野生大豆育成品種與其親本間的SSR聚類分析

呂祝章+王文哲+梁青+邱麗娟

摘要：采用分布于大豆（Glycine max）全基因組的90對SSR引物，對來自全國在生產上大面積推廣應用的具有野生大豆（Glycine soja）血緣的10個大豆育成品種及其17個親本材料進行聚類和遺傳距離分析。結果表明，當遺傳相似系數為0.67時，所有供試材料被分成三類，即育成的大豆品種與其栽培大豆親本聚為一類，野生大豆親本在三類中均有分布；野生大豆親本與栽培大豆親本間的遺傳距離0.177 6>野生大豆親本與育成大豆品種間的遺傳距離0.149 0>栽培大豆親本與育成大豆品種間的遺傳距離0.092 9。表明野生大豆與栽培大豆間有較大的遺傳差異性，應用遺傳基礎不同及遺傳差異性較大的野生大豆與栽培大豆之間進行雜交選擇，進而拓寬大豆的遺傳基礎、豐富大豆遺傳多樣性是有效和可行的。

關鍵詞：野生大豆（Glycine soja）；育成品種；聚類分析；遺傳距離；SSR

中圖分類號：S565.1 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2017）12-2215-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.12.005

SSR Cluster Analysis between Cultivars and Their Parents in Wild Soybean

L？譈 Zhu-zhang1，WANG Wen-zhe1，LIANG Qing1，QIU Li-juan2

（1. Rizhao Polytechnic College， Rizhao 276826， Shandong， China； 2. The Key Open Laboratory of Crop Germplasm and Biotechnology of the Ministry of Agriculture/the Major Project of Crop Gene Resources and Genetic Improvement of China/Crops Research Institute， Chinese Academy of Agricultural Sciences， Beijing 100081， China）

Abstract： 90 pairs of SSR primer distributed in soybean genome were used for clustering and genetic distance analysis of 10 improved soybean varieties with wild soybean blood and their 17 parental materials. Results showed that when the genetic similarity coefficient was 0.67，all tested materials were divided into three groups， namely improved soybean varieties and cultivated soybean parents together as a class，wild soybean parents were distributed in all three categories. The genetic distance of 0.177 6 between wild soybean parents and cultivated soybean parents>the genetic distance of 0.149 0 between wild soybean parents and improved soybean varieties > the genetic distance of 0.092 9 between cultivated soybean parents and improved soybean varieties.It indicated that there were large genetic differences between wild and cultivated soybean， and it was feasible and effective to expand soybean genetic basis and enrich soybean genetic diversity by hybridization and selection between wild soybean and cultivated soybean with different genetic basis and big genetic difference.

Key words： wild soybean（Glycine soja）； improved variety； cluster analysis； genetic distance； SSR

種質資源是基因的載體，是遺傳改良和育種的基礎，育種工作成就的大小，在很大程度上取決于對種質資源的了解、掌握和利用程度?？v觀世界近代和現代農業三次跨越式發展，作物種質資源的發掘與利用都起到了巨大作用[1-6]。中國是大豆（Glycine max）的發源地，有占世界90%以上的豐富的野生大豆（Glycine soja）資源。野生大豆被認為是提高栽培大豆蛋白質含量、改善品質、增強抗性的重要基因來源[7]。近三十年來，中國大豆育種工作者也重視和利用野生大豆資源開展大豆育種工作，創新培育出獲國家發明獎的鐵豐18號和吉林小粒1號，獲省級科技進步獎的雜交豆1號、龍品8807和龍小粒豆1號，先后有18個育成品種被國家和省級審定，取得了驕人的成績。

近年來分子標記技術在作物親緣關系及其遺傳相似性研究方面發揮了重要作用[8]，已有利用分子標記和系譜資料綜合分析作物品種間親緣關系及其遺傳相似性的研究報道[9-12]，但應用SSR對利用野生大豆育成品種進行系譜分析和聚類分析的研究報道較少。

本研究選擇了10個在生產上大面積推廣應用的具有野生大豆血緣的大豆育成品種及其17個親本作為供試材料，對分布于大豆全基因組的90個SSR座位進行分析，旨在分子水平上明確大豆育成品種與其親本間的遺傳與演化關系，探索利用野生大豆資源拓寬中國大豆遺傳基礎的趨勢，為進一步有效地利用野生大豆資源開展大豆育種工作提供參考信息。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本研究選用了10個用野生大豆做親本育成的在生產上大面積推廣應用的大豆品種及其9份野生大豆親本和8份栽培大豆親本為供試材料，親本材料中有察隅1號和黑龍江小粒豆未被搜集到。各品種的雜交組合方式及親本來源地見表1。

1.2 試驗方法

1.2.1 SSR分析 每份材料用種子磨成豆粉，用SDS法[13]提取DNA。PCR反應體系為20μL，其中含有40 ng基因組DNA模板、1×PCR 緩沖液、1.25 mmol/L MgCl2、0.2 mmol/L dNTP、0.2 μmol/L SSR引物和1 U Tag DNA 聚合酶。選用90對SSR引物。反應在PE-9600型號的PCR擴增儀上進行。反應程序為95 ℃預變性4 min；95 ℃變性30 s，47 ℃退火30 s，72 ℃延伸30 s，運行35個循環；72 ℃延伸10 min后置于4 ℃保存。擴增產物用6%聚丙烯酰胺、8 mol/L脲素制成的測序膠分離，銀染技術檢測。

1.2.2 統計分析 每個SSR位點，以1和0記錄等位變異的有和無，缺失記為2，獲得矩陣，用NTSYS 2.10進行聚類分析，在遺傳相似系數矩陣的基礎上，用UPGMA法構建27份材料的分子系統樹。

2 結果與分析

2.1 育成品種與親本材料的聚類分析

利用UPGMA法對獲得的SSR分子數據進行聚類，當遺傳相似系數為0.67時，將所有供試材料分成了三大類（圖1）。一類是囊括供試的10份大豆育成品種和8份栽培大豆親本，另外還包括了4份分別原產于黑龍江省雙城縣的野生大豆ZYD652、ZYD665和原產于吉林省的半野生大豆公野8648、公野9140；在這一類中，大豆育成品種龍品8807的位置顯得比較獨特，可能是由于該育成品種較多地遺傳利用了野生大豆親本ZYD355的10個特異等位變異，且其自身在又3個位點上產生出了3個新的等位變異，再加上原產于黑龍江省佳木斯市的ZYD355在聚類圖中單獨聚為了一類，表現出了其獨樹一幟的一面，因而導致了育成品種龍品8807在聚類圖（圖1）中所表現出的與眾不同；在這一類中，吉林66號和它的栽培大豆親本吉林30在0.91處仍被聚在一起，這可能是由于吉林66號僅利用了其野生大豆親本GD50279在Satt012位點上的1個特異等位變異，而較多地選擇利用了栽培大豆親本吉林30的特異等位變異。另兩類均為野生大豆親本材料，其中一類僅包括ZYD355一份野生大豆材料，另外一類包括4份分別原產于吉林省的GD50279、GD50444-1、GD50477和原產于河南省濟陽縣的ZYD3576野生大豆親本材料。在聚類圖（圖1）中，供試的9份野生大豆親本在三類中均有分布，并未與其具有親緣關系的育成品種聚在一起，表現出較大的遺傳差異性，這可能不僅與其自身不同的進化、生態及基因類型有關，同時也與育種目標的定向選擇因素影響有關，表明野生大豆的遺傳背景比較復雜，遺傳多樣性也更為豐富。

2.2 育成的大豆品種與其親本間的遺傳距離和遺傳相似性分析

對育成的大豆品種與其親本間的遺傳距離的分析表明：野生大豆親本與栽培大豆親本間的遺傳距離（0.177 6）最大，栽培大豆親本與育成品種間的遺傳距離（0.092 9）最近，而野生大豆親本與育成品種間的遺傳距離（0.149 0）介于兩者之間。育成的大豆品種與其親本間的遺傳相似性分析表明：野生大豆親本與栽培大豆親本間的遺傳相似性（0.837 3）最差，栽培大豆親本與育成品種間的遺傳相似性（0.911 3）最為接近，而野生大豆親本與育成品種間的遺傳相似性（0.861 6）介于兩者之間，其遺傳相似性分析與遺傳距離分析結果一致（表2）。由此可見，野生大豆與栽培大豆的遺傳距離較大，遺傳相似性較差，遺傳關系遠緣，存在著較大的遺傳差異性；育成品種與栽培大豆親本遺傳距離較近，并有較好的遺傳相似性，這可能與在雜交育種的選擇過程中，有意淘汰掉了栽培性狀表現較劣的分離后代，從中選擇保留了產量、品質等與栽培大豆相近的符合育種目標要求的后代等因素有關，從而也導致了育成品種較多地利用了其栽培大豆親本的特異等位變異，而較少地利用了其野生大豆親本的特異等位變異，這可能也是造成育成品種與其野生大豆親本間的遺傳相似性及遺傳距離介于上述兩種情況之間的主要原因之一。綜上所述，應用地理遠緣或種間遠緣的遺傳基礎不同及遺傳差異性較大的野生大豆與栽培大豆之間進行雜交育種選擇，進而拓寬大豆的遺傳基礎、豐富大豆遺傳多樣性是有效和可行的。

3 討論

當前大豆育種工作存在的主要問題是親本遺傳基礎狹窄[14-16]，雜交后代主要經濟性狀變幅較小，難以產生新的突破性品種，因而造成大豆育成品種的遺傳背景及遺傳多樣性有變窄的趨勢[17-20]。綜合以上的分析結果可以看出，擴大栽培大豆遺傳變異的潛在來源是野生大豆。過去雖然對野生大豆優異種質的篩選與評價開展了大量有益的研究，從野生大豆中篩選和創新出了一大批優異種質，但從圍繞野生大豆資源如何加以開發與利用方面還顯得明顯不足，一是篩選與鑒定的種質不夠全面，某些重要性狀的篩選與鑒定只集中在部分野生大豆種質上；二是對野生大豆的抗病蟲、抗逆境、耐低營養因子、異黃酮含量等的性狀鑒定還顯不足；三是對野生大豆含有的優異隱蔽基因的發掘工作還沒有開展。

育種實踐表明，目前利用主要農藝性狀優良、配合力高的當地栽培品種間的雜交進行品種選育，仍可提高大豆的增產潛力，但這種現象在一定程度上減弱了人們對野生大豆資源加以利用的興趣，從而限制了大豆遺傳基礎的拓寬和遺傳多樣性的豐富。這給人們一點重要啟示，即在大豆遺傳育種選擇中，既要逐漸引用和滲入遺傳基礎和遺傳差異性大的新種質進行雜交，以拓寬栽培大豆品種的遺傳基礎，提高大豆新品種的增產潛力，同時也要利用當地優良品種進行品種間雜交，這樣育成適應性強的高產、優質、多抗品種的機率會更大些。

參考文獻：

[1] MARTIN G B. Gene discovery for crop improvement[J].Current Opinion in Biotech，1998，9：220-226.

[2] KOORNNEEF M，STAM P.Changing paradigms in plant breeding[J].Plant Physio，2001，125：156-159.

[3] SKOVMAND B，REYNOLDS M P，DELACY I H. Mining wheat germplasm collections for yield enhancing traits[J]. Euphytica，2001，119：25-32.

[4] MORGANTE M，SALAMINI F. From plant genomics to breeding practice[J].Current Opinion in Biotech，2003，14：214-219.

[5] 賈繼增，張啟發.為第二次”綠色革命”發掘基因資源[J].中國基礎科學，2001，1（7）：4-8.

[6] 賈繼增，黎 裕.植物基因組學與種質資源新基因發掘[J].中國農業科學，2004，37（11）：1585-1592.

[7] 吳 禹，陳愛國，王 巖.遼寧省部分地區野生大豆資源遺傳多樣性分析[J].遼寧農業科學，2015（4）：1-7.

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

[9] 熊冬金，王吳彬，趙團結，等.中國大豆育成品種10個重要家族的遺傳相似性和特異性[J].作物學報，2014，40（6）：951-964.

[10] 熊冬金，趙團結，蓋鈞鎰.中國大豆育成品種親本分析[J].中國農業科學，2008，41（9）：2589-2598.

[11] 張 軍，趙團結，蓋鈞鎰.我國黃淮和南方主要大豆育成品種家族產量和品質優異等位變異在系譜中遺傳的研究[J].作物學報，2009，35（2）：191-202.

[12] 關榮霞，郭娟娟，常汝鎮，等.國外種質對中國大豆育成品種遺傳貢獻的分子證據[J].作物學報，2007，33（9）：1393-1398.

[13] 關榮霞，常汝鎮，邱麗娟.用于SSR分析的大豆DNA的快速提取[J].大豆科學，2003，21（1）：73-74.

[14] 廖 林，劉玉芝，盧亦軍，等.吉林省大豆新品種（系）血緣組成分析[J].吉林農業科學，1997（2）：1-6.

[15] 邱家馴，趙團結，蓋鈞鎰.中國大豆育成品種中蘇滬地區種質的遺傳貢獻[J].南京農業大學學報，1997，20（4）：1-8.

[16] 張 磊，戴甌和，朱國富，等.皖豆系列大豆品種系譜分析[J].安徽農業科學，2000，28（2）：139-140，142.

[17] 蓋鈞鎰，崔章林.中國大豆育成品種的親本分析[J].南京農業大學學報，1994，17（3）：19-23.

[18] 蓋鈞鎰，趙團結，崔章林，等.中國1923-1995年育成的651個大豆品種的遺傳基礎[J].中國油料作物學報，1998，20（1）：17-23.

[19] GIZLICEL Z. Genetic base for North American public soybean cultivars released between 1947-1988[J].Crop Sci，1994，34：1143-1147.

[20] ZHOU X L，CARTER T E，CUI Z L，et al. Genetic base of Japanese soybean cultivars released during 1950 to 1988[J].Crop Sci，2000，40：1794-1802.