基于簡(jiǎn)化基因組測(cè)序高粱育種材料親緣關(guān)系的分析

張一中 范昕琦 楊慧勇 張曉娟 邵強(qiáng) 梁篤 郭琦柳青山 杜維俊

（1. 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院）高粱研究所 高粱遺傳與種質(zhì)創(chuàng)新山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，榆次 030600；2. 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，太谷 030801）

高粱是我國重要的雜糧作物，具有抗逆性強(qiáng)、光合效率高等特點(diǎn)［1］，是干旱、鹽堿和瘠薄等邊際農(nóng)田生長(zhǎng)的先鋒作物，也是種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、發(fā)展特色農(nóng)業(yè)的優(yōu)勢(shì)作物。高粱是最早實(shí)現(xiàn)雜種優(yōu)勢(shì)利用的作物之一［2］，與20世紀(jì)70年代相比，我國是高粱產(chǎn)量增長(zhǎng)最快的國家，以平均每年100.9 kg/hm2的速度增長(zhǎng)［3］，雜交種的選育和推廣起到了顯著作用。雜種優(yōu)勢(shì)的利用是提高高粱產(chǎn)量的主要途徑［4］，親本間的遺傳差異是產(chǎn)生雜種優(yōu)勢(shì)的遺傳基礎(chǔ)［5］。因此，系統(tǒng)研究高粱育種材料的遺傳結(jié)構(gòu)和類群間遺傳距離的大小，對(duì)于改良創(chuàng)新育種材料、提高育種效率具有重要意義。

前人利用分子標(biāo)記對(duì)高粱材料的遺傳結(jié)構(gòu)和親緣關(guān)系進(jìn)行了大量研究。Wang等［6］利用簡(jiǎn)單重復(fù)序列標(biāo)記（Simple sequence repeats，SSR）將142份甜高粱親本系聚為7類，親本間遺傳距離為0.558-0.858，并發(fā)現(xiàn)來源于印度和墨西哥的親本遺傳距離要高于其他國家。Basahi［7］采用簡(jiǎn)單重復(fù)序列區(qū)間（Inter-simple sequence repeat，ISSR）技術(shù)分析了15份沙特阿拉伯和也門的地方品種，遺傳距離介于0.527-0.818。高旭等［8］采用33個(gè)SSR標(biāo)記，將156份粒用高粱材料根據(jù)地理來源劃分為西南區(qū)、東北和華北區(qū)以及南北方省份混合的3個(gè)類群。李萌等［9］分析了來自山西不同地市158份高粱地方品種的遺傳距離發(fā)現(xiàn)，忻州居群和晉中居群的遺傳距離最小，基因交流比較頻繁；而陽泉居群和其他居群間的遺傳距離都較大，基因隔離顯著，顯示了陽泉地方品種的獨(dú)特性。

單核苷酸多態(tài)性（Single nucleotide polymorphism，SNP）標(biāo)記作為近年來發(fā)展最有潛力的第三代分子標(biāo)記，與常規(guī)標(biāo)記相比具有在基因組分布均勻、密度大、準(zhǔn)確性高、成本低、易于分型等優(yōu)點(diǎn)［10］。隨著高通量測(cè)序技術(shù)的快速發(fā)展，開發(fā)大量SNP標(biāo)記變得越來越容易。特異性位點(diǎn)擴(kuò)增片段測(cè)序技術(shù)（Specific-locus amplified fragment sequencing，SLAFseq）是基于高通量測(cè)序技術(shù)發(fā)展起來的一種簡(jiǎn)化基因組深度測(cè)序技術(shù)［11］。SLAF-seq技術(shù)對(duì)目標(biāo)物種參考基因組系統(tǒng)分析，設(shè)計(jì)酶切方案，構(gòu)建SLAF-seq文庫，篩選特異性長(zhǎng)度片段進(jìn)行高通量測(cè)序，進(jìn)而開發(fā)出大量的分子標(biāo)記特別是SNP標(biāo)記［12］。目前，該技術(shù)已成功應(yīng)用于棉花［13］、甘薯［14］的遺傳進(jìn)化分析以及高粱SNP標(biāo)記開發(fā)［15］、遺傳圖譜構(gòu)建［16］、重要性狀基因定位［17-18］等研究上，但在高粱育種材料親緣關(guān)系分析上還鮮見報(bào)道。我國高粱育種材料類型比較復(fù)雜，很多外引材料或田間變異單株，根據(jù)田間表型難以準(zhǔn)確鑒別材料間的親緣關(guān)系，田間測(cè)配鑒定過程繁瑣、耗時(shí)費(fèi)力，大大限制了育種效率。

本研究利用SLAF-seq技術(shù)分析高粱常用育種材料的遺傳結(jié)構(gòu)，以探明部分系譜不清、類型不明材料的遺傳背景和親緣關(guān)系，從而避免育種中親本選配的盲目性，為更好地創(chuàng)新利用育種材料提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

根據(jù)前期工作基礎(chǔ)［19］，選取農(nóng)藝性狀差異較大的37份育種親本及地方品種為試驗(yàn)材料（表1），其中來源于中國山西省16份、中國遼寧省7份、中國四川省5份、中國吉林省3份、中國黑龍江省2份、美國2份、印度1份和馬達(dá)加斯加1份。按照材料類型劃分為3類，包括恢復(fù)系18份、保持系16份和地方品種3份。所用材料均是近年從國內(nèi)外引進(jìn)或自主選育的穩(wěn)定系，由山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高粱研究所提供。

表1 供試材料名稱及來源

1.2 方法

1.2.1 高粱DNA的提取 取高粱4葉期時(shí)的嫩葉，采用十六烷基三甲基溴化銨（Cetyltrimethylammonium ammonium bromide，CTAB）法 提 取 高 粱DNA［9］，用1.0%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)DNA的完整性，用NanoDrop分光光度計(jì)檢測(cè)DNA濃度。

1.2.2 酶切方案的確定 選擇已測(cè)序完成的高粱（Sorghum_bicolor_v3.1）基因組作為參考基因組，組裝基因組大小為732 Mb，GC含量為43.91%，下載地址：https：//phytozome.jgi.doe.gov/pz/portal.html#！info?alias=Org_Sbicolor。參照石璇等［10］的酶切方案，利用SLAF酶切預(yù)測(cè)軟件對(duì)參考基因組進(jìn)行酶切預(yù)測(cè)，選擇最適酶切方案。

1.2.3 基因組測(cè)序、SLAF標(biāo)簽分析及SNP分析 根據(jù)選定的最適酶切方案，對(duì)檢測(cè)合格的各材料基因組DNA分別進(jìn)行酶切。對(duì)得到的酶切片段（SLAF標(biāo)簽）進(jìn)行3'端加A處理、連接Dual-index［20］測(cè)序接頭、PCR擴(kuò)增、純化、混樣、切膠選取目的片段，文庫質(zhì)檢合格后用Illumina HiSeq 2500進(jìn)行測(cè)序。為評(píng)估酶切實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，選用水稻品種日本晴（Oryza sativaL. ssp.japonica）作為對(duì)照進(jìn)行測(cè)序，其基因組大小為374.31 Mb，下載地址：http：//rice.plantbiology.msu.edu。

利用Dual-index對(duì)測(cè)序得到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別，得到各個(gè)樣品的reads。過濾測(cè)序reads的接頭后，進(jìn)行測(cè)序質(zhì)量和數(shù)據(jù)量的評(píng)估。通過Control數(shù)據(jù)評(píng)估酶切效率，以此判斷實(shí)驗(yàn)過程的準(zhǔn)確性和有效性。參照俞奔馳等［21］的方法進(jìn)行SLAF標(biāo)簽分析。使用SAM tools［22］和GATK軟件［23］開發(fā)SNP，以2種方法得到的SNP標(biāo)記交集作為最終可靠的SNP標(biāo)記數(shù)據(jù)集。

1.2.4 群體遺傳結(jié)構(gòu)和親緣關(guān)系分析 對(duì)開發(fā)出的SNP分子標(biāo)記根據(jù)次要基因型頻率（Minor allele frequency，MAF）＞0.05、完整度＞0.8進(jìn)行過濾，基于過濾后的高質(zhì)量SNP，利用統(tǒng)計(jì)軟件Admixture［24］、MEGA5［25］和Eigensoft［26］分別進(jìn)行群體結(jié)構(gòu)、親緣關(guān)系及主成分分析。

2 結(jié)果

2.1 酶切方案與建庫評(píng)估

根據(jù)高粱參考基因組電子酶切預(yù)測(cè)結(jié)果，確定限制性內(nèi)切酶為RsaI和HaeⅢ，酶切片段長(zhǎng)度在364-414 bp的序列定義為SLAF標(biāo)簽，預(yù)測(cè)可得到108 854個(gè)SLAF標(biāo)簽。

為進(jìn)一步評(píng)估酶切方案的有效性與酶切效率，以水稻品種日本晴的測(cè)序數(shù)據(jù)為對(duì)照，通過SOAP［27］軟件將對(duì)照測(cè)序reads與其參考基因組進(jìn)行比對(duì)，從表2可知，本次實(shí)驗(yàn)雙端比對(duì)效率為92.15%，酶切效率為89.69%，讀長(zhǎng)插入片段分布在預(yù)期范圍之內(nèi)（圖1），表明建庫比對(duì)效率基本正常，SLAF建庫正常。

圖1 對(duì)照序列插入片段分布圖

表2 水稻測(cè)序reads比對(duì)分析

2.2 測(cè)序數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與評(píng)估

表3 各樣品SLAF-seq測(cè)序數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

為保證測(cè)序數(shù)據(jù)分析質(zhì)量，采用讀長(zhǎng)100 bp×2作為后續(xù)的數(shù)據(jù)評(píng)估和分析數(shù)據(jù)，同時(shí)以日本晴的測(cè)序數(shù)據(jù)作為對(duì)照來評(píng)估實(shí)驗(yàn)建庫的準(zhǔn)確性。采用Illumina HiSeqTM2500測(cè)序平臺(tái)進(jìn)行測(cè)序，共獲得106.19 M的reads數(shù)據(jù)，對(duì)照獲得0.19 M reads的數(shù)據(jù)。測(cè)序后各樣品所獲得的reads個(gè)數(shù)在1 461 206-4 628 462范圍內(nèi)（表3），平均為2 135 655個(gè)，其中，L17R獲得的數(shù)據(jù)量最大，H02079的數(shù)據(jù)量最小。測(cè)序質(zhì)量Q30值的范圍在88.00%-90.91%，均值為89.60%，對(duì)照的Q30為88.87%，說明測(cè)序堿基錯(cuò)誤率較低。測(cè)序獲得GC含量范圍在44.51%-46.77%，均值為45.71%，對(duì)照GC含量為43.18%，達(dá)到測(cè)序要求。

2.3 SLAF標(biāo)簽和SNP分子標(biāo)記的鑒定

通過序列分析，從37份高粱育種材料里共獲得了226 724個(gè)SLAF標(biāo)簽，每個(gè)材料SLAF標(biāo)簽變化范圍為154 623-191 999個(gè)（表4）。每個(gè)材料的平均測(cè)序深度有所差別，從7.05×至21.61×，平均測(cè)序深度為13.25×，達(dá)到了SLAF實(shí)驗(yàn)預(yù)期。

表4 SLAF標(biāo)簽及群體SNP統(tǒng)計(jì)表

從這些SLAF標(biāo)簽中共鑒定到多態(tài)性SLAF標(biāo)簽105 053個(gè)。通過進(jìn)一步分析，共獲得706 444個(gè)群體SNP標(biāo)記，各材料SNP變化范圍為239 963-342 316。這些SNP的完整度為33.97%-47.26%，SNP 的雜合率為1.79%-13.32%。統(tǒng)計(jì)多態(tài)性SLAF標(biāo)簽和SNP標(biāo)記在高粱不同染色體上的個(gè)數(shù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)繪制染色體分布圖（圖2），開發(fā)的多態(tài)性SLAF標(biāo)簽和SNP分布較均勻，說明測(cè)序數(shù)據(jù)正常，可進(jìn)行后續(xù)分析。根據(jù)完整度＞0.8、次要等位基因頻率（MAF）＞0.05過濾，共得到185 481個(gè)高一致性的群體SNP用于后續(xù)分析。

2.4 群體遺傳結(jié)構(gòu)分析

基于篩選出的高一致性SNP，利用Admixtur軟件分析高粱材料的遺傳結(jié)構(gòu)。分別假設(shè)群體的分群數(shù)（K值）為1-10，根據(jù)交叉驗(yàn)證錯(cuò)誤率來確定分群數(shù)，擁有最低交叉驗(yàn)證錯(cuò)誤率的分群數(shù)為最優(yōu)分群數(shù)。如圖3和圖4所示，當(dāng)K值為2時(shí)，交叉驗(yàn)證錯(cuò)誤率值最低，說明37份高粱材料被分為2類。黃色類群包括含有Kafir高粱、Kafir-caudatum高粱和Durra高粱等國外種群血緣的17份材料，其中大部分為保持系，來自馬達(dá)加斯加的非洲高粱歸為此類。綠色類群包括含有中國高粱血緣（Kaoliang）的20份材料，其中18份為現(xiàn)代育種育成的恢復(fù)系，2份為山西的地方品種。

2.5 聚類分析

為探明37份高粱材料之間的親緣關(guān)系，基于篩選出的高一致性SNP標(biāo)記，通過MEGA5軟件，運(yùn)用Neighbor-joining算法構(gòu)建遺傳關(guān)系聚類圖（圖5），37份材料被劃分為2個(gè)類群，類群I為保持系和國外品種，類群II為恢復(fù)系和中國地方品種，分類結(jié)果與遺傳結(jié)構(gòu)一致。根據(jù)高粱種群及血緣進(jìn)一步劃分，2個(gè)類群分別可以分為5個(gè)亞群（圖5和表5）。亞群I-1只有1份材料，為糯質(zhì)白粒保持系8808B，其遺傳背景不詳。亞群I-2包括Tx3197B和L407B，其中Tx3197B為Kafir種群，因L407B血緣不詳，推斷L407B可能也屬于此種群。亞群I-3包括6份材料，屬于Durra種群，如含有印度Durra血緣的V4B，以及傾印度Durra血緣的吉2055B。亞群I-4包括2份材料，10480B和11494B是45B雜交后代選育的姊妹系，含有Kafir-caudatum、Durra血緣，屬于近年育成的國內(nèi)改良系。亞群I-5包括6份材料，其中Tx623B屬于Kafir-caudatum種群，因此，推斷其他5份材料可能也含有這一種群的血緣。

圖2 多態(tài)性SLAF 標(biāo)簽和SNP標(biāo)記在參考基因組各染色體上的分布圖

圖3 不同K值對(duì)應(yīng)的交叉驗(yàn)證錯(cuò)誤率

亞群II-1包括5-26和5-27 2份矮稈白?；謴?fù)系，其血緣含有Kafir高粱、印度Durra高粱和中國高粱，屬于血緣較復(fù)雜的國內(nèi)改良恢復(fù)系。亞群II-2和II-3分別包括1份材料，其遺傳背景不詳，072198是引自黑龍江的恢復(fù)系，LNR-4是引自遼寧的晚熟糯質(zhì)恢復(fù)系。亞群II-4包括7份材料，其中0-30、R111、L17R為晉粱5號(hào)的衍生系，吉R105含有國外血緣，屬于傾中國高粱種群。亞群II-5包括9份材料，其中忻粱7號(hào)、晉粱5號(hào)和1383-2血緣關(guān)系最近，棒洛三和三尺三是中國高粱種群的地方品種，其他材料血緣不詳，這一亞群屬于中國、傾中國高粱種群。從分組結(jié)果可知，屬于同一種群的材料基本可以聚為一類，與其來源無關(guān)。

2.6 主成分分析

基于篩選的SNP，利用EIGENSOFT軟件對(duì)供試材料進(jìn)行主成分分析（Principal components analysis，PCA），得到37份高粱材料的主成分聚類圖。從圖6可以看出，含有中國高粱血緣的恢復(fù)系和中國地方品種聚在一起，群體相對(duì)集中；而含有國外血緣的A1、A2保持系和非洲地方品種分布較分散，由于國外種群類型復(fù)雜，導(dǎo)致親緣關(guān)系比較近的材料聚在一起。該結(jié)果與群體結(jié)構(gòu)分析結(jié)果、聚類結(jié)果基本一致，說明聚類分析的準(zhǔn)確性。

2.7 遺傳距離分析

利用MEGA 5軟件基于Kimura 2-parameter（K2P）模型計(jì)算育種材料間的遺傳距離，結(jié)果表明，37份材料的遺傳距離值范圍為0.0098-0.8841，平均為0.4626（圖7），其中遺傳距離最小的是L2R與L17R，僅為0.0098；遺傳距離最大的是3765白B與L17R，為0.8841。

從劃分的類群看，類群I材料間的遺傳距離值范圍為0.0488-0.7102，平均為0.3081，遺傳距離最大的是V4B和Tx3197B，最小的是3765紅B與3765白B。類群II的遺傳距離值范圍為0.0098-0.6210，平均為0.2896，遺傳距離最小的是L2R與L17，遺傳距離最大的是072198與吉R105。由此可見，類群II的恢復(fù)系與類群I的保持系相比遺傳基礎(chǔ)相對(duì)單一，在今后的育種中應(yīng)拓寬恢復(fù)系的遺傳基礎(chǔ)。

圖4 不同分群數(shù)（K值）對(duì)應(yīng)的高粱材料聚類情況

類群I與類群II材料之間的遺傳距離變幅為0.3317-0.8841，平均為0.6211，最大的是3765白B與L17R，遺傳差異較大；最小的是Tx3197B與5-27，這主要是由于5-27含有Kafir高粱Tx3197B的血緣，2個(gè)材料親緣關(guān)系較近［28］。從亞群來看（表6），I-5亞群的Kafir-caudatum高粱與II-4亞群的傾中國高粱遺傳距離最大，為0.7303；I-3亞群的Durra高粱與II-4的傾中國高粱遺傳距離也達(dá)到了0.7297，進(jìn)一步印證了Kafir-caudatum高粱×傾中國高粱、Durra高粱×傾中國高粱為我國高粱雜種優(yōu)勢(shì)利用的主要模式［4］。

圖5 基于SNP標(biāo)記的37個(gè)高粱材料聚類圖

表5 基于SNP的高粱材料分組信息表

圖6 37份高粱材料的雙向PCA聚類圖

圖7 37份材料間遺傳距離值的次數(shù)分布圖

2.8 不同育種材料間的遺傳距離分析

王瑞等［4］研究表明中國高粱不同時(shí)期主干品種親本間的遺傳距離值均在0.7以上，根據(jù)這一結(jié)果，從666個(gè)組合的遺傳距離值中選擇大于0.7的102個(gè)優(yōu)勢(shì)組合進(jìn)行分析。在所選組合中，除了Tx3197B和V4B屬于同一類群外（遺傳距離為0.7102），其余的101個(gè)組合均是類群I材料與類群II材料之間的距離值。

由表7可知，在類群I材料中與類群II材料遺傳距離平均值最大的是LgBR5M874B-III，屬于Durra種群；其次是3765白B，屬于Kafir-caudatum種群。在類群II中，與類群I材料遺傳距離平均值最大的是L17R，其次是L2R，且平均值均達(dá)到了0.8以上，說明這兩份材料與部分保持系遺傳差異較大，可能會(huì)組配出強(qiáng)優(yōu)勢(shì)的雜交種。

表6 不同類群間的平均遺傳距離值

3 討論

基于SLAF-seq的簡(jiǎn)化基因組測(cè)序技術(shù)具有成本低、周期短、準(zhǔn)確性高、標(biāo)記數(shù)量多等優(yōu)點(diǎn)，作為一種高效開發(fā)SNP標(biāo)記的技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用。如石璇等［10］利用SLAF-seq技術(shù)對(duì)8個(gè)甘薯栽培種和野生種進(jìn)行測(cè)序，獲得40 765個(gè)有效SNP，并用這些SNP分析了8個(gè)種質(zhì)的群體結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)發(fā)生樹。籍貴蘇等［15］以甜高粱與粒用高粱雜交的F2遺傳群體為研究材料，利用SLAF-seq技術(shù)開發(fā)出6 353個(gè)多態(tài)性SNP標(biāo)記用于遺傳圖譜構(gòu)建。俞奔馳等［21］針對(duì)木薯基因組雜合度高的特點(diǎn)，利用SLAF-seq技術(shù)對(duì)39份木薯種質(zhì)資源進(jìn)行SNP標(biāo)記開發(fā)，共得到2 504 553個(gè)群體SNP標(biāo)記。本研究利用SLAFseq技術(shù)共開發(fā)了105 053個(gè)多態(tài)性SLAF標(biāo)簽，通過序列分析，獲得185 451個(gè)高一致性SNP標(biāo)記，所獲得標(biāo)記足夠用來進(jìn)行特異性SNP標(biāo)記的驗(yàn)證與開發(fā)，獲得標(biāo)記的效率大幅度提高，并利用這些分子標(biāo)記進(jìn)行了群體結(jié)構(gòu)和聚類分析，為了解材料的親緣關(guān)系提供了分子證據(jù)。

表7 在遺傳距離值＞0.7的組合中供試高粱單個(gè)材料與其余材料的遺傳距離平均值

目前，我國高粱育種材料比較豐富，但很多外引材料缺乏可追溯的系譜，遺傳背景不清楚，給種質(zhì)創(chuàng)新和組配雜交種帶來了一定困難［8］。因此，解析育種材料的遺傳結(jié)構(gòu)、劃分類群、明確類群間親緣關(guān)系，對(duì)提高育種效率具有重要意義。本研究通過遺傳結(jié)構(gòu)分析、聚類分析和主成分分析都將37份高粱材料劃分為2個(gè)類群，類群I為國外材料和含有國外血緣的改良系，類群II為含有中國高粱血緣的材料，說明中國高粱與國外高粱之間遺傳差異明顯，這一結(jié)果與王瑞等［29］、倪先林等［30］的報(bào)道是一致的。Adugna［31］認(rèn)為高粱遺傳結(jié)構(gòu)的劃分與品種的地理來源沒有必然聯(lián)系，但Wang等［32］研究表明242份高粱微核心種質(zhì)的遺傳結(jié)構(gòu)是由地理起源和高粱種群共同決定的。本研究的聚類結(jié)果主要是以種群劃分，與前人研究結(jié)果不同主要是由于選取的實(shí)驗(yàn)材料類型不同所致。由于在長(zhǎng)期的育種實(shí)踐中，各育種單位材料交流比較密切，本研究的很多材料都是利用外引種質(zhì)與本地材料有效互補(bǔ)、定向選育，血緣關(guān)系較近；或是有些材料雖然地理來源不同，但可能來自同一親本，也可能親本來源于相似的適生環(huán)境，使這些材料含有一些相同的遺傳物質(zhì)，進(jìn)而聚到一起［33］，所以材料的分類不能單一的以地理來源或農(nóng)藝性狀來劃分，還需結(jié)合分子標(biāo)記進(jìn)行深入分析。

高粱親本間的遺傳距離與雜種優(yōu)勢(shì)水平有較密切的關(guān)系，親本的選配應(yīng)充分考慮遺傳距離［4］。王瑞等［29］利用SSR標(biāo)記分析了61 份高粱材料的遺傳距離，供試材料的遺傳距離平均為0.6941，恢復(fù)系的遺傳距離范圍為0.1122-0.6391，平均為0.5137，不育系的遺傳距離范圍為0.1-0.8178，平均為0.6516，恢復(fù)系與保持系相比遺傳基礎(chǔ)較狹窄。本研究得出的結(jié)果與前人相比，遺傳距離值的變化范圍基本一致，但兩個(gè)類群的遺傳距離平均值明顯小于前人的結(jié)果，說明本研究供試材料遺傳基礎(chǔ)較窄，這主要由于大部分材料親緣關(guān)系較近，如10480B和11494B是45B和LgBR5M874B-I雜交的后代選系，3765紅B和3765白B是Tx623B的改良系，R111、0-30、1383-2、L17R都含有晉粱5號(hào)的血緣，由此降低了高粱材料的遺傳多樣性。因此，在今后的高粱育種中，應(yīng)引入國外的優(yōu)良新種質(zhì)，不斷拓寬高粱材料的遺傳基礎(chǔ)。

研究雜種優(yōu)勢(shì)模式、分析雜種優(yōu)勢(shì)群，在促進(jìn)玉米［34］、水稻［35］的種質(zhì)改良及提高雜交種選育效率上得到了廣泛應(yīng)用。本研究表明Kafir-caudatum高粱×傾中國高粱和Durra高粱×傾中國高粱遺傳距離遠(yuǎn)、遺傳差異大，這與王瑞等［4］、高士杰等［36］研究結(jié)果一致，說明高粱育種中還應(yīng)充分利用這兩種雜種優(yōu)勢(shì)利用模式，配制強(qiáng)優(yōu)勢(shì)雜交種。通過對(duì)遺傳距離值大于0.7的組合進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)L17R和L2R與其他材料的平均值均在0.8以上，特別是與I-5亞群的大部分材料及I-3亞群的吉2055B和V4B，遺傳距離值均大于0.8，說明這兩份材料與I-5亞群（Kafir-caudatum高粱）的遺傳距離最遠(yuǎn)，組配強(qiáng)優(yōu)勢(shì)雜交種的潛力最大。從系譜看，L17R是由L2R和矮稈資源雜交育成的糯質(zhì)恢復(fù)系，現(xiàn)已成為山西糯高粱育種的骨干親本系，由10480A和L17R組配的晉糯3號(hào)、11494A和L17R組配的紅糯16號(hào)已在全國春播中晚熟推廣種植。從雜種優(yōu)勢(shì)利用模式看，晉糯3號(hào)和紅糯16號(hào)屬于國內(nèi)改良系×傾中國高粱模式。因此，今后山西省糯高粱的育種方向可以在不降低釀造品質(zhì)的前提下，探索創(chuàng)新糯高粱雜種優(yōu)勢(shì)類群，以印度Durra高粱×傾中國高粱，Kafircaudatum高粱×傾中國高粱模式為目標(biāo)，不育系選育采用印度Durra高粱和Kafir-caudatum高粱與國內(nèi)改良系雜交；恢復(fù)系選育應(yīng)以目前的骨干系L17R為親本，引入優(yōu)良國外種質(zhì)，在改良株型的同時(shí)提高抗性，充分發(fā)揮親本間的遺傳差異優(yōu)勢(shì)，使山西糯高粱的產(chǎn)量水平和綜合抗性得到提升。下一步應(yīng)從不同類群中選擇優(yōu)異親本構(gòu)建不完全雙列雜交群體，考察產(chǎn)量相關(guān)性狀的雜種優(yōu)勢(shì)，基于SNP估算親本間的遺傳距離，分析遺傳距離與雜種優(yōu)勢(shì)的關(guān)系，探討本研究開發(fā)的SNP標(biāo)記在高粱雜種優(yōu)勢(shì)預(yù)測(cè)上的應(yīng)用潛力。

4 結(jié)論

利用185 451個(gè)高一致性SNP將37份高粱育種材料劃分為2大類群，明確了部分外引材料的血緣關(guān)系，并發(fā)現(xiàn)Durra高粱、Kafir-caudatum高粱與傾中國高粱遺傳距離最遠(yuǎn)，可在高粱雜交育種選配親本上加以重視。