基于SNP芯片揭示中国玉米育种种质的遗传多样性与群体遗传结构

【目的】选择具有重要育种价值的玉米自交系进行遗传多样性与群体遗传结构解析,为玉米育种实践提供指导和参考。【方法】选用344份具有广泛代表性和时效性的玉米自交系,其中包括美国主要杂种优势群、由国内地方种质发展来的杂种优势群、由美国商业化杂交种选系发展来的杂种优势群以及近年来在中国玉米育种中应用的新种质。利用北京市农林科学院玉米研究中心自主研发的包含3 072个SNP位点的Maize SNP3072芯片对供试自交系进行全基因组扫描,揭示其遗传多样性与群体遗传结构。【结果】在344份自交系中,3 072个SNP标记所检测到的基因多样性为0.028—0.646,平均为0.442;多态信息含量(PIC)为0.028—0.570,平均PIC值为0.344。群体遗传结构分析表明,K=8时,△K值最大,即本研究所采用的自交系群体可以划分为8个类群,分别为旅大红骨群、黄改群(又称塘四平头群)、Iodent群、兰卡斯特群、P群、改良瑞德群、瑞德群和X群,其中前7个群已有报道且基本被育种家所公认,第8个群为近年来以X1132X等杂交种作为基础材料选育出的优新种质,命名为X群。比较8个类群,遗传分化系数(Fst)为0.319—0.512,遗传距离为0.229—0.514。AMOVA结果表明类群间存在显著的遗传变异,占总遗传变异的38.6%,类群内的遗传变异占58.1%。PCA(主成分分析)结果显示,X群与黄改群、兰卡斯特群遗传关系较远,与Iodent群遗传关系较近。各类群平均基因多样性分析结果表明,随着类群改良年代的增加,类群平均基因多样性降低,其中X群种质平均基因多样性最高;进一步分析表明,美国种质类群(兰卡斯特群、瑞德群和Iodent群)和国内地方种质改良系(旅大红骨群和黄改群)核心材料多样性下降幅度较大,P群和改良瑞德群核心材料下降幅度较小,X群核心材料则没有下降趋势,说明X群核心材料仍然保留了较高的遗传多样性,未来还有很大的育种潜力可挖掘。【结论】近年来,以X1132X等杂交种所构建的基础材料选育而成的京724等系列优良自交系,区别于其他已知的7大类群,可以单独成群,称之为X群。该群与黄改群之间存在较远的遗传距离,从分子水平验证了"X群×黄改群"这种强杂优模式具有良好的应用潜力。     

我国玉米品种标准DNA指纹库构建研究及应用进展

介绍了我国玉米品种标准DNA指纹库构建的进展及应用情况。我国玉米品种标准DNA指纹库规模已达到22 089份,经与国内外作物品种DNA指纹库比较,是全球品种数量和建库规模最大的DNA指纹库,并且在区域试验、品种权保护及种子质量管理等方面都得到了广泛应用。至今已开展玉米品种真实性鉴定等达40 000多份次。同时,对DNA指纹库构建未来发展进行预测,建议继续发挥SSR标记的作用、加快推进SNP标记的研发、发掘In Del标记的应用潜力并持续关注测序技术的发展。     

利用形态性状和SSR标记进行玉米品种的特异性鉴定

利用玉米DUS测试技术对20份玉米自交系的47个形态性状进行了调查,并进行SSR标记检测,结合这20份自交系的形态差异值和分子差异值进行品种特异性鉴定标准的分析。结果表明,根据20份自交系的差异值得出形态差异值≥2作为特异性判定的标准;根据形态差异值和分子差异值列出一个散点图,散点图表明形态差异值≥2和分子差异值≥2在判定品种的特异性上一致。因此,可以用分子标记差异值≥2作为品种特异性判定的标准,即SSR标记在两个及两个以上位点不同可以判定为不同品种。     

玉米自交系遗传关系的SSR标记分析

选用系谱明确的和系谱来源复杂的38个玉米自交系为材料，在玉米基因组上均匀选取62个SSR引物进行遗传关系分析：(ⅰ)分析SSR引物在这些自交系中的差异程度；(ⅱ)进行自交系的类群划分；(ⅲ) 明确SSR标记在不同来源类型玉米自交系的类群划分和遗传关系分析上的应用价值。62对SSR引物共检测到238个等位基因变异，平均每个位点的等位基因数4.08个，平均多态性信息量(PIC)0.612，平均标记索引系数(MI)2.58，三个指标对标记多态性的分析不完全一致。UPGMA聚类分析将38个玉米自交系分为瑞德、旅大红骨、塘四平头、兰卡斯特、P1、P2和热带素湾7个类群，划群结果与系谱基本吻合，同时对系谱来源复杂的自交系进行分析，明确了它们的归属。     

玉米品种DNA指纹数据库构建的标准化规范

为了保证玉米品种DNA指纹库构建的标准化,从建库标记、检测平台、试剂、样品、评估程序、数据整合、模式库、扩展库、随机盲测等九个方面进行了全面的规范:(1)通过对不同分子标记的比较,确定SSR标记作为建库标记;(2)通过对不同DNA指纹检测方法的比较,确定毛细管电泳结合多色荧光检测方法作为DNA指纹片段分析方法;(3)规范了DNA、引物、Taq酶等试剂质量,以保证数据的稳定性和可重复性;(4)规范了样品来源、样品类型及分析样品数量;(5)确定评估品种的数量及引物的取舍标准;(6)为解决不同来源DNA指纹数据的有效整合问题,提出了固定一套核心引物、提供标准品种、提供标准DNA、确定引物等位基因BIN、规定对异常带型数据处理方式、规定数据的编码方式等6个解决策略;(7)规范了构建模式库的材料名单、来源及构建方式;(8)规范了构建扩展库的材料来源及构建方式;(9)进行数据库数据随机盲测,以评估入库数据质量.以上规范将为不同单位合作开展大规模的DNA指纹库构建研究奠定基础.     

毛细管电泳荧光检测中的异常电泳类型及原因分析

采用毛细管电泳荧光检测技术进行玉米SSR标记的片段分析.利用峰型、峰面积和其它荧光干扰峰等方面的特征对特异峰和非特异峰进行甄别.分析了特异峰的具体表现类型及原因:包括N 1峰、稀有峰、连续多峰、三峰和高低峰等.探讨了片段扩增产物大小与异常峰型的关系.为保证玉米品种DNA指纹库构建的标准化,提出了数据统计规范化的解决方案.     

利用SSR标记进行玉米品种一致性检测研究

为了评估SSR标记在玉米品种一致性鉴定中的应用价值及确定基于SSR标记的玉米一致性鉴定标准,利用13个SSR标记对213份来自2004年国家区域试验的玉米单交种(包括16份重复材料)进行了一致性分析,每个品种取20个个体,除在染色体6和8上各选取了2个和3个标记外,其他染色体上均各选取1个SSR标记.结果显示:一致性检测中异型带的类型有7种,每种出现的概率不同;不同品种在不同引物位点的一致性分布情况差别较大.比较位于同一染色体的引物一致性检测结果,发现在相同染色体上位置较近的不同引物一致性检测结果具有较高的相关性,因此提出在选用一致性检测的引物时应遵循均匀分布的原则,减少引物间的相关性.通过剔除自交个体对品种一致性比率进行校正(仅有7个品种),校正值可反映品种真实的遗传一致性和稳定性.综合考虑品种在单个引物位点的一致性和在所有位点的平均一致性,提出了划分玉米品种一致性级别的标准.     

吉林省玉米新品种SSR标记指纹

以SSR标记为技术手段,利用20对核心引物,构建吉林省2005～2009年审定的174份普通玉米新品种的DNA指纹数据库,同时分析不同年份间审定品种的等位基因频率、等位基因数目、多态性信息指数的变化。结果表明,2005～2009年供试174份材料的平均等位基因数目略有下降,但平均多态性信息指数没有明显变化,不同年份间玉米品种的个别等位基因频率变化比较明显,分析可能在育种过程中人为施加了较强的定向选择而保留了下来,说明随着年份的变化,个别稀有等位基因可能在减少,但遗传多样性并没有降低。同时说明在评价玉米品种遗传多样性变化时,多态性信息指数反映的应该更加客观一些。吉林省玉米品种不同年度间的遗传多样性无明显变化,说明近些年吉林省审定的品种在育种资源、育种模式以及育种方向上变化较小,没有较大的突破。     

功能标记及在品种鉴定和辅助育种中的应用前景

功能标记是根据功能基因内部引起表型性状变异的多态性基序开发出来的一种新型分子标记.由于来自基因内的功能性基序,此类标记不需要进一步验证就可以在不同的遗传背景下确定目标等位基因的有无.本文详细描述了功能标记的概念及与其它几种类型遗传标记相比存在的优势:提出了功能标记开发的基本条件和发展策略.利用关联分析方法和近等基因系途径可以获得直接或间接的功能标记.结合本单位的研究方向,探讨了功能标记在分子标记辅助育种和品种鉴定中的应用潜力和开展相关工作的一些设想.     

基于Maize6H-60K芯片精准分型的玉米DH群体遗传规律研究

为解析玉米双单倍体(doubled haploid,DH)群体的遗传规律,使用自主研发的精准分型策略对‘先玉335’DH群体的Maize6H-60K芯片结果进行筛选校正和解析。结果表明:1)通过剔除单态、杂合、缺失标记,使用精准分型策略对标记准确聚类,获得的18 947个SNPs标记覆盖玉米全基因组。2)该群体在10条染色体上平均交换次数为1.84~1.03次,在6号染色体随体区域的交换次数显著减少。3)该群体在1、2、3、8号染色体上存在明显的偏分离现象;通过高频次、高密度的交换,染色体两臂端粒区域理论分离系数表现出回归到50%的趋势。利用获得的重组交换及分离规律可提高从DH群体中筛选到预期育种材料的准确性。