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Identification of resistance marker genotype and genetic diversity of maize germplasm with resistance to southern corn rust

玉米抗南方锈病种质标记基因型鉴定与遗传多样性分析



全 文 :植物保护学报 Journal of Plant Protection, 2015, 42(6): 899 - 907 DOI: 10􀆰 13802 / j. cnki. zwbhxb. 2015􀆰 06􀆰 006
基金项目:国家现代农业(玉米)产业技术体系(CARS⁃02),中国农业科学院作物科学研究所中央级公益性科研院所基本科研业务费
专项(1610092015002⁃01)
∗通讯作者(Author for correspondence), E⁃mail: wangxiaoming@ caas. cn
收稿日期: 2015 - 07 - 10
玉米抗南方锈病种质标记基因型鉴定与
遗传多样性分析
段灿星  江  凯  秦子惠  孙素丽  宋凤景  王晓鸣∗
(中国农业科学院作物科学研究所, 国家农作物基因资源与基因改良重大科学工程, 北京 100081)
摘要: 为阐明玉米抗南方锈病种质的标记基因型和遗传背景,利用 7 个与玉米抗南方锈病 3 个基
因连锁的 SSR标记鉴定了 38 份抗病玉米种质的标记基因型,并采用 40 个多态性 SSR标记对 39 份
抗南方锈病的玉米自交系和 6 个标准测验种进行了遗传多样性研究。 结果表明,7 个与抗病基因
连锁的 SSR标记将 38 份抗病种质鉴定为 17 种标记基因型,表明可能存在多样的抗性基因组合方
式;辽 2204 等 9 份种质仅扩增出齐 319 的标记基因型,沈 136 和 W456 仅扩增出 W2D的标记基因
型;种质 LO932 未扩增出与齐 319、P25和 W2D相同的标记,可能携带新的抗南方锈病基因;相近遗
传背景的抗性种质分属不同的标记基因型,表明抗病种质可能携带的抗南方锈病基因在育种选择
中发生了分离。 40 对多态性 SSR引物在 45 份自交系中共检测出 115 个等位基因变异,平均每对
引物检测到 2􀆰 88 个等位基因,变异范围为 2 ~ 4;平均多态性信息含量为 0􀆰 4649,变化范围为
0􀆰 1258 ~ 0􀆰 6951;通过 UPGMA聚类分析,39 份抗病材料被划分到以标准测验种为代表的 6 个杂种
优势亚群中,与系谱分析基本一致,这为在育种中合理利用抗源提供了信息。
关键词: 玉米; 南方锈病; SSR标记; 抗病标记基因型; 遗传多样性
Identification of resistance marker genotype and genetic diversity of
maize germplasm with resistance to southern corn rust
Duan Canxing  Jiang Kai  Qin Zihui  Sun Suli  Song Fengjing  Wang Xiaoming∗
(Institute of Crop Science / National Key Facility of Crop Gene Resources and Genetic Improvement,
Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China)
Abstract: To understand resistance marker genotype and genetic background of maize lines with
resistance to southern corn rust (SCR), seven SSR markers linked to three SCR resistance genes were
used to genotype 38 resistant maize inbred lines and 40 polymorphic SSR makers were adopted in genetic
diversity analysis of 39 resistant maize lines. A total of 17 resistance marker genotypes were identified,
indicating there may be different combinations of SCR resistance genes among 38 resistant maize
accessions. The same marker genotypes as those of Qi 319 were amplified among nine lines, e. g. Liao
2204. The marker genotypes of Shen 136 and W456 lines were the same as those of W2D; LO932 might
carry new SCR resistance gene which was different from Qi 319, P25 and W2D lines. The lines with
similar genetic background belonged to different marker genotypes, suggesting that new combination or
separation of resistance genes occurred in the course of breeding. A total of 115 alleles were detected in
45 maize lines with an average of 2􀆰 88 and a range of 2 - 4 per locus. The polymorphism information
content (PIC) averaged 0􀆰 4649, ranging from 0􀆰 1258 to 0􀆰 6951. Using UPGMA analysis, the 45 maize
lines were classified into six heterosis subgroups, which were consistent with pedigree information and
would provide basis for utilizing resistance germplasm in breeding.
Key words: maize; southern corn rust; SSR marker; resistance marker genotype; genetic diversity
    玉米 Zea mays L.是我国重要的粮食作物,也是
重要的饲料作物、工业原料和能源植物,在国民经济
和农业生产中占有非常重要的地位。 2003 年以来,
中国玉米种植面积及总产量持续增长,已成为第 1
大农作物,因此,玉米的安全生产直接影响到中国粮
食作物的生产稳定(段灿星等,2015)。 玉米南方锈
病是由多堆柄锈菌 Puccinia polysora Underw.引起的
世界性气流传播病害,主要分布在东南亚、非洲、美
洲中南部等热带、亚热带玉米种植地区(Melching,
1975)。 20 世纪 90 年代后期,南方锈病开始在我国
夏玉米种植区的南部发生,并且发生区域逐渐向北
扩展,已成为南方玉米产区和黄淮夏玉米产区的常
见病害。 病害流行时,玉米叶片被病菌橙黄色的夏
孢子堆和夏孢子所覆盖,导致叶片很快干枯死亡。
南方锈病的发生对玉米生产影响较大,导致严重减
产(Rodrigues⁃Ardon et al. ,1980;王晓鸣等,2006;郭
云燕等,2013)。
利用抗病品种是控制南方锈病最为安全、经济
和有效的措施,而筛选优异的抗病种质是开展抗病
育种的前提。 近年来,国内在对玉米抗南方锈病种
质资源鉴定的研究中已筛选出一些抗性种质,但大
多数玉米品种和自交系对南方锈病多表现为感病
(任转滩,2006;杜青等,2013;江凯等,2013)。 目
前,我国育种中利用的南方锈病的抗源主要来自美
国杂交种 78599 的二环选系,如齐 319,抗源的单一
预示着存在较大的生产风险,一旦病菌的致病力发
生变异,将直接导致生产的巨大损失。 因此开展玉
米抗南方锈病种质资源的深入鉴定与遗传多样性研
究,对于认识已知抗南方锈病种质的抗性背景差异
和在育种中科学利用抗病自交系具有重要意义。
迄今,国际上已在玉米中鉴定出 Rpp1(Storey &
Howland,1967 )、 Rpp2 ( Storey & Howland, 1957 )、
Rpp9(Ullstrup,1965)、Rpp10(Chávez⁃Medina et al. ,
2007)共 4 个显性和 1 个部分显性的 Rpp11 以及 1
个隐性的抗南方锈病基因(Bhavani et al. ,2013)。
我国也分别在自交系齐 319、P25、W2D、CML470 和
SCML205 的第 10 染色体上定位了 5 个抗南方锈病
基因 RppQ(Chen et al. ,2004;Zhou et al. ,2007)、Rp⁃
pP25 (刘章雄等, 2003; Zhao et al. , 2013 )、 RppD
(Zhang et al. , 2010 )、 RppC (姚国旗等, 2013 ) 和
RppS(Wu et al. ,2015)。 近年来,还在玉米染色体
1、2、4、5、6、8、9、10 上分别发现了一些抗南方锈病
的数量抗性性状位点(Brunelli et al. ,2002;Jines et
al. ,2007;Wanlayaporn et al. ,2013)。 此外,还有其
它在不同玉米材料上发现抗南方锈病基因的报道
(Futrell et al. ,1975; Scott et al. ,1984;Holland et
al. ,1998)。 由于目前尚未有抗南方锈病基因被克
隆,因此在利用方面只能采用已发现的相关基因标
记。 利用抗南方锈病的基因标记,有助于玉米自交
系的抗病性改良和开展包含抗南方锈病基因在内的
多个抗病基因的聚合(赵峰,2008;李少博等,2012;
张斌,2012)。 本试验利用国内已获得的 7 个与抗南
方锈病 3 个基因连锁的 SSR 标记和 40 对全基因组
分布的多态性 SSR标记,研究了经多年接种鉴定获
得的抗南方锈病玉米自交系、地方品种及群体的抗
病标记基因型和遗传多样性,旨在发掘抗南方锈病
基因并为利用不同杂种优势亚群的抗病材料进行抗
病育种提供信息。
1 材料与方法
1􀆰 1 材料
供试玉米材料:本研究共涉及 46 份玉米材料,
一部分为 6 个杂种优势亚群的标准测验种齐 319、
B73、Mo17、掖 478、黄早四和丹 340(表 1) (李新海
等,2003);另一部分为经多年鉴定对玉米南方锈病
表现稳定抗病性的 40 份玉米材料,包括 38 份待测
种质和 2 份参考自交系 W2D和 P25(表 2)。 均由中
国农业科学院作物科学研究所和中国农业大学
提供。
试剂: CTAB 裂解液 ( 0􀆰 02 mol / L EDTA、 2%
CTAB、1􀆰 4 mol / L NaCl、 0􀆰 1 mol / L Tris⁃HCl )、氯
仿 ∶酚 ∶异戊醇(24 ∶ 25 ∶ 1)、TE 溶解液(1 mmol / L
EDTA、10 mmol / L Tris⁃HCl,pH 8􀆰 0)、40%的丙烯酰
胺溶液(38 g丙烯酰胺、2 g 甲叉双丙烯酰胺丙烯酰
胺)所用试剂均为国产分析纯;dNTP、Taq 酶,北京
鼎国昌盛生物技术有限责任公司。
仪器:DYY⁃12 型电泳仪,北京市六一仪器厂;
MM400 混合研磨仪,德国 Retsch 公司;Q5000 紫外
009 植  物  保  护  学  报 42 卷
可见分光光度计,美国 Quawell公司;GeneAmp 9700
PCR热循环仪,美国 ABI公司。
1􀆰 2 方法
1􀆰 2􀆰 1 多态性 SSR引物的筛选
用于标记基因型研究的 7 个 SSR 引物是与抗
南方锈病基因 RppO、RppD、RppP25 连锁的标记,其
中 umc1318、umc2018、phi041、phi118 和 umc1293 标
记分别位于齐 319 抗病基因 RppQ 两侧并连锁
(Chen et al. ,2004);umc1291 标记与 W2D 抗病基
因 RppD 连锁,遗传距离为 2􀆰 9 cM(Zhang et al. ,
2010);phi059 标记与 P25的抗病基因 RppP25 连锁,
遗传距离为 5􀆰 8 cM(刘章雄等,2003)(图 1)。 从玉
米遗传学和基因组学数据库( http: / / www. maizeg⁃
db. org)的 220 对 SSR 引物中,筛选出多态性高、扩
增稳定、主带型较为清晰且平均分布在玉米 10 条染
色体上的 40 对引物,用于供试玉米抗性种质的遗传
多样性分析。 上述引物均由北京三博远志生物技术
有限责任公司合成。
表 1 标准测验种的划分及对南方锈病的抗性
Table 1 Resistance reaction to southern corn rust in standard maize test varieties
杂种优势群
Heterotic group
        亚群
  Subgroup
标准检测种
Standard test variety
抗性
Resistance reaction
Reid种质 (A)
Reid germplasm
BSSS (Iowa坚秆合成群体
Iowa stiff stalk synthetic)
B73 S
PA (美国现代杂交种中 A群种质
Group A in modern American hybrid)
掖 478 Ye 478 S
非 Reid种质 (B)
Non⁃Reid germplasm
Lan (典型 Lancaste种质
Typical Lancaste germplasm)
Mo17 S
PB (美国现代杂交种中 B群种质
Group B in modern American hybrid)
齐 319 Qi 319 HR
国内种质 (D) 四平头 Sipingtou (SPT) 黄早四 Huangzaosi HS
Domestic germplasm 旅大红骨 Lüda Red Cob (LRC) 丹 340 Dan 340 S
    S: 感病; HS: 高感; HR: 高抗。 S: Susceptible; HS: highly susceptible; HR: highly resistant.
1􀆰 2􀆰 2 SSR标记扩增
采用 CTAB 法提取并纯化玉米基因组 DNA。
利用紫外可见分光光度计检测 DNA 浓度并稀释到
50 ng / μL,保存在 - 20℃下备用。 PCR 扩增反应在
GeneAmp 9700 热循环仪中进行,扩增体系为 20
μL: 10 × PCR Buffer 1􀆰 5 μL、10 mmol / L dNTP 0􀆰 5
μL、2 μmol / L上下游引物各 1􀆰 5 μL、2􀆰 5 U / μL Taq
酶 1􀆰 25 U、模板 DNA 1􀆰 5 μL,ddH2O 补足 20 μL。
扩增程序为:94℃预变性 5 min,94℃变性 1 min,
55 ~ 60℃退火 30 s(因引物而定),72℃延伸 1 min,
35 个循环,72℃延伸 10 min,最后 10℃保存。 PCR
反应经聚丙烯酰胺凝胶电泳检测,然后根据 Sangui⁃
netti et al. (1994)的方法银染显色。 DNA 条带利用
装有荧光灯的灯箱进行观察记录,条带大小根据
100 bp DNA ladder进行目测估计。
1􀆰 2􀆰 3 标记基因型分析
检测与抗南方锈病基因连锁的 7 个 SSR 标记
的扩增特性,当 SSR标记在待测材料中扩增出与参
考自交系中相同的特异条带,记为“ + ”,未扩增出
相应条带,则记为“ - ”,以齐 319、P25和 W2D 为参
考自交系,比较 38 份待测材料与参考自交系中抗病
基因连锁标记的分子特征。
1􀆰 2􀆰 4 遗传多样性分析
以“0”、“1”统计 40 对用于多样性分析的 SSR
引物的扩增带型,建立数据库。 在相同迁移率位置
上,有带记为“1”,无带记为“0”,缺失记为“9”。 利
用群体遗传学分析软件 PopGene32 1􀆰 31 计算出等
位基因数、遗传相似度和遗传距离,标记位点的多态
性信息量(polymorphism information content,PIC)按
公式 PIC = 1 - Σfi2 计算,fi2 表示 i 位点的基因频率
(Smith et al. ,1997)。 利用 NTSYSpc 2􀆰 11 软件的
UPMGA法进行聚类分析,并绘制供试玉米材料聚
类分析图。
2 结果与分析
2􀆰 1 抗南方锈病材料的抗病标记基因型
以 3 份抗南方锈病参考自交系齐 319、P25和
W2D的抗病基因连锁标记特征为依据,将 38 份抗
病材料鉴定为 17 种标记基因型,表明 38 份材料中
具有较多类型的抗病基因组合形式(表 2)。 自交系
遵 90110、SW⁃107、赤 556 与齐 319 在 5 个扩增位点
具有完全相同的标记基因型,31 个抗病材料与齐
1096 期 段灿星等: 玉米抗南方锈病种质标记基因型鉴定与遗传多样性分析
图 1 抗南方锈病基因 RppQ、RppP25 和 RppD
在玉米 10 号染色体上的连锁分子标记位点
Fig. 1 Linked molecular marker loci of RppQ, RppP25
and RppD genes in chromosome 10 in maize
 
319 有 1 ~ 4 个位点相同的标记基因型,而抗病基因
RppQ两端距离较近的 2 个标记位点 umc1318 和
phi041 均获得扩增的有遵 90110 等 6 份材料,表明
这些材料可能携带 RppQ基因;沈 136、SW15、LO932
和 W456 未扩增出与齐 319 相同的带型;3564 等 19
份材料在 phi059 位点与 P25具有相同的标记基因
型;遵 90110 等 24 份材料在 umc1291 位点与 W2D
标记基因型一致;同时扩增出 phi059 和 umc1291 连
锁标记的材料有 16 份,辽 2204 等 11 份未扩增出
P25和 W2D 的连锁标记带型;而自交系 LO932 与
齐 319、P25和 W2D标记基因型完全不同,可能携带
不同于 RppQ、RppP25 和 RppD基因的抗南方锈病新
基因。
2􀆰 2 SSR标记的多态性分析
40 对引物在包括 6 个测验种在内的 45 份玉米
自交系(W2D缺乏数据,除外)中共检测出 115 个等
位基因位点,变异范围为 2 ~ 4 个,平均每对引物为
2􀆰 88 个。 40 对引物多态性信息含量 ( PIC ) 在
0􀆰 1258 ~ 0􀆰 6951 之间,平均为 0􀆰 4649,其中 PIC 最
高的是引物 phi402,为 0􀆰 6951,最低的是 phi014 和
phi050,为 0􀆰 1258(表 3)。
2􀆰 3 抗性材料的遗传多样性与杂种优势亚群划分
利用 40 个多态性 SSR标记计算备测 39 份材料
(W2D缺乏数据,除外)之间的遗传相似系数,范围
在 0􀆰 32 ~ 0􀆰 96 之间,平均为 0􀆰 51。 除辽 2204 与
7872、SW113 与 SW115 之间相似系数均高达 0􀆰 96,
齐 319 与 P25之间为 0􀆰 83 外,多数材料之间的相似
系数小于 0􀆰 75,表明在这些抗南方锈病材料间存在
较高的遗传变异或遗传多样性。
以 UPMGA 法进行聚类分析时,当相似系数为
0􀆰 520 时,45 份材料(W2D 缺乏数据,除外)被划分
为 2 大群,在 0􀆰 564 时,进一步将材料划分为 6 个亚
群(图 2)。 亚群Ⅰ包含 20 份材料,是以齐 319 为代
表的 PB 亚群;亚群Ⅱ共 4 份,是以 Mo17 为代表的
Lan亚群;亚群Ⅲ共 8 份,是以黄早四为代表的四平
头亚群;亚群Ⅳ共 6 份,是以丹 340 为代表的旅大红
骨亚群;亚群Ⅴ共 3 份,是以掖 478 为代表的 PA 亚
群;亚群Ⅵ共 4 份,是以 B73 为代表的 BSSS 亚群。
表明检测的 39 份抗南方锈病材料涵盖了玉米杂种
优势的所有 6 个亚群。 19 份抗病材料(48􀆰 7% )在
遗传背景方面与齐 319 具有较高的相似性,而这些
材料也均扩增出与齐 319 相关的抗病基因连锁标
记;4 份(80% )农家种白玉米、八十天、小白籽和小
黄玉米均在四平头亚群中,同时这 4 份农家种仅在
1 个抗病基因连锁标记位点与齐 319 相同,其中 2
份均同时扩增出与 P25和 W2D 连锁位点相同的条
带,表明其抗性基因的组成具有多样性。 来自泰国
Suwan后代的 5 份材料被划分到了 3 个不同的亚群
中,表明其遗传背景有较大的差异。
3 讨论
优异的抗性种质资源是作物抗病育种的重要物
质基础。 生物技术的发展使得植物的一些抗病基因
被克隆,使育种家能够很好地加以育种利用,但更多
的抗病基因目前仍处于基因定位和标记阶段。 利用
抗病基因标记,特别是同时利用位于基因两侧的多
     
209 植  物  保  护  学  报 42 卷
表 2 38 份抗南方锈病的玉米材料标记基因型鉴定
Table 2 Marker genotypes of 38 maize lines with resistance to southern corn rust
材料
Line
抗性
Resistance
抗病基因连锁 SSR标记 SSR linkage maker of resistance to southern corn rust
umc1293 phi118 phi041 umc1318 umc1291 umc2018 phi059
参考自交系 Ref. line
  齐 319 Qi 319 HR + + + + - + -
  P25 HR + - - + + + +
  W2D HR - + - - + - -
自交系 Inbred line
  遵 90110 Zun 90110 HR + + + + + + -
  辽 2202 Liao 2202 HR + + - + + - -
  辽 2204 Liao 2204 HR - - + + - - -
  沈 136 Shen 136 HR - - - - + - -
  5363 MR + + - + - - -
  5364 MR + + - + + - +
  5304⁃48 R - + - - + - +
  C8605⁃2 HR - + + + - - -
  双 M9B⁃1 Shuang M9B⁃1 HR - + - + + - +
  SW⁃15 R - - - - + - +
  SW⁃94 HR + - - + + - +
  SW⁃107 HR + + + + + + +
  SW⁃113 HR - + - - + - +
  SW⁃115 HR - + + - + - +
  LO932 R - - - - - - -
  CA091 HR - + + + - - -
  K36 HR - - - + + - -
  W456 HR - - - - + - -
  赤 556 Chi 556 HR + + + + + + +
  赤 547 Chi 547 HR + - - - + + +
  3271 HR - - - + + - -
  NX3 HR - - - + + - +
  NX33 R - - - + - - +
  1388 HR + - - - + - +
  7872 HR - + + - - + -
  70391 HR - - - + + - +
  CML147 R - + - - + - +
  CML180 HR - - - + - + +
  Dr11 HR + - - + + + -
  A69 HR - - - + - - +
  A101 HR - - - + + + -
群体 Population
  冀库 6 Jiku 6 MR + - - + - + -
  冀库 12 Jiku 12 R - + - - - + -
地方品种 Landrace
  白玉米 Baiyumi R - - - - + + +
  八十天 Bashitian HR - - - - - + -
  小白籽 Xiaobaizi HR - - - - - + -
  小黄玉米 Xiaohuangyumi MR - - - + + - +
  老来秕 Laolaibi HR - - - + + + -
    HR: 高抗; MR: 中抗; R: 抗性; + : 引物扩增出相应条带; - : 未扩增出相应条带。 HR: Highly resistant; MR: moderate⁃
ly resistant; R: resistant; + : successful amplification of specific band; - : failed amplification of specific band.
3096 期 段灿星等: 玉米抗南方锈病种质标记基因型鉴定与遗传多样性分析
表 3 40 对 SSR引物在 45 份玉米材料中的多态性
Table 3 Polymorphic analysis of 40 SSR primers in 45 maize lines
SSR 位点
SSR locus
位置
Bin
多态性信息量
PIC
等位基因数
No. of alleles
SSR 位点
SSR locus
位置
Bin
多态性信息量
PIC
等位基因数
No. of alleles
phi056 1􀆰 01 0􀆰 4692 3 phi113 5􀆰 03 0􀆰 5571 3
phi097 1􀆰 01 0􀆰 1546 2 phi048 5􀆰 07 0􀆰 5894 3
bnlg176 1􀆰 03 0􀆰 2992 4 phi128 5􀆰 07 0􀆰 5357 3
phi037 1􀆰 08 0􀆰 5285 3 phi077 6􀆰 01 0􀆰 3863 2
phi011 1􀆰 09 0􀆰 5615 3 phi081 6􀆰 05 0􀆰 2170 2
phi402 2􀆰 00 0􀆰 6951 4 phi070 6􀆰 07 0􀆰 5275 3
umc1422 2􀆰 02 0􀆰 3483 2 phi123 6􀆰 07 0􀆰 5231 4
phi083 2􀆰 04 0􀆰 5471 3 phi034 7􀆰 02 0􀆰 4453 3
phi090 2􀆰 08 0􀆰 3505 2 phi114 7􀆰 03 0􀆰 5934 3
phi127 2􀆰 08 0􀆰 5758 3 phi014 8􀆰 05 0􀆰 1258 2
phi3741 3􀆰 02 0􀆰 5151 3 bnlg162 8􀆰 05 0􀆰 5363 3
phi053 3􀆰 05 0􀆰 4991 3 phi015 8􀆰 08 0􀆰 6317 4
phi073 3􀆰 05 0􀆰 5324 3 phi028 9􀆰 01 0􀆰 2260 3
umc1528 3􀆰 07 0􀆰 3955 2 phi044 9􀆰 01 0􀆰 6179 3
phi047 3􀆰 09 0􀆰 6736 3 phi027 9􀆰 03 0􀆰 4667 3
phi074 4􀆰 04 0􀆰 4291 2 phi065 9􀆰 03 0􀆰 1870 3
phi086 4􀆰 08 0􀆰 5338 3 phi016 9􀆰 04 0􀆰 5034 2
phi092 4􀆰 08 0􀆰 4983 2 phi059 10􀆰 02 0􀆰 3496 2
phi076 4􀆰 11 0􀆰 6418 4 phi050 10􀆰 03 0􀆰 1258 2
phi019 4􀆰 11 0􀆰 4989 2 phi062 10􀆰 04 0􀆰 5017 3
    PIC: Polymorphism information content.
个连锁标记,能够极大地提高抗病基因遗传传递分
子检测的准确性,同时也提高了抗病育种的效率
(蒋雅娟等,2007;Ashraf & Foolad,2013;Ahmad et
al. ,2014)。 如李少博等(2012)利用抗玉米南方锈
病基因标记 Phi118 和 P2 进行双标记选择,结果与
田间抗性表型的符合率达到 96􀆰 7% ,单基因标记检
测结果的符合率分别为 90􀆰 2%和 92􀆰 9% 。 本研究
对 38 份抗南方锈病材料的检测结果表明,在 37 份
材料中能够分别扩增出与参考自交系齐 319、P25和
W2D相同的标记基因,证明这些材料可能存在与上
述 3 个已知抗南方锈病材料相同的抗病基因,同时
也可能存在不同抗病基因新组合形式,本试验发现
的 17 种新的标记基因型组合为抗病新基因的发掘
以及进一步开展抗病基因的育种利用提供了选择的
基础。
玉米杂交育种基于对育种材料遗传关系的研
究,目前“两群”理论为玉米育种家普遍接受。 根据
中国玉米的育种基础材料,杂种优势群又细分为 6
个亚群。 因此,抗病材料的应用也需要首先明确其
遗传归类,否则很难有效地选择与利用。 本研究采
用基于 6 个分群标准自交系的抗南方锈病材料遗传
多样性分析的结果表明,在所涉及的 39 份材料中
(由于 W2D缺乏数据,除外),包含了所有 6 个亚群
的成员,表明抗病材料具有较丰富的遗传变异,为育
种家对育种材料的选择提供了重要的分群信息。 在
39 份材料中,19 份属于 PB 亚群,这与本研究材料
的来源有较大的关系,其中许多与美国品种 /材料有
紧密的遗传关系。 上述利用 SSR 标记进行玉米自
交系杂种优势亚群划分的结果与李新海等(2003)
结果基本一致;但也存在一定的差异,如刘志斋等
(2012) 将遵 90110 和 K36 划分到 PB 亚群中,
C8605⁃2 划分到 BSSS 亚群中,CML180 为旅大红骨
亚群,与本研究结果一致;辽 2204 在旅大红骨和 PB
亚群中分别占 0􀆰 663 和 0􀆰 312,辽 2202 各占 0􀆰 724
和 0􀆰 261,而在本研究中二者均被划为 PB 亚群,出
现这种差异可能是引物的选择以及研究用群体大小
不同所致。 通过抗性种质的聚类图可以发现,在供
试 45 份抗南方锈病的自交系中,20 份划分到 PB 亚
群,表明该亚群中抗南方锈病的材料明显多于其它
亚群。 PB种质与国内其它种质地理远缘,与其它种
质都具有较高的配合力,组配的杂交种抗多种病害。
因此在玉米抗病育种工作中可以重点从 PB 种质中
挖掘较好的抗南方锈病材料。
40 对多态性 SSR引物在 45 份抗性材料中扩增
409 植  物  保  护  学  报 42 卷
图 2 基于 SSR标记的抗南方锈病玉米材料的聚类与分群
Fig. 2 Dendrogram of maize lines with resistance to southern corn rust clustered by UPGMA based on SSR markers
∗: 测验种。 ∗: Test lines.
 
出 115 个等位基因位点,平均每对引物检测到的等
位基因位点为 2􀆰 88 个,多态性信息量平均为 0􀆰 46,
表明这些引物提供的多态性信息量较为丰富,基因
频率分布比较均匀,进行遗传多样性分析具有较高
的有效性和可靠性。 李新海等(2003)利用 64 对多
态性 SSR引物从 70 份玉米自交系中检测出 248 个
等位基因变异,平均 3􀆰 88 个,多态性信息量平均为
0􀆰 523;崔永霞等(2012)利用 SSR 标记分析了山西
省玉米地方品种的遗传多样性,每个 SSR 位点检测
到的等位基因位点数平均为 7􀆰 48 个,多态性信息量
平均为 0􀆰 66;刘志斋等(2012)利用 40 个 SSR 标记
分析了 820 份玉米自交系的遗传多样性,每个 SSR
位点检测到的等位基因位点数平均达 36􀆰 87 个,多
态性信息量平均为 0􀆰 83。 相对而言,本研究中的
SSR位点检测到的等位基因位点数和多态性信息量
均较低,主要原因可能是研究用群体较小(39 份材
料),并且其中近 50% 的研究材料遗传来源较近
所致。
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