基于SNP标记揭示广西糯玉...的遗传多样性与群体遗传结构_范競升.pdf

植物遗传资源学报 2023，24（3）：661-670DOI：10.13430/ki.jpgr.20221031002Journal of Plant Genetic Resources基于SNP标记揭示广西糯玉米地方品种的遗传多样性与群体遗传结构范競升1，谢和霞2，谢小东2，周海宇2，程伟东2，覃兰秋2，江禹奉2（1广西壮族自治区亚热带作物研究所，南宁 530001；2广西壮族自治区农业科学院玉米研究所/国家玉米改良中心广西分中心，南宁 530007）摘要：为了挖掘优异糯玉米种质资源，提高糯玉米育种效率，本研究利用10K玉米基因芯片对207个广西糯玉米地方品种和6份参考自交系进行全基因组扫描，解析广西糯玉米地方品种之间的遗传多样性与群体遗传结构。结果表明，广西糯玉米种群总体的遗传多样性较高，平均期望杂合度（He）为0.31，平均观察杂合度（Ho）为0.23，多态信息含量（PIC）平均值为0.25，最小等位基因频率（MAF）平均值为0.23。种群水平上，桂中区域的遗传多样性水平最高（He=0.32，Ho=0.24，MAF=0.24，PIC=0.26）。群体遗传结构分析将地方品种划分为4大类群，种群间遗传关系和类群归属与地理位置不完全相关，品种间总体遗传相似系数偏低，遗传多样性丰富。分子变异方差分析结果显示99%的遗传变异来自种群内。群体间遗传分化系数（FST）为0.008，群体间分化程度较低。研究结果确定了广西不同区域糯玉米地方品种多态性及亲缘关系，为广西糯玉米种质改良和指导新品种培育提供理论依据。关键词：糯玉米；地方品种；遗传多样性；SNP标记Exploring the Genetic Diversity and Population Structure of Guangxi Waxy Maize Landraces Based on SNP MarkersFAN Jing-sheng1，XIE He-xia2，XIE Xiao-dong2，ZHOU Hai-yu2，CHENG Wei-dong2，QIN Lan-qiu2，JIANG Yu-feng2（1Guangxi Subtropical Crops Research Institute，Nanning 530001；2Institute of Maize Research，Guangxi Academy of Agricultural Sciences/Guangxi Sub-center of National Maize Improvement Center，Nanning 530007）Abstract：In order to dissect elite waxy maize germplasm resources from landraces in maize breeding，the genetic diversity 207 Guangxi waxy maize landraces and 6 reference waxy inbred lines was analyzed by genome-wide scanning based on 10K SNP markers.The results showed that the overall genetic diversity of this population was relatively high，with an average expected heterozygosity（He）of 0.31，observed heterozygosity（Ho）of 0.23，and an average polymorphic information content（PIC）of 0.25.The genetic diversity in central Guangxi was the highest（He=0.32，Ho=0.24，MAF=0.24，PIC=0.26）at the population level.These landraces were divided into four major groups by population structure analysis.A correlation on the genetic relationship between populations and the geographical originations of landraces was not observed.In general，the genetic similarity coefficient among Guangxi waxy maize landraces is low，thus suggesting abundant the genetic diversity.Analysis 收稿日期：2022-10-31 修回日期：2022-12-14 网络出版日期：2023-01-20URL：https：/doi.org/10.13430/ki.jpgr.20221031002第一作者研究方向为玉米种质资源研究及遗传育种，E-mail：；谢和霞为共同第一作者通信作者：江禹奉，研究方向为玉米种质资源研究及遗传育种，E-mail：覃兰秋，研究方向为玉米种质资源研究及遗传育种，E-mail：基金项目：广西科技厅广西科技基地和人才专项（桂科AD20159093）；广西科技重大专项（桂科AA17204045-2）；广西农业科学院基本科研业务专项（桂农科2021YT017）；国家作物种质资源数据中心（NAES018GR03）Foundation projects：Guangxi Science and Technology Base and Talent Special Project of Guangxi Science and Technology Department（GuikeAD20159093）；Guangxi Major Science and Technology Projects（GuikeAA17204045-2）；Basic Scientific Research Projects of Guangxi Academy of Agricultural Sciences（Guinongke2021YT017）；National Crop Germplasm Resources Data Center（NAES018GR03）植物遗传资源学报24 卷of variance for molecular variation（AMOVA）showed that 99%of the genetic variation is contributed by the intra-population diversity.The genetic differentiation coefficient（FST）between groups was 0.008，indicating a low-level differentiation among groups.In summary，the present study unlocked the genetic diversity and relationship of waxy maize landraces in different regions of Guangxi，and provided a theoretical guidance for waxy maize germplasm improvement and breeding of new varieties in Guangxi.Key words：waxy maize；landrace；genetic diversity；SNP marker糯玉米（Zeamays L.sinensis Kulesh）又称为粘玉米或蜡质玉米，由硬粒型玉米在第9号染色体的Wx基因发生突变而形成，富含支链淀粉，主要用于鲜食及生产各类变性淀粉1-3。我国西南地区（云南、广西、贵州一带）是糯玉米的初生起源中心，保存有大量的地方农家种，种质资源丰富4。地方品种作为一种重要的基础资源，对当地独特的地理环境适应性强，遗传基础丰富，是不可或缺的育种材料5。利用广西地方糯玉米种质资源育成了大量的糯玉米新品种。2003-2020年广西审定的153个糯玉米品种中，58个品种的亲本来自广西糯玉米地方品种，占比37.9%。其中，宜山糯种质育成玉美头601、玉美头606和桂甜糯525等品种，占比25.5%；怀远糯种质育成桂糯528、桂花糯526和河糯612等品种，占比7.8%；都安糯种质育成桂甜糯525、兆香糯1号和鲜甜糯868等品种，占比5.9%；克洞糯种质育成兆香糯3号、桂糯530等品种，占比3.9%。育成的新品种如柳糯1号、玉美头601号和桂糯529等在广西及周边市场包括在东盟国家，表现出良好的丰产性和适应性，是广西及相邻生态区市场的当家品种6-8。但目前糯玉米地方品种无系谱记录，亲缘关系不清，利用糯玉米地方种质开展种质创新存在较大困难9-10。因此，研究广西糯玉米地方品种的遗传多样性、群体结构和亲缘关系，阐明广西糯玉米地方品种的种质特点，对糯玉米地方品种的应用、糯玉米种质创新和新品种培育具有重要指导意义。单 核 苷 酸 多 态 性（SNP，single nucleotide polymorphisms）在基因组中数量多、分布广、多态性丰富、遗传稳定性好、易于高通量分析，已成为分子育种应用的首选标记11-14。在玉米遗传多样性分析方面，Liu等15利用40757个SNP标记对240份中国常用玉米自交系进行了基因分型，将240份自交系分为 5 个亚群，结果与系谱一致。徐磊等13利用4767个SNP标记将国内市场上推广的39份糯玉米品种划分为 5 大类群。肖颖妮等16利用 5067 个SNP标记将385个鲜食玉米品种划分为3个类群。曾艳华等17利用14338个SNP标记将广西45个爆裂玉米农家品种、中国2个爆裂玉米杂交种和6个南美爆裂玉米种质划分为3大类群，研究发现广西爆裂玉米农家品种遗传相似性较高，与杂交品种和南美品种遗传差异较大。目前利用SNP标记对广西地区糯玉米农家品种遗传多样性的研究尚未见报道。本研究采用10 K玉米基因芯片分析广西地区207份糯玉米地方品种的遗传多样性，了解这些地方品种在全基因组水平上的群体结构和亲缘关系，为糯玉米种质改良和指导新品种培育提供理论依据。1材料与方法1.1供试材料试验材料207份糯玉米地方品种（详见https：/doi.org/10.13430/ki.20221031002，附表1）收集自广西各地，按其收集的来源地分为桂北品种、桂西品种、桂南品种与桂中品种，数量分别为11份、100份、46份和50份。以近年育成的高产优质糯玉米品种桂甜糯525、桂糯518和桂甜糯987的6个亲本自交系为对照，均由广西农业科学院玉米研究所提供。对照品系CK_DN226为宜州糯、都安糯和克洞糯选系，育成国审品种桂糯 518 和桂审品种桂糯523；CK_DN227为莫宜糯，来源于宜山糯，作为亲本育成3个品种；CK_DN230来源于天等糯，育成桂审品种桂甜糯987；CK_DN232来源于花甜糯179分离双隐二环系，育成国审品种桂甜糯 525；CK_DN234来源于马来甜玉米杂交种分离双隐二环系；CK_DN235为甜玉米分离二环系。1.2SNP基因型分型及统计分析委托中玉金标记生物技术股份有限公司进行基因组DNA提取18、DNA质量检测与基因型检测。10K玉米微阵列芯片共包含9573个位点，均匀分布在玉米10条染色体上，每条染色体上两标记间的物理距离平均在200 kb左右。基因型数据分析基于 Axiom Analysis Suite 软6623 期范競升等：基于SNP标记揭示广西糯玉米地方品种