利用聚类分析筛选玉米杂交种SSR指纹库中鉴别能力强的标记

利用聚类分析筛选玉米杂交种SSR指纹库中鉴别能力强的标
记
王伟;杨文鹏;冯浪;滕安平
【摘要】作物DNA指纹库构建后,如何有效应用是亟待解决的问题.本研究首先设定品种间某(些)分子标记位点遗传距离大于零者为某(些)分子标记可鉴别的品种,分析DNA分子标记鉴别品种的能力;在此基础上,设定品种间某(些)分子标记位点最小遗传距离大者为优,筛选出鉴定参试品种所需的最少标记数.然后利用聚美分析,从20个SSR标记构建的48个玉米杂交种的指纹库中,可以筛选出鉴别能力最强的标记和鉴据别效果最优的标记组合.结果表明,该方法直观、易行、快速、高效,可为指纹图谱库的高效应用提供参考.
【期刊名称】《种子》
【年(卷),期】2010(029)010
【总页数】6页(P35-40)
【关键词】指纹图谱;聚类分析;SSR;玉米
【作者】王伟;杨文鹏;冯浪;滕安平
【作者单位】贵州省旱粮研究所,贵阳550006;贵州省旱粮研究所,贵阳550006;贵州省农业生物技术重点实验室,贵阳550006;贵州省种子管理站,贵阳550001;贵州省种子管理站,贵阳550001
【正文语种】中文
【中图分类】S513
优良品种是作物高产的基础，品种混杂会明显降低产量。

玉米作为中国第二大作物，在农业生产中占有举足轻重的位置。

近年来，随着育种技术的不断发展，各种玉米新品种不断推陈出新，促进了中国玉米生产的发展，但品种的鉴定成为研究的重点［1］。

以前检测种子纯度和品种真实性大致主要有两种方法:大田鉴定法和生化标记鉴定法，但是在实践过程中存在着一些问题，其应用具有一定局限性［2］。

因此，发展稳定可靠并有较高区分能力的鉴定技术对玉米新品种登记和保护、品种真伪和种子纯度检验是十分必要的。

随着现代分子生物学突飞猛进的发展，DNA分子水平检测技术取得了长足进步，RFLP、RAPD、AFLP、SSR等新技术的DNA指纹法研究已广泛地开展［3］。

DNA指纹技术是一种在单一实验中可检测出大量DNA位点差异的分子生物学技术，它是建立在DNA分子标记的基础之上的。

这种电泳图谱多态性丰富，具有高度的个体特异性和环境稳定性，就像人的指纹一样，因而被称为“指纹图谱”。

目前，国外关于分子指纹图谱构建的研究较多，Santhy.V 等［4］、Low.JR等［5，6］、Lesur.C 等［7］、Lee.D 等［8］用分子标记的方法分别对水稻、菊花、小麦、天竺葵和油菜等多种作物进行了研究，提出利用分子标记方法构建分子指纹图谱，进行植物新品种 DUS测试是可行的。

在我国，北京［9］、吉林［10］、河
北［11］、湖北［12］、新疆［13］、云南［14］、四川［15］、重庆［16］
等的大学和科研单位，分别用不同的标记和不同品种研究了玉米DNA指纹图谱构建的方法和体系。

另外，中国农业大学和北京市农林科学院从500对玉米SSR引物中筛选出100对通用的SSR引物［17］。

我国农业部已于2007年9月14日
发布了《中华人民共和国农业行业标准——玉米品种鉴定DNA指纹方法(NY/T 1432－2007)》，该标准从2007年12月1日开始实施。

如何有效地应用所建立的指纹图谱库呢?指纹图谱库应用的核心应是以最少的标记
达到最优的鉴定效果。

这就需要对指纹图谱中的标记进行鉴别能力的分析。

本研究
尝试利用聚类分析，对用20个SSR标记构建的48个玉米杂交种的指纹数据进行分析，以期从20个标记中筛选出鉴别能力强的标记，再筛选出鉴别效果最优的标记组合，为指纹图谱库的高效应用提供参考依据。

1.1 材料
用已构建的48个玉米杂交种、20个SSR标记的指纹数据［18］作为分析材料，为方便起见将之列于表1。

1.2 方法
品种间在某(些)分子标记位点的遗传距离，用SYSTAT 10.2软件，按类平均距离法，以欧氏距离计算。

标记的鉴别能力分析，按如下设定进行:设定品种间某(些)分子标记位点遗传距离大于零者为某(些)分子标记可鉴别的品种，分析DNA分子标
记鉴别品种的能力;在此基础上，设定品种间某(些)分子标记位点最小遗传距离大者为优，筛选出鉴定参试品种所需的最少标记数。

2.1 SSR标记的鉴别能力分析
用每个标记的指纹数据分别作聚类分析，品种间遗传距离大于零者，为该标记可鉴别的品种。

结果如下:鉴别能力较强的标记有bnlg 1451、umc 1231、umc 1222、bnlg 1175、bnlg 240、umc 2084，分别可以鉴别 11、9、8、8、8、7 个不同
的品种。

bnlg 1451 可以鉴别盛农 1号、毕单15、益玉5号、兴黄单988、安单2号、安单4号、兴黄单206、兴黄单999、遵试418、黔糯768、西山糯共11
个品种(图1)，umc 1231可以鉴别黔单18号、筑糯10号、黔单11号、遵玉3号、黔单19号、黔单22号、遵玉205、筑糯5号、金单999共9个品种，umc 1222可以鉴别安单3号、西山21、黔单13号、金竹2号、毕单15、黔单16号、黔单22号、黔单14号共8个品种，bnlg1175可以鉴别遵玉205、西山99、安单3号、西山21、黔单22号、黔单15号、兴海201、益玉5号共8个品种，bnlg 240可以鉴别安单3号、益玉1号、安单136、盛农1号、遵玉205、遵玉
8号、黔单14号、黔糯768共8个品种，umc 2084可以鉴别盛农1号、金单999、贵单6号、安单136、筑黄1号、益玉5号、毕单15共7个品种。

鉴别能力较差的标记有 phi 053、umc 1946、phi072。

其中，umc1946只能鉴别盛农1号和筑糯1号;phi 072只能鉴别黔单11号和兴单12;phi 053只能鉴别遵玉8号(图2)。

2.2 SSR标记组合的鉴别能力分析
用标记bnlg 1451的指纹数据分别与另外19个标记的指纹数据进行两两组合，然后予以聚类分析，品种间遗传距离等于零者，为两两组合标记不能鉴别的品种。

分析结果表明，标记bnlg 1451与标记umc 1741组合，可区别的品种数最多，达到37个;标记bnlg1451与标记bnlg1 0 2 5组合，可鉴别的品种数最少，只有15个。

然后，用标记bnlg 1451+umc 1741与其余18个标记的指纹数据组合，组成三标记组合，进行聚类分析，结果表明，标记bnlg 1451+umc 1741与标记bnlg 1175、bnlg 2291、mmc 0151、umc 1019、bnlg 1154的组合均可以鉴别46个品种。

标记bnlg 1451+umc 1741 与标记 umc 1222、umc 1946、umc 2105、phi 072、bnlg 249、bnlg 240、umc 2084、umc 1196 的组合均可鉴别44个品种。

标记bnlg 1451+umc 1741与标记bnlg 1025、umc 1545均可以鉴别42个品种。

标记 bnlg 1451+umc 1741与标记umc 1545可以鉴别41个品种。

标记bnlg 1451+umc 1741与标记phi 053可以鉴别40个品种。

只有标记bnlg 1451+umc 1741与标记umc 1231组合可以鉴别所有品种(图3)。

在指纹分析中，当标记数或品种数较少时，用肉眼即可判断使用哪些标记可以鉴别参试品种。

但是，当标记数或品种数较多时，肉眼则难以判断或不能准确判断。

本研究采用聚类分析方法来筛选鉴定参试品种所需的最少标记数量，虽然计算工作量较大，但可通过软件进行。

总体上看，该方法直观、易行、快速、高效，可为指纹图谱库的高效应用提供理论依据。

本实验室曾用该法从辣椒SSR指纹库中筛选
SSR标记和从辣椒SRAP指纹库中筛选SRAP引物对，同样取得了理想的效果(该
结果尚未发表)。

本研究中鉴别能力最强的标记为bnlg 1451，能鉴别11个品种;鉴别能力较弱的标记为phi 053，只能鉴别1个品种。

三组合标记鉴别能力较强的为
bnlg1451+umc 1741+umc 1231，能鉴别全部48个参试品种。

标记bnlg 1451的等位基因数、多肽信息量和标记索引值分别为 7、0.769、5.383;标记
umc 1741 的等位基因数、多肽信息量和标记索引值分别为 6、0.763、4.578;标
记umc 1231的等位基因数、多肽信息量和标记索引值分别为7、0.768、5.376。

而鉴别能力较弱的标记phi 053的等位基因数、多肽信息量和标记索引值分别为 4、0.632、2.528。

通常鉴别能力较强的标记其等位基因数、多肽信息量和标记索引
值也相对较大，鉴别能力较弱的标记其等位基因数、多肽信息量和标记索引值相对较小。

但也并非绝对，本试验中，标记 bnlg 1175的等位基因数、多肽信息量和
标记索引值最大，分别为7、0.784、5.488，但其只能鉴别 8 个品种，并没有bnlg 1451的鉴别能力强。

标记bnlg 1025的等位基因数、多肽信息量和标记索
引值最小，分别为4、0.374、1.496，却比标记 phi 053 能鉴别出的品种多，可
以鉴别出3个品种。

因此，衡量标记多态性的3个指标，等位基因数、引物多态
性信息量(PIC)和标记索引值(MI)只是一个相对的值，并不能反映出标记指纹的鉴
别能力。

在本研究所用的指纹图谱中，用于检测的20个SSR标记，除1个是核心标记的
相邻标记外，其余19个都是核心标记［17］。

其中，有6个是已组10重PCR
标记，有 5 个标记(umc 2105、phi 072、bnlg 2291、phi 116和umc 1741)和农业行业标准NY/T 1432-2007中的相同。

农业行业标准NY/T 1432-2007中的20个基本核心标记中，也含有1个核心标记的相邻标记，在其余的核心标记中含
有15个已组10重PCR标记。

但是，10重PCR标记由于设备较昂贵和实验费用
较高，目前还难以广泛应用。

本研究曾试图用上述相同的5个标记组合进行48个杂交种的鉴定，经聚类分析，结果表明不能鉴别贵单6号和安单4号(图4)。

而本研究的结果表明，利用标记组合bnlg 1451+umc 1741+umc 1231就可以鉴别
所有参试品种。

这与标记位点在样本群体中的等位变异有关，样本群体不同标记位点的等位变异也不相同，采用不同样本群体筛选出来的核心标记就会有差异，利用聚类分析筛选出来的品种鉴定的最优标记或标记组合也就不会相同。

【相关文献】
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