十年来中国玉米杂种优势群及其模式变化的分析
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近半个世纪以来 我国玉米杂种优势模式从开始 的硬粒型×马齿型 或者地方种质×外引材料的简单组 配方式 逐步发展到将大量的育种材料归纳为不同的 杂种优势群 并通过育种实践发展杂种优势模式 为 我国玉米杂种优势的利用做出了重要贡献[8] 吴景锋[9] 和曾三省[10]先后分析了 ２０ 世纪 80 年代中期国内主要 玉米杂交种的亲缘关系和种质基础 指出玉米杂交种 亲本种类较少 玉米种质基础较为狭窄 应当引起重 视 王懿波对“八五”期间审定的 115 个杂交种及其 234 个亲本自交系进行系谱分析 结合育种实践 将我国 主要自交系分为 5 大杂种优势群和 9 个亚群 概括为 10 种主体杂种优势模式和 16 种子模式[11]
玉米杂种优势群及其模式的研究对于提高玉米育 种的效率具有重要意义 是玉米育种的重要基础性工 作 因此受到国内外的广泛重视 特别是近十年来 分子标记技术的飞速发展 为在分子水平上研究玉米 的杂种优势群及其模式提供了新的手段[1] 1991 年 Melchinger 探讨 RFLP 分子标记划分杂种优势群的可 行性[2] 随后 Mumm 等采用 RFLP 标记将 148 个美 国自交系分为两个杂种优势主群和 11 个亚群[3] Messmer 等用 RFLP 标记对 57 个欧洲玉米自交系进行 了杂种优势群的分析[4] Dubreuil 等利用 63 个 RFLP 探针酶组合将欧洲和北美的 116 个自交系划分为马齿 和硬粒两大群和12 个亚群[5] Smith等报道了利用 SSR 和 RFLP 标记对 58 个玉米自交系的划群分析 表明两 种 划 分 结 果 高 度 相 关 并 与 系 谱 分 析 基 本 吻 合 [6] Warburton 用 85 对 SSR 引物分析 CIMMYT 的 52 个玉 米自交系 并认为 CIMMYT 玉米自交系应该划分更 多的杂种优势群而不仅仅是 HG“A”和 HG“B”两个杂 种优势群[7]
１ 材料与方法
１．１ 供试材料和分子标记分析方法
根据ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ１９９９ 年全国玉米杂交种的种植面积 选用超 过 １００ 万亩的 ７１ 个杂交种的 ８４ 份亲本自交系为材料
表 １ 拔节期每份样品取叶片５ １０ｇ 用于提取 ＤＮＡ 选择均匀覆盖玉米全基因组 １１１ 对 ＳＳＲ 引物 按照密 苏里－哥伦比亚大学 ＭＡＩＺＥ－ＤＢ 提供的 ＳＳＲ 分析程序
Analysis of Maize Heterotic Groups and Patterns During Past ecade in China
TENG Wen-tao, CAO Jing-sheng, CHEN Yan-hui, LIU Xiang-hui, JING Xi-qiang, ZHANG Fa-jun, LI Jian-sheng
摘要 以中国大面积推广的 71 个优良玉米杂交种的 84 份自交系为材料 在利用 SSR 分子标记计算的遗传距 离将其划分为 7 个杂种优势群的基础上 根据杂交种的年种植面积 分析了 1992 年至 2001 年我国杂种优势群及 其模式的变化趋势 结果表明 十年来 我国玉米杂种优势群的主次地位发生了一定的变化 在 20 世纪 90 年代 初期 主要的杂种优势群是 Lancaster Reid 唐四平头 自 330 和 E28 到 21 世纪初 主要的杂种优势群则为 Reid 温热 I 自 330 唐四平头和 Lancaster 其中温热 I 是一个含热带玉米种质的新类群 十年来 我国玉米杂 种优势模式也发生了明显的变化 这些变化主要反应在两个方面 其一是出现了含温热 I 群的新模式 Reid 温 热 I 自 330 温热 I 唐四平头 温热 I 等 由此大大拓宽了我国玉米杂种优势的利用模式 其二是模式的主次 位置有明显的改变 从 20 世纪 90 年代初期至中期 前五名的杂种优势模式是 Reid 唐四平头 自 330 Lancaster Lancaster 唐四平头 Lancaster E28 和 Reid 自 330 到 2001 年 前五位的主要杂种优势模式是 Reid 温热 I Reid 自 330 Reid 唐四平头 自 330 温热 I 和 Lancaster 唐四平头 2001 年 Reid 温热 I 和自 330 温 热 I 已分别成为全国第一和第四大主要的杂种优势模式 关键词 玉米 杂种优势群 杂种优势模式 ＳＳＲ 标记
(China Agricultural University, National Maize Improvement Center of China / Key Lab of Crop Genomics and Genetic Improvement, Ministry of Agriculture, Beijing 10094)
全国农作物主要品种推广情况统计 的数据 分析 十年来我国玉米杂种优势群及其模式的变化趋势 参 照吴景锋[9]和曾三省[10]的方法 特定年度自交系面积 按该自交系在该年度参加组配的各个杂交种面积总和 的 １／２ 进行统计 特定年度各个杂种优势群面积为该 杂种优势群内所有自交系面积的总和 特定年度杂交 种的面积为该年度该杂交种的推广面积 特定年度各 个杂种优势模式的面积为该杂种优势模式所包括所有 杂交种推广面积的总和
２ 结果与分析
２．１ 玉米杂种优势群的划分 采用 111 个 SSR 分子标记 在 84 份自交系中共
检测到 660 个等位基因 84 个自交系遗传距离的变异
万方数据
12 期
滕文涛等 十年来中国玉米杂种优势群及其模式变化的分析
1805
maize heterotic groups and patterns in China at molecular level. Key words: Maize; Heterotic group; Heterotic pattern; SSR
Abstract: In this investigation, maize heterotic groups and patterns were analyzed based on the planting areas of hybrids in 1992 to 2001 using 84 parent lines of 71 widely extended hybrids and classification of SSR markers, in which these lines were assigned into seven heteritic groups based on Ni-LI’s genetic distances. The results indicated that a certain extent change of position for major heterotic groups of maize took place during past decade in China. The major heterotic groups were Lancaster, Reid, TangSPT, Zi330 and E28 in the early 1990s, while they were Reid, Tem-tropic I, Zi330, TangSPT and Lancaster in the early 21st century. Tem-tropic I was a new heterotic group to elite germlpasm used in China widely, which contained tropic maize germplasm. The great changes for heterotic patterns also occurred. Some new heterotic patterns with Tem-tropic I appeared such as Reid×Tem-tropic I, Zi330×Tem-tropic I, TangSPT×Tem-tropic I and etc, which broaden maize heterotic patterns used in China. Another change was the order of heterotic patterns. In the early and middle 1990ｓ, the top five heterotic patterns were Reid×TangSPT, Zi330×Ｌancaster, Lancaster×TangSPT, Lancaster×Ｅ28 and Reid×Zi330, while they were Reid×Tem-tropic I, Reid×Zi330, Reid×TangSPT, Zi330×Tem-tropic I and Lancaster×TangSPT in early 21 century. Reid×Tem-tropic I and Zi330×Tem-tropic I were the first and forth Chinese heterotic patterns, respectively, in 2001. These results provided significant information to understand the
近年来 我国玉米工作者也开展了利用分子标记 开展玉米杂种优势群划分的研究 刘新芝等[12]利用 RAPD 分子标记 将我国 15 个主要杂交种亲本自交系 划分 6 个类群 袁力行等[13]利用 RFLP SSR AFLP 和 RAPD 种分子标记将供试 15 个玉米自交系划分为 塘四平头 旅大红骨 Lancster Reid 和 PN 共 5 个类 群 黄益勤和李建生[14]利用 RFLP 标记用将我国南方 41 份自交系及 4 份美国自交系划分为 6 大杂种优势 群 Li 等[15]利用 SSR 标记 将我国 58 自交系划分 8 个群 曹永国等[16]用 71 对 SSR 标记将我国 17 个自交
系划为 6 个杂种优势群 虽然这些研究对提高我国杂 种优势的利用水平起到了重要推动作用 但是由于受 到所用研究材料的限制 较少见到利用分子标记划分 杂种优势群的结果开展我国杂种优势群及其模式变化 趋势的系统研究
本研究的目的在于 以我国广泛利用的 ８４ 份自交 系为材料 在利用 ＳＳＲ 分子标记划分杂种优势群的基 础上 根据杂交种的年种植面积 重点分析十年来我 国玉米主要杂种优势群和主要杂种优势模式的变化 以期为我国玉米杂种优势的利用提供有意义的信息
收稿日期 ２００３－１２－１５ 基金项目 国家重大基础研究项目 ２００１ＣＢ１０８８０１ 和国家 ８６３ 项目资助 作者简介 滕文涛 １９７１－ 男 黑龙江林口人 博士研究生 研究方向为作物遗传育种 李建生为通讯作者 Ｔｅｌ ８６－１０－６２８９２４２２ Ｅ－ｍａｉｌ：
ｌｉｊｓ＠１６３ｂｊ．ｃｏｍ
中国农业科学 2004,37(12):1804-1811 Scientia Agricultura Sinica
十年来中国玉米杂种优势群及其模式变化的分析
滕文涛 曹靖生 陈彦惠 刘向辉 景希强 张发军 李建生
(中国农业大学 国家玉米改良中心/农业部作物基因组及遗传改良重点实验室 北京 100094)
ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｇｒｏｎ．ｍｉｓｓｏｕｒｉ．ｅｄｕ 对 ８４ 份自交 系进行分子标记多态性的分析 １．２ 统计分析和数据处理方法
参照 Ｎｅｉ 和 Ｌｉ 的方法[17,18]计算基于分子标记计算 的遗传距离 利用 ＮＴＳＹＳ－ＰＣ 软件 按 ＵＰＧＭＡ 方法对 ８４ 份自交系进行聚类分析 依据分子标记划分杂种优 势群的结果和全国农业技术推广中心 １９９２ ２００１ 年
玉米杂种优势群及其模式的研究对于提高玉米育 种的效率具有重要意义 是玉米育种的重要基础性工 作 因此受到国内外的广泛重视 特别是近十年来 分子标记技术的飞速发展 为在分子水平上研究玉米 的杂种优势群及其模式提供了新的手段[1] 1991 年 Melchinger 探讨 RFLP 分子标记划分杂种优势群的可 行性[2] 随后 Mumm 等采用 RFLP 标记将 148 个美 国自交系分为两个杂种优势主群和 11 个亚群[3] Messmer 等用 RFLP 标记对 57 个欧洲玉米自交系进行 了杂种优势群的分析[4] Dubreuil 等利用 63 个 RFLP 探针酶组合将欧洲和北美的 116 个自交系划分为马齿 和硬粒两大群和12 个亚群[5] Smith等报道了利用 SSR 和 RFLP 标记对 58 个玉米自交系的划群分析 表明两 种 划 分 结 果 高 度 相 关 并 与 系 谱 分 析 基 本 吻 合 [6] Warburton 用 85 对 SSR 引物分析 CIMMYT 的 52 个玉 米自交系 并认为 CIMMYT 玉米自交系应该划分更 多的杂种优势群而不仅仅是 HG“A”和 HG“B”两个杂 种优势群[7]
１ 材料与方法
１．１ 供试材料和分子标记分析方法
根据ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ１９９９ 年全国玉米杂交种的种植面积 选用超 过 １００ 万亩的 ７１ 个杂交种的 ８４ 份亲本自交系为材料
表 １ 拔节期每份样品取叶片５ １０ｇ 用于提取 ＤＮＡ 选择均匀覆盖玉米全基因组 １１１ 对 ＳＳＲ 引物 按照密 苏里－哥伦比亚大学 ＭＡＩＺＥ－ＤＢ 提供的 ＳＳＲ 分析程序
Analysis of Maize Heterotic Groups and Patterns During Past ecade in China
TENG Wen-tao, CAO Jing-sheng, CHEN Yan-hui, LIU Xiang-hui, JING Xi-qiang, ZHANG Fa-jun, LI Jian-sheng
摘要 以中国大面积推广的 71 个优良玉米杂交种的 84 份自交系为材料 在利用 SSR 分子标记计算的遗传距 离将其划分为 7 个杂种优势群的基础上 根据杂交种的年种植面积 分析了 1992 年至 2001 年我国杂种优势群及 其模式的变化趋势 结果表明 十年来 我国玉米杂种优势群的主次地位发生了一定的变化 在 20 世纪 90 年代 初期 主要的杂种优势群是 Lancaster Reid 唐四平头 自 330 和 E28 到 21 世纪初 主要的杂种优势群则为 Reid 温热 I 自 330 唐四平头和 Lancaster 其中温热 I 是一个含热带玉米种质的新类群 十年来 我国玉米杂 种优势模式也发生了明显的变化 这些变化主要反应在两个方面 其一是出现了含温热 I 群的新模式 Reid 温 热 I 自 330 温热 I 唐四平头 温热 I 等 由此大大拓宽了我国玉米杂种优势的利用模式 其二是模式的主次 位置有明显的改变 从 20 世纪 90 年代初期至中期 前五名的杂种优势模式是 Reid 唐四平头 自 330 Lancaster Lancaster 唐四平头 Lancaster E28 和 Reid 自 330 到 2001 年 前五位的主要杂种优势模式是 Reid 温热 I Reid 自 330 Reid 唐四平头 自 330 温热 I 和 Lancaster 唐四平头 2001 年 Reid 温热 I 和自 330 温 热 I 已分别成为全国第一和第四大主要的杂种优势模式 关键词 玉米 杂种优势群 杂种优势模式 ＳＳＲ 标记
(China Agricultural University, National Maize Improvement Center of China / Key Lab of Crop Genomics and Genetic Improvement, Ministry of Agriculture, Beijing 10094)
全国农作物主要品种推广情况统计 的数据 分析 十年来我国玉米杂种优势群及其模式的变化趋势 参 照吴景锋[9]和曾三省[10]的方法 特定年度自交系面积 按该自交系在该年度参加组配的各个杂交种面积总和 的 １／２ 进行统计 特定年度各个杂种优势群面积为该 杂种优势群内所有自交系面积的总和 特定年度杂交 种的面积为该年度该杂交种的推广面积 特定年度各 个杂种优势模式的面积为该杂种优势模式所包括所有 杂交种推广面积的总和
２ 结果与分析
２．１ 玉米杂种优势群的划分 采用 111 个 SSR 分子标记 在 84 份自交系中共
检测到 660 个等位基因 84 个自交系遗传距离的变异
万方数据
12 期
滕文涛等 十年来中国玉米杂种优势群及其模式变化的分析
1805
maize heterotic groups and patterns in China at molecular level. Key words: Maize; Heterotic group; Heterotic pattern; SSR
Abstract: In this investigation, maize heterotic groups and patterns were analyzed based on the planting areas of hybrids in 1992 to 2001 using 84 parent lines of 71 widely extended hybrids and classification of SSR markers, in which these lines were assigned into seven heteritic groups based on Ni-LI’s genetic distances. The results indicated that a certain extent change of position for major heterotic groups of maize took place during past decade in China. The major heterotic groups were Lancaster, Reid, TangSPT, Zi330 and E28 in the early 1990s, while they were Reid, Tem-tropic I, Zi330, TangSPT and Lancaster in the early 21st century. Tem-tropic I was a new heterotic group to elite germlpasm used in China widely, which contained tropic maize germplasm. The great changes for heterotic patterns also occurred. Some new heterotic patterns with Tem-tropic I appeared such as Reid×Tem-tropic I, Zi330×Tem-tropic I, TangSPT×Tem-tropic I and etc, which broaden maize heterotic patterns used in China. Another change was the order of heterotic patterns. In the early and middle 1990ｓ, the top five heterotic patterns were Reid×TangSPT, Zi330×Ｌancaster, Lancaster×TangSPT, Lancaster×Ｅ28 and Reid×Zi330, while they were Reid×Tem-tropic I, Reid×Zi330, Reid×TangSPT, Zi330×Tem-tropic I and Lancaster×TangSPT in early 21 century. Reid×Tem-tropic I and Zi330×Tem-tropic I were the first and forth Chinese heterotic patterns, respectively, in 2001. These results provided significant information to understand the
近年来 我国玉米工作者也开展了利用分子标记 开展玉米杂种优势群划分的研究 刘新芝等[12]利用 RAPD 分子标记 将我国 15 个主要杂交种亲本自交系 划分 6 个类群 袁力行等[13]利用 RFLP SSR AFLP 和 RAPD 种分子标记将供试 15 个玉米自交系划分为 塘四平头 旅大红骨 Lancster Reid 和 PN 共 5 个类 群 黄益勤和李建生[14]利用 RFLP 标记用将我国南方 41 份自交系及 4 份美国自交系划分为 6 大杂种优势 群 Li 等[15]利用 SSR 标记 将我国 58 自交系划分 8 个群 曹永国等[16]用 71 对 SSR 标记将我国 17 个自交
系划为 6 个杂种优势群 虽然这些研究对提高我国杂 种优势的利用水平起到了重要推动作用 但是由于受 到所用研究材料的限制 较少见到利用分子标记划分 杂种优势群的结果开展我国杂种优势群及其模式变化 趋势的系统研究
本研究的目的在于 以我国广泛利用的 ８４ 份自交 系为材料 在利用 ＳＳＲ 分子标记划分杂种优势群的基 础上 根据杂交种的年种植面积 重点分析十年来我 国玉米主要杂种优势群和主要杂种优势模式的变化 以期为我国玉米杂种优势的利用提供有意义的信息
收稿日期 ２００３－１２－１５ 基金项目 国家重大基础研究项目 ２００１ＣＢ１０８８０１ 和国家 ８６３ 项目资助 作者简介 滕文涛 １９７１－ 男 黑龙江林口人 博士研究生 研究方向为作物遗传育种 李建生为通讯作者 Ｔｅｌ ８６－１０－６２８９２４２２ Ｅ－ｍａｉｌ：
ｌｉｊｓ＠１６３ｂｊ．ｃｏｍ
中国农业科学 2004,37(12):1804-1811 Scientia Agricultura Sinica
十年来中国玉米杂种优势群及其模式变化的分析
滕文涛 曹靖生 陈彦惠 刘向辉 景希强 张发军 李建生
(中国农业大学 国家玉米改良中心/农业部作物基因组及遗传改良重点实验室 北京 100094)
ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｇｒｏｎ．ｍｉｓｓｏｕｒｉ．ｅｄｕ 对 ８４ 份自交 系进行分子标记多态性的分析 １．２ 统计分析和数据处理方法
参照 Ｎｅｉ 和 Ｌｉ 的方法[17,18]计算基于分子标记计算 的遗传距离 利用 ＮＴＳＹＳ－ＰＣ 软件 按 ＵＰＧＭＡ 方法对 ８４ 份自交系进行聚类分析 依据分子标记划分杂种优 势群的结果和全国农业技术推广中心 １９９２ ２００１ 年