野生大豆對中國大豆育成品種遺傳貢獻的分子印證

呂祝章

(日照職業技術學院，山東 日照 276826)

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野生大豆對中國大豆育成品種遺傳貢獻的分子印證

呂祝章

(日照職業技術學院，山東 日照 276826)

采用SSR標記鑒定野生大豆對10個大豆育成品種的遺傳貢獻.結果表明：野生大豆含有較多的特有等位變異，利用率為17.27%；回交能降低野生大豆特有等位變異利用率；野生大豆在16個位點上與粒重、莢粒數、高硬脂酸含量、抗胞囊線蟲等有關的19個特有等位變異易被育成品種遺傳利用；10個大豆育成品種在13個位點上產生了18個新的等位變異.利用野生大豆改良和創新大豆有較大空間.不同的雜交組合方式對育成品種的遺傳貢獻有明顯差異.野生大豆的小粒、多莢、高硬脂酸含量以及抗胞囊線蟲等優良性狀基因易被育成品種選擇利用.

野生大豆; 育成品種; SSR; 等位變異; 遺傳貢獻

中國是大豆的起源地，除新疆、青海、海南外均有野生大豆.如此廣泛的地理分布和巨大的環境差異，生長出適應不同生態條件的野生大豆類型.我國現收集保存了6 672份野生大豆資源，占世界總數的90%以上，其中蘊藏著高蛋白[1,2]、高亞油酸[2,3]、高亞麻酸和低植酸[4]、胰蛋白酶抑制劑缺失基因或無脂氧酶[5]、抗逆性強、多花多莢、豐產性好[6,7]等一大批特有的優異基因型[8-12].

我國利用野生大豆培育出200余份各具特性的新種質，其中審定品種達20余個[13-17].楊光宇等[14]利用野生大豆小粒、高蛋白質、抗逆性強等特性育出高蛋白、耐干旱大豆品種吉育59號，高產品種吉林66號和出口專用小粒黃豆系列品種吉林小粒1-8號(吉林小粒1號1995年獲國家發明四等獎).姚振純等[15]選育出蛋白質含量48%以上的龍品8807(被評為“九五”國家科技攻關項目重大科技成果一級優異種質、2002年獲黑龍江省科技進步二等獎)及審定熟期最早的特用小粒大豆品種龍小粒豆1號(2003年獲黑龍江省科技進步二等獎).李福山等[16]選育出高產、耐鹽大豆新品種中野1號、中野2號.這些都足以證明野生大豆中的有益性狀基因在栽培大豆的改良中起到了重要作用.

關于野生大豆×栽培大豆后代品系農藝品質性狀表現及遺傳變異分析已有不少報道[18-27].但運用SSR技術進行有關野生大豆對生產上大面積推廣應用的育成品種的遺傳貢獻方面的研究還鮮少報道.

本試驗采用SSR標記技術對利用野生大豆育成的10個大豆品種及其17個親本材料進行分析，目的是鑒定野生大豆DNA片段被大豆育成品種的利用情況，分析野生大豆導入片段與其育成品種農藝性狀及栽培特性形成的關系，發掘出一批農藝品質性狀優異位點、等位變異及攜帶優異等位變異的野生大豆載體材料，為大豆分子標記輔助育種等提供參考信息.

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選用了10個具有野生血緣且在生產上大面積推廣應用的大豆品種及其17個親本，親本中的黑龍江小粒豆、察隅1號未被搜集到，各品種的雜交組合方式見表1.

表1 利用野生大豆育成的大豆推廣品種系譜1)

1)*和**分別代表半野生和野生大豆.

1.2 試驗方法

1.2.1 SSR分析 每份材料從入庫的500 g純凈種子中隨機取出100粒種子磨成豆粉，用SDS法[28]提取DNA.PCR反應體系為20 μL，其中含有40 ng基因組DNA模板、1×PCR緩沖液、1.25 mmol·L-1MgCl2、0.2 mmol·L-1dNTP、0.2 μmol·L-1SSR引物和1 UTagDNA聚合酶.選用分布于全基因組的88對SSR引物進行分析.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，4 ℃保存.擴增產物用6%聚丙烯酰胺、8 mol·L-1脲素制成的測序膠分離，銀染技術檢測.

1.2.2 數據統計分析 每個SSR位點，根據條帶的有無記錄等位變異數目.

2 結果與分析

2.1 大豆育成品種與親本間的遺傳關系

在20個連鎖群上選取88個SSR位點進行分析，9個野生及半野生大豆親本共檢測到339個等位變異，與8個栽培親本相比較，共擁有110個特有等位變異，其中Satt591、Satt304、Satt294、Satt180、Satt291、Sat_252、Satt184、Satt014、Satt012、Satt192、Sat_219、Satt239、Satt232、Satt446、Sat_099、Satt387等16個位點上的19個特有等位變異被8個大豆育成品種所利用，特有等位變異利用率達17.27%；野生親本在Satt461、Sat_252、Satt294、Satt192、Sct_189和Satt596等6個位點上分布的特有等位變異數較多，都在4個以上；野生親本在Satt005、Sat_219、Satt239、Sct_189等位點上擁有特有等位變異相對集中，都有6個野生大豆在上述4個位點上擁有特有等位變異；野生親本ZYD355、ZYD3576、GD50444-1、GD50477和ZYD652分別含有58、27、26、19和17個特有等位變異，其中GD50477和ZYD355特有等位變異利用率較高，分別達31.58%和17.24%，ZYD652的利用率為0，公野8646和公野9140等半野生大豆材料含有的特有等位變異數較少，可能與種間雜種材料的選擇與馴化有關；龍品8807和吉林小粒1號利用其野生親本特有等位變異數較多，分別遺傳利用了ZYD355親本7個位點上的10個和GD50477親本6個位點上的6個特有等位變異(表2、表3).8個栽培大豆親本共檢測到259個等位變異，與9個野生及半野生大豆親本相比較，有30個特有等位變異，其中10個特有等位變異被其育成品種利用，利用率為33.33%.10個大豆育成品種共檢測到264個等位變異，其中包括在13個位點上新產生的18個特有等位變異.

表2 野生大豆特有等位變異分布及利用情況

續表2

序號連鎖群位點野生大豆特有等位變異數擁有特有等位變異野生大豆野生大豆特有等位變異利用數野生大豆特有等位變異利用品種及野生親本41ISat_2191ZYD355、ZYD665、GD50477、ZYD652、GD50444-1、公野86481龍品8807(ZYD355)42ISatt2393ZYD355(2)、GD50477、ZYD652、GD50444-1、公野8648、ZYD35761吉林小粒1號(GD50477)43ISatt2923ZYD355、ZYD665、GD50444-1、ZYD3576(2)44ISct_1894ZYD355(4)、ZYD665、GD50477、ZYD652、GD50444-1、ZYD357645JSatt5964ZYD355(4)、ZYD665、GD50444-1、GD50279、ZYD357646JSatt2443ZYD355(2)、ZYD665、GD50444-147KSatt1671公野864848KSatt5591GD50444-149LSatt2322ZYD355、ZYD6521龍品8807(ZYD355)50LSatt4461ZYD3551龍品8807(ZYD355)51LSatt1823GD50477、GD50444-1、GD50279、ZYD3576(2)52LSatt4621ZYD355、GD50279、ZYD357653LSatt4811GD5047754LSat_0992ZYD355(2)2龍品8807(ZYD355)55LSatt3731GD50477、GD50444-1、GD5027956MSatt5902ZYD355(2)、ZYD652、GD50279、ZYD357657MSatt5401ZYD355、ZYD65258MSatt3061GD50444-159NSatt3871GD50477、ZYD6521吉林小粒1號(GD50477)60OSatt4871ZYD665、GD50477、GD5027961OSatt2431ZYD355總計11019

表3 各野生大豆擁有特有等位變異數及利用情況

2.2 同組合中野生大豆對其育成品種的遺傳貢獻

以組合為單位，對每個組合中野生親本相對于本組合中的栽培親本所擁有的“特有”等位變異情況進行分析表明：野生和半野生大豆親本在60個位點上有著不同程度的“特有”等位變異，這些“特有”等位變異也不同程度地被其育成品種所遺傳利用.育成品種利用其野生親本的區段情況見表4，從表中可以看出，野生大豆M連鎖群Satt210位點上的“特有”等位變異最易被其育成品種遺傳利用，有6個品種遺傳利用了其野生親本該位點上的等位變異；其次是位于B2連鎖群上的Satt556位點，有5個品種分別遺傳利用了其野生親本該位點上的“特有”等位變異；再次是位于A1連鎖群上的Satt591、B1連鎖群上的Satt453、D1a連鎖群上的Satt184、F連鎖群上的Satt114、L連鎖群上的Satt182、N連鎖群上的Satt530等6個位點，有4個品種分別遺傳利用了其野生親本該位點上的等位變異.

表4 同組合中野生大豆對其育成品種的遺傳貢獻情況1)

續表4

序號位點連鎖群利用同組合中野生大豆“特有”等位變異品種53Satt540M龍品8807、91-80654Satt175M中野2號55Satt210M龍小粒豆1號(2)、龍品8807、中野1號、中野2號、吉林小粒6號(公野8648)、吉林小粒6號(公野9140)、吉林小粒7號56Satt530N吉林小粒4號、吉林小粒6號(公野8648)、吉林小粒6號(公野9140)、吉林小粒7號、龍小粒豆1號57Satt387*N吉林小粒1號58Satt487O吉林小粒6號(公野8648)、吉林小粒7號59Satt345O吉林小粒1號、吉林小粒7號60Satt243O吉林小粒6號(公野8648)、吉林小粒6號(公野9140)、吉林小粒7號

1)*表示9個野生及半野生大豆共有的特有等位變異被育成品種利用的位點.

表4、表5列出了大豆育成品種利用其同組合中野生親本“特有”等位變異情況，利用其野生親本“特有”等位變異數最多的品種是吉林小粒1號，其利用了野生大豆GD50477在Satt197、Satt415、Satt453、Satt556、Satt180、Satt291、Satt286、Sat_312、Sat_252、Satt184、Satt014、Satt002(2個)、Satt226、Satt309、Satt279、Satt302、Satt239、Satt596、Sat_099、Satt387、Satt345等21個位點上的22個特有等位變異，占GD50477特有等位變異總數的35.48%；吉林小粒4號和吉林66號利用其野生親本“特有”等位變異數最少，特有等位變異利用率也最低，分別為6.98%和7.32%.吉林小粒6號利用了公野8648在Satt591、Satt236、Satt556、Satt184、Satt461、Satt012、Satt192、Satt302、Satt571(2個)、Satt210、Satt530、Satt487、Satt243等13個位點上的14個特有等位變異，占公野8648“特有”等位變異總數的45.16%；利用了公野9140-5在Satt591、Satt174、Satt453、Satt202、Satt179、Satt157、Satt005、Satt002、Satt461、Satt114、Satt335、Satt182、Satt210、Satt530、Satt243等15個位點上的15個特有等位變異，占公野9140-5“特有”等位變異總數的48.39%，特有等位變異利用率最高.

表5 育成品種利用其野生親本“特有”等位變異情況

2.3 野生大豆對拓寬大豆育成品種遺傳基礎的組配貢獻方式

表5數據顯示：野生及半野生大豆其“特有”等位變異數被其育成品種利用的比例范圍為6.98%～48.39%，其中通過回交方式育成的吉林小粒4號、吉林66號、中野2號、中野1號等4個品種利用其野生親本“特有”等位變異的利用率分別為6.98%、7.32%、17.07%和17.14%，“特有”等位變異平均利用率12.13%；吉林小粒4號和吉林66號是采用栽培大豆做母本進行回交轉育而成，“特有”等位變異平均利用率為7.15%，而中野1號和中野2號是采用栽培大豆做父本進行回交轉育而成，“特有”等位變異平均利用率為17.11%，從此可以看出，回交方式的不同決定了野生親本的“特有”等位變異利用率存在著較大的差別.通過單交方式育成的龍品8807、91-806、吉林小粒1號、龍小粒豆1號等4個品種利用其野生親本“特有”等位變異利用率為23.29%～35.48%，平均利用率為29.07%；而利用具有野生大豆血緣的種間雜種材料育成的吉林小粒6號平均利用率高達46.78%.

3 結論

研究結果表明：野生大豆共有的分布在16個位點上與產量和粒重有關的Satt304[29]、Satt294[30]、Satt291[30]、Satt184[31]、Satt014[32]、Sat_099[29,33]、Satt210[34-35]，與產量和株高有關的Sat_252[34,36]、Satt387[37-38]，與莢粒數有關的Sat_219[34]、Satt239[25,26,32,34,39]，與脂肪和高硬脂酸含量有關的Satt180[36]、Satt591[40]，與抗胞囊線蟲有關的Satt012[41-43]、Satt453[44]和與倒伏性有關的Satt232[45]等位點上的特有等位變異被育成品種利用.由此可見，野生大豆的小粒、多莢、高硬脂酸含量以及抗胞囊線蟲等優良性狀基因易被育成品種選擇利用.

與栽培大豆相比，野生大豆含有較多的等位變異數和特有等位變異數，但其特有等位變異的整體利用率僅為17.27%，說明在雜交育種中利用野生大豆作為親本進行大豆改良和創新仍有較大的空間.

野生大豆、種間雜交形成的半野生大豆及其雜交組合方式的不同對育成品種的遺傳貢獻有明顯差異，研究結果表明：回交方式能降低野生大豆的特有等位變異利用，使品種更趨向栽培選擇利用的目標性狀，并能便捷有效地縮短育種時間.種間雜種材料的等位變異更易被其育成品種利用，在育種實踐中可利用優異的種間雜種材料做親本以有效提高其優良基因及性狀的選擇效率，對改良大豆的品質與抗性性狀更具有實際意義.

10個大豆育成品種在13個位點上產生了18個新的等位變異，與Sjakste et al[46]在研究7個大麥品種與其父母本的遺傳物質傳遞時發現有13.93位點存在與父母本均不相同的等位變異情況相同.表明野生和栽培大豆的種間雜交并不單純是遺傳物質的簡單組合，更重要的是它可以通過基因的重組創造出新的優良基因型種質.

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(責任編輯:吳顯達)

Molecular confirmation of genetic contribution of wild soybean to Chinese soybean cultivars

Lü Zhuzhang

(Rizhao Polytechnic College, Rizhao, Shandong 276826, China)

SSR markers were used to identify the genetic contribution of wild soybean to 10 soybean cultivars. The results show that wild soybean contains a few specific alleles, with 17.27% utilization rate. Backcross can reduce the utilization rate of specific alleles of wild soybean, and 19 specific alleles, associated with pod size and number, stearic acid level and anti SCN, which located in 16 loci, can be easily utilized by genetic methods. Ten soybean cultivars produced 18 new alleles from 13 loci. In conclusion, improvement and innovation of soybean is promising based on wild soybean. Genetic contribution of different hybrids upon bred cultivars varied significantly. Desirable traits, including small grain, multi pod, high stearic acid level and resistance to cyst nematode are accessible to breeding and hybridization.

wild soybean; cultivar; SSR; allelic variation; genetic contribution

2016-12-02

2017-02-22

國家自然科學基金(30490250)；國家自然科學基金(30671310)

呂祝章(1964-)，男，教授，博士.研究方向：油料作物遺傳育種及分子生物學.Email：ytzhuzhang@163.com.

S565.1

A

1671-5470(2017)04-0379-08

10.13323/j.cnki.j.fafu(nat.sci.).2017.04.003