SSR標記遺傳距離與水稻秈粳衍生系雜種優勢的相關性分析

楊旺興，卓 偉，馬彬林，鄒文廣，韋新宇，張受剛，祁建民，許旭明*

(1. 三明市農業科學研究院，福建 沙縣 365059；2. 福建農林大學生命科學院， 福建 福州 350002)

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SSR標記遺傳距離與水稻秈粳衍生系雜種優勢的相關性分析

楊旺興1，卓 偉1，馬彬林1，鄒文廣1，韋新宇1，張受剛1，祁建民2*，許旭明1*

(1. 三明市農業科學研究院，福建 沙縣 365059；2. 福建農林大學生命科學院， 福建 福州 350002)

【目的】探討分子標記遺傳距離與雜種優勢的相關性?！痉椒ā坷肧SR標記分析8個水稻不育系和12個秈粳亞種間雜交衍生系的遺傳多樣性，按照不完全雙列雜交(NCII)獲得96個雜交組合，分析親本間遺傳距離與其主要產量性狀雜種優勢表現?！窘Y果】①秈粳衍生系雜種后代株高、穗長和千粒重表現為正向優勢，變異幅度較??；每穗實粒數和結實率雖表現相對不平衡，但均為較強正向優勢；有效穗數表現較弱，為負向中親優勢。②秈粳衍生系雜種F1在SSR標記遺傳距離0.2547～0.5660，穗長、株高、每穗實粒數、每穗總粒數、單株產量超親優勢與遺傳距離極顯著相關，與F1結實率、千粒重、有效穗數的雜種優勢相關不顯著?！窘Y論】在一定遺傳距離范圍內，SSR標記親本遺傳距離與雜種優勢之間有一定的相關性。

水稻;秈粳雜交;衍生系;SSR標記;雜種優勢

【研究意義】水稻是我國主產糧食作物之一，我國稻米產量約占世界總產量的40 %，提高水稻的產量水平對保障我國糧食安全具有重要的作用。水稻產量構成諸多因素中，優良品種的貢獻率約達40 %，因此新的基因和種質資源的發掘、創造，以及雜種優勢利用和研究是今后糧食增產的重要途徑和方向?！厩叭搜芯窟M展】水稻秈粳亞種間雜交由于親本遺傳距離較大，因此超親優勢明顯，后代變異豐富。育種家門認為在結合株型育種的基礎上，研究秈粳雜種優勢利用是提高水稻單產主要途徑之一。袁隆平[1]在雜交水稻超高產育種戰略中提出利用秈粳亞種間雜種優勢利用的構思，認為利用秈粳亞種間雜種優勢亦成為雜交稻育種的主攻方向。程式華等[2]認為提高親本間的遺傳差距，開展秈稻與粳稻亞種間雜交，是我國超級稻育種核心技術之一?？梢娎煤脕喎N內不同生態間雜種優勢和亞種間雜種優勢，已成為廣大育種工作者的共識，是提高我國雜交稻產量主要方法之一?！颈狙芯壳腥朦c】親本的遺傳多樣性是作物雜種優勢產生的基礎。常規育種，親本的雜種優勢需通過長時間的、大量的田間測交來評價；生物技術的快速發展和應用，育種家們可以通過分子標記揭示親本遺傳差異，為預測作物雜種優勢提供方法。其中SSR標記具有操作快速簡便、多態性高、成本低、穩定性好等優點，已被國內外學者用于各物種親本遺傳差異檢測[3-7]、遺傳多樣性分析[8-11]和雜種優勢預測。趙慶勇等[12]認為利用SSR分子標記可以有效鑒定雜交水稻親本的親緣關系。何風華等[13]利用SSR標記對41份材料進行遺傳多樣性分析，發現在品種分類和遺傳多樣性研究方面SSR標記是非常有效的，并可以用來指導親本選配和改良。Xiao等[14]應用SSR標記計算遺傳距離發現,亞種內分子標記間遺傳距離能夠較好地預測雜種優勢?！緮M解決的關鍵問題】本研究利用SSR標記分析12個秈粳衍生系與8個水稻不育系遺傳多樣性并按NCII法配組，分析遺傳距離與所配組合主要產量等相關性狀雜種優勢的相關性，為秈粳雜種優勢利用提供選擇性建議。

1 材料與方法

1.1 供試材料

8個水稻不育系(培矮64S、廣占63S、SE21S、中九A、K17A、廣抗13A、II-32A、金23A)，12個水稻秈粳亞種間雜交衍生系[15-18](明恢118、明恢398、明恢413、明恢417、明恢502、明恢503、明恢509、明恢512、92gk729、97gk1019、97gk1037、97gk419)以及配制的96個雜交稻組合。

1.2 試驗方法

1.2.1 農藝性狀調查 在三明市農科院水稻試驗田種植。隨機區組排列，3次重復，6月20日播種，7月20日移栽，每小區5行，每行8株，單本栽插規格為20 cm×20 cm。田間統一管理，選取有代表性的5株，收獲時考查株高、穗長、每穗總粒數、每穗實粒數、單株有效穗、千粒重、結實率共7個性狀。

1.2.2 DNA提取及SSR產物擴增 每份材料分別取2～3片新鮮幼嫩的葉片，用剪刀剪碎后經液氮磨碎，采用SDS法提取DNA冷凍保存。

1.2.3 電泳檢測 篩選108對SSR引物用于PCR擴增。PCR反應體系為20 μl，含1×Buffer(10 mmol·L-1Tris-HCl(pH 8.0)， 50 mmol·L-1NaCl，2.5 mmol·L-1MgCl2，0.08 %NonidetP40)，25 μmol·L-1dNTP，40 μmol·L-1的正、反向SSR引物各2 μl，Taq聚合酶1.5 U，20 ng模板DNA(Taq聚合酶、1×Buffer、SSR引物和dNTP均購自上海生工生物工程技術服務有限公司)。使用基因公司MG96G型PCR儀進行擴增，反應程序為：94 ℃模板DNA預變性5 min后，94 ℃變性45 s，55 ℃退火45 s，72 ℃延伸60 s，34個循環，最后72 ℃延伸10 min；10 ℃保存。

采用DYCZ-30型電泳儀進行電泳。凝膠成分包括30 %丙烯酰胺，10 %過硫酸銨，0.1 % TEMED；電泳緩沖液為1×TBE，電泳電壓250 V，電泳約1.5 h，銀染檢測結果。

1.2.4 數據記錄與分析 SSR是共顯性標記。數據采取人工讀帶，只記錄主要帶型、忽略弱雜帶型。記錄為“1” 時表示有帶，記錄為“0” 時表示為無帶。用PIC_CALC(Version0.6)計算位點的多態性信息量值(PIC)。數據采用NTSYS 2.10e計算相似系數，按UPGMA法聚類分析，繪制品種間的遺傳聚類樹狀圖。雜種優勢[19]包括中親優勢、超親優勢及競爭優勢。所有數據統計在excel電子表格上進行，相關性分析在DPS7.05上進行。

2 結果與分析

2.1 SSR分子標記的多態性

多態信息含量指數反映了某一對SSR引物對品種的區分能力，可用來衡量某個基因位點等位變異程度的高低。本研究從108對SSR引物中篩選出分布于水稻12條染色體上的80對引物，其擴增產物具有明顯多態性，帶型穩定(表1)。每對引物檢測到的多態性片段為2～5條，共檢測到206條多態性片段，平均每個位點有2.6個等位基因。80對引物的平均多態性信息量為0.439，位點RM559的PIC值最小，為0.095；位點RM410的PIC值最大，為0.775；位點RM307的PIC值次之，為0.720；可以看出RM410、RM307是很好的標記位點，能很好的區分品種。表明本研究選用的引物合理且所用的秈粳材料等位基因變異幅度大，有著豐富的遺傳多樣性。

表1 SSR引物、染色體位置、等位基因數目及多態性信息含量指數

2.2 SSR標記揭示的親本間遺傳關系分析

利用206條SSR 標記多態性片段，計算20個親本間的遺傳相似性系數，遺傳距離變幅為0.2547～0.5660，平均遺傳距離為0.3859。不育系與恢復系的平均遺傳距離分別為0.2934、0.3096，可見不育系的遺傳差異小于恢復系。不育系廣占63S與恢復系明恢417遺傳距離最小，為0.2547；不育系K17A(同型保持系K17B)與恢復系gk729遺傳距離最大，為0.5660?；謴拖灯骄z傳距離與兩系不育系廣占63S距離最小，為0.3596；與三系不育系K17A (同型保持系K17B)遺傳距離最大，為0.4060。供試不育系平均遺傳距離與恢復系明恢398最小，為0.3142；與恢復系gk729最大，為0.5037。

20份材料利用ntsys2.10e軟件計算出相似性數進行聚類(圖1)，在相似性數0.674處，可將親本分為5類，第一類為SE21S，廣占63S、金23B、中九B、II-32B、K17B和廣抗13B；第二類為光溫敏核不育系培矮64S；第三類為偏秈型秈粳衍生系，包括明恢118、明恢417、97gk1037和明恢512，其粳稻成份指數[18]均低于15.38 %；第四類為偏粳型秈粳衍生系，包括97gk419、明恢413、明恢509、明恢398、97gk1019、明恢503和明恢502，其粳稻成份指數在19.23 %～42.31 %；第五類為秈粳衍生系祖先親本92gk729，其粳稻成份指數為46.15 %，所含秈稻和粳稻成份幾乎相當。由此可見供相對于光溫敏核不育系培矮64S，其他供試不育系遺傳變異均較??；而遺傳變異大的秈粳衍生系，遺傳背景相應也較復雜，因此需要合理配組，以降低秈粳亞種間雜交后代分蘗偏少、結實率偏低、甚至株高偏高等問題。

圖1 20份供試材料SSR聚類圖 Fig.1 Dendrogram for 20 materials based on SSR markers

參數Parameter株高Plantheight有效穗數Effectivepanicle穗長Paniclelength每穗總粒數Totalgrainsperpanicle每穗實粒數Filledgrainsperpanicle結實率Seedsettingrate千粒重1000-grainweight單株產量Yieldofperplant中親優勢MH超親優勢OH中親優勢MH超親優勢OH中親優勢MH超親優勢OH中親優勢MH超親優勢OH中親優勢MH超親優勢OH中親優勢MH超親優勢OH中親優勢MH超親優勢OH中親優勢MH超親優勢OH競爭優勢CA平均值(%)Mean23.9310.92-6.51-16.2514.637.9324.33-0.8058.2710.9834.091.735.23-1.8269.1728.407.03標準差STD11.7511.1622.2822.967.517.8119.7919.8244.7926.9844.4419.785.687.5063.0237.0022.71變幅(%)Range-1.14-7.3-55.64-68.95-1.49-11.23-5.38-44.04-7.69-40.95-31.38-33.92-7.76-15.33-8.51-33.04-35.0759.8545.5656.2547.3137.3434.6596.5752.66257.79105.5164.7375.9420.6316.73248.66200.3361.56正向優勢組合數NCPH9580311995849044916374387735907653

Note：STD：standard deviation；NCPH：Number of combinations showing positive heterosis；MH：Mid-parent heterosis ；OH：Over-parent heterosis.

表3 親本遺傳距離與雜種F1相關農藝性狀超親優勢的相關系數

注：*顯著相關；**極顯著相關。

Note：*means that the difference is significant at the 0.05 level；** mean that the difference is significant at the 0.01 level.

2.3 F1主要農藝性狀雜種優勢表現

分析秈粳衍生系所配組合F1主要產量性狀及株高的雜種優勢(表2)。表現為超親優勢的有株高、穗長、每穗實粒數和單株產量；表現為正向中親優勢有每穗總粒數、結實率和千粒重；有效穗數即雜種F1的分蘗力表現較弱，為負向中親優勢。供試組合中，株高、穗長的優勢組合率均為98.96 %，其變異幅度也較小，這樣就可以在配組前，利用雙親的株高和穗長對雜種F1株高和穗長作出相應預判。從表2也可以看出，供試秈粳衍生系配組F1在結實率和每穗實粒數方面均有較好的雜種優勢表現，但結實率中親優勢、超親優勢標準差分別為44.44 %、19.78 %，每穗實粒數中親優勢、超親優勢標準差分別為44.49 %、26.89 %?？梢娪捎谄贩N間有差異，結實率和每穗實粒數的組合優勢率變幅相對較大，部分材料還是有秈粳亞種間雜交后代結實率低下的遺傳特征。單株產量方面正向超親優勢組合76個，超親優勢率為(28.40±37.00)%；正向競爭優勢組合53個，競爭優勢率為(7.03±22.71) %?？梢姸i粳衍生系組合由于個別主要產量性狀差異幅度較大，組合產量優勢不明顯，因此，在配組的時候，可以利用性狀互補原則，選用性狀互補不育系與秈粳衍生系進行配組，從選育的角度，以最大限度降低秈粳衍生系雜種F1有效穗數、每穗實粒數和結實率對產量的影響。

2.4 F1主要農藝性狀雜種優勢與SSR標記遺傳距離的相關性

從表3可以看出，96個組合在0.2547～0.5660遺傳范圍內，遺傳距離對F1結實率、千粒重、有效穗數雜種優勢相關性不顯著；株高超親優勢與遺傳距離表現出極顯著相關(r=0.45**)，穗長超親優勢與遺傳距離呈極顯著正相關(r=0.29**)，每穗總粒數超親優勢與遺傳距離呈極顯著正相關(r=0.32**)，每穗實粒數超親優勢與遺傳距離極顯著正相關(r=0.37**)，單株產量超親優勢與遺傳極顯著正相關(r=0.34**)。因此，在SSR標記0.2547～0.5660遺傳范圍內，親本間遺傳距離與雜種相關農藝性狀超親優勢之間有一定的相關性。

3 討 論

利用DNA分子標記計算親本間遺傳距離進而預測雜種優勢，前人做了大量研究，多從秈稻或粳稻入手[20-22]，張禮霞等[23]研究發現雜交秈稻的遺傳距離與雜種優勢相關不顯著，而雜交粳稻卻表現顯著相關性。羅小金等[24]研究表明F1單株產量與遺傳距離的相關程度普遍高于其超親優勢與遺傳距離的相關程度。蔡健等[25]研究結果表明雜種產量優勢、F1產量、特殊配合力與遺傳距離都呈顯著正相關。張培江等[26]利用RAPD標記研究水稻雜種優勢與遺傳距離的相關性, 認為在水稻親本遺傳距離增大的同時，選育強優勢組合的概率隨之增大。趙慶勇等[27]研究表明除每穗總粒數外，分子標記遺傳距離與雜種性狀平均值的相關均達到顯著或極顯著水平，與雜種優勢的相關均達到極顯著水平?？梢?，前人以秈粳亞種間雜交衍生系為對象研究遺傳距離與雜種優勢相關性較為少見，也未能得出一致的結論。

4 結 論

本研究是以秈粳亞種間雜交衍生系為研究對象，分析SSR標記遺傳距離與雜種優勢相關性，在0.2547～0.5660遺傳范圍內96個組合，遺傳距離對F1結實率、千粒重、有效穗數的雜種優勢均未達到顯著水平；株高、穗長、每穗總粒數、每穗實粒數、單株產量超親優勢與遺傳距離表現出極顯著相關，單株產量競爭優勢與遺傳距離也表現不顯著相關。因此，當在一定的遺傳距離范圍時，遺傳距離與雜種F1個別農藝性狀雜種優勢之間有一定的相關性，不足以對雜種F1產量優勢進行預測，這也和研究樣本的多樣性、環境的互作以及全基因組遺傳距離與單一產量關聯性大小[28]等因素有一定關系。因此，在利用秈粳衍生系進行雜交配組時，應注意親本間的遺傳距離，但當遺傳距離過大時，由于遺傳差異過大容易使親本間產生不親和性，反而會使雜種優勢與遺傳距離的相關性減弱, 甚至沒有相關性。

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(責任編輯 李山云)

Analysis on Correlation between Heterosis and Genetic Distance Based on Simple Sequence Repeat Markers inIndica-japonicaCross Derived Lines

YANG Wang-xing1, ZHUO Wei1, MA Bin-lin1, ZOU Wen-guang1, WEI Xin-yu1,ZHANG Shou-gang1, QI Jian-min2*, XU Xu-ming1*

(1.Sanming Academy of Agricultural Sciences，Fujian Shaxian 365059，China;2.College of Life Sciences, Fujian Agriculture & Forestry University, Fujian Fuzhou 350002, China)

【Objective】The study was used to analyze on correlation between heterosis and genetic distance based on Simple Sequence Repeat Markers.【Method】Genetic diversity among 20 derived lines ofindica-japonicahybrid rice was studied using the simple sequence repeat (SSR) markers, and relationship between genetic distance based on SSR markers and yield heterosis was analyzed using the materials consisted of 20 parents and 96 F1hybrids with a 12*8 diallel crossing design.【Result】(i)The plant height, panicle length and 1000-grain weight showed positive heterosis with less variation range; The grain number per panicle and the seed setting rate showed positive heterosis with relatively larger variation range, and the unbalance existed in theIndica-japonicacross derived lines；The effective panicle number showed negative mid-parent heterosis. (ii)The parental of 96 F1hybrid at the genetic distance for 0.2547-0.5660, the correlation between heterosis of F1seed setting rate,1000-grain weight and GD has negligible effect, the correlation between heterosis of effective panicles and GD has no significant correlation；However, the correlation between heterosis of plant height, heterosis of panicle length, heterosis of total spikelets per panicle, heterosis of spikelets per panicle, yield per plant of spikelets per panicle and GD appeared to be significant atP<0.01.【Conclusion】At the parental genetic distance for certain range, heterosis and genetic distance has significant correlation.

Rice (OryzaSativaL); Hybrids betweenIndicaandJaponica; Derived lines; Simple sequence-repeat; Heterosis

1001-4829(2017)6-1251-06

10.16213/j.cnki.scjas.2017.6.002

2016-08-03

國家水稻產業技術體系專項(CARS-01)；福建省科技重大專項(2012NZ0003)；福建省科技計劃項目(2015S0065)；三明市科技計劃項目(2014-N-2)

楊旺興(1979-)，男，碩士，副研究員，主要從事水稻遺傳育種研究，E-mail：yyy99425@163.com，*為通訊作者，E-mail：fj63xxm@sina.com。

S511.2

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