1，置4℃保存备用。

1.3 PCR扩增和非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳

选用分布在小麦不同染色体上的52个SSR标记（表2）对DNA样本进行PCR扩增，PCR反应在T1型PCR扩增仪（Biotech公司，德国）上进行。PCR扩增使用15 μL反应体系，包括：10 × PCR buffer 1.5 μL，dNTPs 0.5 mmol，Mg2+ 1.6 mmol，Taq DNA 聚合酶 1 U，DNA 模板50～100 ng，上、下游引物各240 pmol，加ddH2O至15 μL。采用标准PCR扩增程序，退火温度针对不同引物单独设定，35个循环，4℃保存。PCR扩增产物经8%非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳、银染检测，在白炽灯下进行拍照和数据统计。

1.4 数据分析

在相同迁移率位置上有扩增条带赋值为“1”，无条带赋值为“0”，缺失赋值为“9”，统计每对标记带型，构建矩阵。计算多态性信息含量（polymorphism information content，PIC），估测位点变异的表型效应[12]，利用DPS软件计算遗传距离，然后导入MEGA 6.0程序进行UPGMA聚类分析[13]。使用Structure 2.3.1软件分析群体遗传结构，估计最佳的群体组群，K值范围设定为1～10。使用TASSEL 3.0软件的MLM模型进行性状和标记的关联分析，当P<0.01时认为标记和性状存在显著关联。

2 结果与分析

2.1 SSR标记多态性

利用52个SSR标记共得到150个等位位点，每个SSR标记的等位位点数目为1～6个，平均为2.9个。每个SSR标记的PIC值范围为0.11～1.00，平均为0.51。其中PIC≥0.50的高度多态性标记28个，0.25

2.2 聚类分析

根据52对引物的150条读带结果进行聚类分析，可将106个品种（系）分为三个类群。

第一类群包括烟农999、中植5号、周麦26号、红地169、SNZN1693、ZH5013、博农麦4号、徐麦1108共8个品种（系）。其中，烟农999和徐麦1108（审定名称为徐麦36）为山东省审定品种，中植5号、周麦26号、徐麦1108为外省品种。该类群与其他两个类群在聚类分析中距离较远。

第二类群包括烟农5158、泰农18、AN01、山农17、裕田麦119、岱麦3270、岱麦4493、山农111、山农15381、淄麦37、W-141、泰农1014、齐麦2号、山农25、CHA13-1、山农23、YX14-2、山农22、WH04-10、WH04-28、滨麦6号、泰麦6018、圣麦102、淄麦29、淄麦28、惟特3号、洲元9369、岱麦3640、LS018R、泰农106、鑫秋811、鑫秋808、山农29、XR-4429共34个品种（系）。其中烟农5158、泰农18、裕田麦119、泰农1014、齐麦2号、山农25、山农23、山农22、淄麦29、淄麦28、洲元9369、山农29、XR-4429（审定名称为鑫瑞29）为山东省审定品种。该类群以泰农18为代表，淄麦29、淄麦28、LS018R、山农29、岱麦号等均以泰农18或其姊妹系为亲本之一。

第三类群包括64个品种（系），数目最多，分别为：鲁研128、鲁原890、鲁原502、YX14-1、博农麦5号、济麦47、红地09-5、泰山6436、济宁17、泰山28、鑫麦806、儒麦1号、济麦262、临麦4号、Am77、泰山24、泰山23、藁优5218、藁优5766、山农0828、济宁16、09F558-2、泰山27、郯麦98、景麦1号、邦麦3号、邦麦8号、烟农24、济麦229、济麦19、登海51306、烟农1212、鑫星169、烟农836、烟529、XR3283、LS141R、济麦40、济麦39、烟农173、烟农197、济麦44、DM007、冀冠509、良星99、良星66、FC0015、良星517、山农20、清照15、良星77、烟农157、泰山6038、鑫296、山农27、登海51308、山农32、山农28、山农31、菏麦0643-2、轮选151、DNK12-2、汶农28、济麦22。其中，鲁原502、泰山6436（审定名称为泰科麦33）、济宁17、泰山28、儒麦1号、济麦262、临麦4号、泰山24、泰山23、济宁16、泰山27、郯麦98、烟农24、济麦229、济麦19、烟农1212、烟农836、烟农173、良星99、良星66、良星517、山农20、良星77、泰山6038（审定名称为泰科麦31）、鑫296、山农27、山农32、山农28、山农31、济麦22为山东省审定品种。该类群审定品种多、推广面积大，许多审定品种与济麦22和良星号具有密切的关系。

2.3 关联分析结果

经关联分析，52个SSR标记中与重要农艺性状显著关联的标记共8个（表3）。其中，与千粒重显著相关的分子标记1个（wmc657），贡献率为9.7%；与容重显著相关的分子标记4个（wmc322、gwm186、gwm292、wmc722），贡献率为9.3%～11.9%；与生育期显著相关的分子标记1个（gwm67），贡献率为9.5%；与株高显著相关的分子标记4个（cfd168、wmc322、gwm67、gpw294），贡献率为9.8%～19.4%。gwm67与生育期和株高均显著关联，贡献率分别为9.5%和10.8%；wmc322与容重和株高均显著关联，贡献率分别为11.9%和18.0%。

3 讨论与结论

遗传多样性分析是后续关联分析的前提和基础[14，15]。利用SSR标记进行遗传多样性分析，确定各材料在不同标记上的等位变异和基因型，可以在一定程度上反映材料之间的亲缘关系。本研究利用52个SSR引物对山东省及部分省外近年审定品种和区试品系进行遗传多样性分析，其平均PIC（0.51）小于潘玉鹏等[16]（0.55）和程西永等[6]（0.55）的研究结果；PIC变化范围（0.11～1.00）大于潘玉鹏等[16]（0.25～0.89）和程西永等[6]（0.11～0.829）的研究结果。程西永等[6]的研究中所使用的引物与本研究存在部分重合（20对），通过计算相同引物的平均PIC值，发现本研究的结果（0.47）明显低于程西永等[6]（0.58）的研究结果；蒲艳艳等[17]的研究中有7对引物与本研究相同，其相同引物的平均PIC值也高于本研究的。说明近年山东省及部分省外育成品种（系）的遺传多样性总体呈下降趋势。

聚类分析发现，山东省及部分省外近年育成品种（系）中，具有共同亲本或同一育种单位育成的品种往往聚为一类，如源于同一育种单位的良星66、良星77、良星99、良星517都聚在第Ⅲ类；此外，部分山农号（山农0828、山农20、山农27、山农28）、济麦号（济麦47、济麦19、济麦44）、泰山号（泰山28、泰山24、泰山23）、烟农号（烟农1212、烟农173、烟农197）品种也聚在此类群。亲缘关系较近的泰农18、山农29、淄麦28、淄麦29、LS018R等都聚在第Ⅱ类。该结果在程西永[6]、程斌[18] 等的研究中均有体现。106份供试材料，以泰农18为代表的第Ⅱ类群包含34个品种（系），以济麦22和良星号为代表的第Ⅲ类群中包含64个品种（系），与两者亲缘关系较远的第Ⅰ类群仅包含8个品种（系），且其中还有河南、江苏等省外品种，这也反映了山东省近年育成品种（系）的遗传基础狭窄。因此，在今后的小麦育种中，应在充分利用骨干亲本的同时，积极引进国内外优良种质资源，创造新的种质资源，不断拓宽小麦育种的遗传基础。

近年，关联分析在研究作物数量性状方面得到了广泛应用。张国华等[19]利用64个SSR、27个EST-SSR、47个功能标记分析其与黄淮麦区4个环境变量下的产量性状的关联性，发现有49个标记与4个环境的产量性状及其均值显著关联。朱玉磊等[20]利用181对SSR引物对其标记位点与自然群体穗發芽抗性的关联性进行分析，共获得20个显著关联位点。本研究检测到8个与小麦重要农艺性状相关联的SSR标记，其中，位于4B染色体上的wmc657标记与千粒重显著相关，这与张坤普等[21]将与千粒重相关的QTL定位在4B染色体wmc657-barc1096区段的研究结果一致。此外，本研究还发现了两个对株高具有高贡献率的标记——cfd168和wmc322，对株高的贡献率分别为19.4%和18.0%。

参 考 文 献：

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