陳冰嬬 于 淼 葛占宇 李洪奎 黃 炎 李海青 石貴山 謝 利 徐 寧 閆 峰 高士杰 周紫陽,* 王 鼐,*

春播早熟區(qū)高粱雜種優(yōu)勢群及雜種優(yōu)勢模式分析

陳冰嬬1于 淼1葛占宇2李洪奎3黃 炎3李海青1石貴山1謝 利1徐 寧1閆 峰4高士杰1周紫陽1,*王 鼐1,*

1吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物資源研究所, 吉林長春 130033;2赤峰市農(nóng)牧科學(xué)研究所, 內(nèi)蒙古赤峰 024031;3吉林省白城市農(nóng)業(yè)科學(xué)院, 吉林白城 137000;4黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院齊齊哈爾分院, 黑龍江齊齊哈爾 161006

雜種優(yōu)勢群的劃分對于拓寬親本間遺傳基礎(chǔ)、提高育種效率, 培育突破性新品種具有重要的指導(dǎo)作用。本研究利用全基因組重測序技術(shù)對55份春播早熟區(qū)40余年生產(chǎn)中主推雜交種親本系進(jìn)行全基因組掃描, 分析其群體結(jié)構(gòu), 估算遺傳距離, 劃分雜種優(yōu)勢群, 分析主推雜交種的雜種優(yōu)勢模式。結(jié)果表明, 利用全基因組5×測序, 過濾到1,304,623個(gè)高質(zhì)量SNP標(biāo)記用于群體結(jié)構(gòu)分析和雜種優(yōu)勢類群劃分。55份高粱親本系平均遺傳距離為0.704, 變幅0.627～0.927。多態(tài)信息含量(polymorphism information content, PIC)平均為0.2935, 變幅為0.1～0.5。群體結(jié)構(gòu)和主成分分析將55份親本系劃分為4個(gè)雜種優(yōu)勢群: 都拉群(Durra, D群)、卡佛爾/都拉群(Kafir/Durra, KD群)、俄羅斯/卡佛爾群(Russia/Kafir, RK群)、中國高粱群(Kaoliang, K群)。25個(gè)主推雜交種中76%的雜交種雜種優(yōu)勢模式為Kafir/Durra×Kaoliang模式, 主推高粱雜交種的不育系主要來源于引自國外的Kafir和Durra群, 恢復(fù)系多來源于我國自產(chǎn)的Kaoliang群。本研究的群體結(jié)構(gòu)分析及其劃分的雜種優(yōu)勢群闡明了春播早熟區(qū)高粱親本系的遺傳基礎(chǔ), 為親本系改良和雜種優(yōu)勢模式創(chuàng)新研究提供科學(xué)依據(jù)。

高粱; 親本系; 單核苷酸多態(tài)(SNP); 雜種優(yōu)勢; 雜種優(yōu)勢群; 雜種優(yōu)勢模式

雜種優(yōu)勢群和雜種優(yōu)勢利用模式能夠?yàn)樽魑锏碾s種優(yōu)勢利用提供重要信息[1]。與玉米[2-3]、水稻[4]、小麥[5]、谷子[6]等作物的雜種優(yōu)勢群研究相比, 高粱雜種優(yōu)勢群的研究比較薄弱。在高粱雜種優(yōu)勢研究中, 我國學(xué)者以高粱種質(zhì)的地理來源為依據(jù)將種質(zhì)分為南非類型、印度類型、中國類型、亨加利類型[7]。自1956年TX3197AB引入國內(nèi)[8], 利用TX3197A與在中國高粱中鑒選的恢復(fù)系組配雜交種, TX3197AB屬于南非高粱, 形成了南非類型×中國類型雜優(yōu)模式。隨后采用中國類型保持材料與TX3197B、TX623B雜交選育中國類型不育系, 與中國類型恢復(fù)系選配雜交種, 形成了中國類型×中國類型雜優(yōu)模式[9]。20世紀(jì)80年代從國際熱帶半干旱研究所引進(jìn)421A等印度高粱材料后, 國內(nèi)先后培育出7050A[10]、A2V4A[11]為代表性的傾南非類型、印度類型不育系, 形成了傾南非類型×中國類型、印度類型×中國類型雜優(yōu)模式[12-13]。我國高粱育種家們采用不同類型間雜交, 在后代中選育趨向不同血緣類型的親本系, 但是長期這種選育親本的育種方法, 使親本遺傳差異與地理來源的關(guān)系變得不太明顯, 組配的雜交組合雜種優(yōu)勢不強(qiáng)且綜合抗性沒有明顯增強(qiáng), 高粱育種處于艱難的爬坡階段。

高粱雜種優(yōu)勢研究初期主要采用農(nóng)藝性狀進(jìn)行分析[8,14]。隨著分子標(biāo)記技術(shù)的發(fā)展, 分子標(biāo)記被逐漸應(yīng)用于高粱種質(zhì)資源分群和雜種優(yōu)勢研究。Wang等[15]利用41個(gè)SSR標(biāo)記分析142份高粱種質(zhì)資源, 群體結(jié)構(gòu)分析顯示形成了Kafir、Kaoliang、Feterita、Shallu、Hegari、Milo和Durra 7個(gè)亞群。王瑞等[16]利用SSR標(biāo)記對20世紀(jì)70年代以來最具代表性的中晚熟區(qū)雜交種及親本進(jìn)行遺傳距離分析, 從分子水平上分析了中國高粱雜交種優(yōu)勢類群, 將55份高粱材料聚成4類。高旭等[17]利用SSR標(biāo)記根據(jù)地理來源將156份高粱材料劃分為3個(gè)類群。肖松等[18]利用28對SSR標(biāo)記將145個(gè)醬香白酒用糯高粱種質(zhì)資源劃分為2個(gè)類群。汪燦等[19]利用GBS測序技術(shù)將120份高粱材料劃分為3個(gè)類群。盡管前人開展了一些高粱種質(zhì)分類、雜種優(yōu)勢利用研究, 但是大部分并未從雜種優(yōu)勢群及雜種優(yōu)勢模式的角度進(jìn)行分析。高粱雜種優(yōu)勢群劃分和雜種優(yōu)勢模式研究鮮有報(bào)道。

本研究以高粱春播早熟區(qū)1973—2014年間生產(chǎn)中主推雜交種的親本系為試驗(yàn)材料, 利用全基因組5×重測序技術(shù), 獲得覆蓋全基因組的SNP標(biāo)記, 分析55份高粱親本系群體結(jié)構(gòu)、計(jì)算遺傳距離, 劃分雜種優(yōu)勢群, 揭示主推雜交種雜種優(yōu)勢模式, 為春播早熟區(qū)高粱親本系改良、組配強(qiáng)優(yōu)勢雜交種、建立新型雜優(yōu)模式提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

選用春播早熟區(qū)55份高粱種質(zhì)為試驗(yàn)材料, 其中保持系27份、恢復(fù)系25份、地方品種3份, 試驗(yàn)材料多數(shù)為1973—2014年間生產(chǎn)上大面積推廣的雜交種的親本系。供試材料見表1。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)材料種植 2019年將55份親本系種植在吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院公主嶺試驗(yàn)基地(43o31￠N, 124o49￠E), 采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì), 每份材料種植3 m, 壟寬0.65 m, 株距15 cm, 3次重復(fù)。田間管理同一般試驗(yàn)田。抽穗期選擇整齊一致的單株套袋, 去除雜株, 成熟期選擇整齊一致、籽粒飽滿的單穗收獲, 晾干, 脫粒。

1.2.2 SNP分型及統(tǒng)計(jì)分析 在發(fā)芽盒中播種55份高粱親本系種子, 每份材料播種10～20粒種子, 生長至三至四葉。對每份材料的幼嫩葉片進(jìn)行混合取樣。采用CTAB法提取樣本基因組DNA[20], 在IlluminaHiSeqPE150測序平臺上進(jìn)行測序, 去除低質(zhì)量的數(shù)據(jù)。采用Burrows-Wheeler Aligner (BWA)方法將高質(zhì)量測序堿基數(shù)據(jù)與高粱BTA623參考基因組v3.1進(jìn)行比對(the Phytozome database, http:// phytozome.jgi.doe.gov/), 采用Sentieon軟件對樣品SNP進(jìn)行檢測, 將檢測出的SNP進(jìn)行過濾, 過濾的標(biāo)準(zhǔn)為: (1) 選擇測序深度大于4的標(biāo)記; (2) 刪除低頻等位基因頻率小于0.05、缺失率大于0.2的標(biāo)記; (3) 去掉多于一種突變型的位點(diǎn)。最終獲得了1,304,623個(gè)高質(zhì)量的SNP標(biāo)記用進(jìn)一步分析。利用 Power Marker V3.25計(jì)算群體的低頻等位頻率(minor allele frequency, MAF)、雜合率以及多態(tài)信息含量(PIC)[21]。

表1 春播早熟區(qū)高粱親本系名稱和系譜

(續(xù)表1)

1～26號為保持系、27～55號為恢復(fù)系。1–26 were B-Lines, and 27–55 were R-Lines.

1.2.3 遺傳距離分析、熱圖和鄰近樹的構(gòu)建 采用Plink軟件計(jì)算遺傳距離[22]; 采用TASSEL5.0軟件制作熱圖, 其數(shù)據(jù)采用遺傳相似度(identity-by-state, IBS)數(shù)據(jù)[23]。IBS越小, 表明種質(zhì)之間的親緣關(guān)系越近。運(yùn)用Treebest-1.9.2軟件計(jì)算距離矩陣, 采用鄰接法(Neighbor-Joining Method)構(gòu)建系統(tǒng)進(jìn)化樹[24]。

1.2.4 群體結(jié)構(gòu)分析和主成分分析(PCA) 使用fast Structure軟件進(jìn)行群體結(jié)構(gòu)分析[25], GCTA軟件進(jìn)行主成分分析(PCA)分析[26]。

2 結(jié)果與分析

2.1 春播早熟區(qū)高粱親本系雜合度和遺傳距離分析

1,304,623個(gè)SNP平均最小等位基因頻率0.205, 變幅為0.05～0.50。55份親本系平均觀測雜合度為0.241, 變異范圍為0.090～0.319。雜合度比較低的是TX623B、遼寧黏B404B, 分別是0.090、0.091、0.135。雜合度比較高的是南108、吉2731B、299, 分別是0.308、0.308、0.319。67%親本系的雜合度在0.203～0.300之間。平均多態(tài)信息含量(PIC)為0.2935, 變幅為0.1～0.5。55份親本系的遺傳距離變異范圍為0.627～0.927, 平均遺傳距離為0.704。55份材料兩兩之間的遺傳距離見圖1。

2.2 春播早熟區(qū)高粱親本系群體結(jié)構(gòu)與聚類分析

依據(jù)群體結(jié)構(gòu)和聚類分析將55份親本系分成4類(圖2-A)。第1類包含SX44B、5222B、L407B、A2V4B、406B、521B共6份種質(zhì), 群體結(jié)構(gòu)顯示該類種質(zhì)由Durra類群選育而來, 因此命名為Durra類群(簡稱D群); 第2類包含TAM428B、352B、7050B、遼寧黏B、TX623B、404B、QL33B、繁8B、5535B、吉2055B、314B、MHB、晉長早B、赤6B、2316B、哲15B、4190B共17份種質(zhì), 群體結(jié)構(gòu)顯示該類種質(zhì)多由Kafir和Durra雜交選育而來, 命名為Kafir/Durra類群(簡稱KD群); 第3類僅包含忻4B、1230B、黑30B、哈恢144、赤恢428共5份種質(zhì), 群體結(jié)構(gòu)顯示該類種質(zhì)多Russia和Kafir高粱雜交選育而來, 因此命名為Russia/Kafir類群(簡稱RK群); 第4類包含吉R159、LR9198、吉R117、吉2731B、299、哈恢75號、盤陀早、5933、7788、6115、7313、7384、2598、吉R9060、南108、忻粱52、吉R105、吉R107、吉R8036、吉R109、吉恢13、LR116、南133、T180、0-30、7616-533、三尺三共27份種質(zhì), 其群體結(jié)構(gòu)顯示該類種質(zhì)多由kaoliang類群改良而來, 有少量的Kafir和Durra親緣, 故命名為kaoliang類群(簡稱K群)。其中第1、第2、第3類群以保持系為主, 第4類群以恢復(fù)系為主。

2.3 春播早熟區(qū)高粱親本系主成分分析

為更準(zhǔn)確地劃分55份親本系的雜種優(yōu)勢群, 進(jìn)行了主成分分析(PCA)。主成分分析也將55份親本系分成了4類(圖2-B)。主成分1 (PC1)、主成分2 (PC2)和主成分3 (PC3)解釋的遺傳方差分別為15.47%、8.29%和5.24%, 共解釋供試材料中SNP總變異的29%。

本試驗(yàn)55份親本系中33份親本系是1973—2014年間春播早熟區(qū)生產(chǎn)中主推的25個(gè)雜交種的親本, 根據(jù)本試驗(yàn)雜種優(yōu)勢類群劃分的結(jié)果, 這25個(gè)主推雜交種的雜種優(yōu)勢利用模式如表2所示, 其中有18個(gè)雜交種的雜種優(yōu)勢利用模式為KD×K, 2個(gè)雜交種的雜種優(yōu)勢利用模式為K×K, 2個(gè)雜交種的雜種優(yōu)勢利用模式為D×K, 2個(gè)雜交種的雜種優(yōu)勢利用模式為RK×K。同時(shí)有4個(gè)雜交種的雜優(yōu)模式與先前認(rèn)知的不同, 比如吉雜52、吉雜141被認(rèn)為是中國類型×中國類型, 本試驗(yàn)結(jié)果為RK×K; 遼雜10被認(rèn)為是南非類型×中國類型, 本試驗(yàn)結(jié)果為KD×K; 四雜21被認(rèn)為是印度類型×中國類型, 本試驗(yàn)結(jié)果為KD×K。吉雜121、吉雜123、吉雜122和124四個(gè)雜交種的父本被認(rèn)為是傾亨加利類型, 本試驗(yàn)結(jié)果均屬于Kaoliang類群。

圖1 春播早熟區(qū)高粱親本系遺傳距離

紅色表示遺傳距離較遠(yuǎn), 藍(lán)色表示遺傳距離較近。

Red represents a high IBS value, showing a greater distance between two lines. Blue represents a low IBS value, showing a close distance between two lines.

圖2 春播早熟區(qū)高粱親本系聚類分析、群體結(jié)構(gòu)和主成分分析

A: 55個(gè)高粱親本系聚類分析、群體結(jié)構(gòu)結(jié)果圖。55份高粱親本系=2～4的群體結(jié)構(gòu)。每條橫線代表一個(gè)親本系, 不同顏色代表基因型來源不同。當(dāng)=4時(shí), 群體可分為都拉群、卡佛爾/都拉群、俄羅斯/卡佛爾群、中國高粱群。B: 55個(gè)高粱親本系3個(gè)主成分分析結(jié)果圖。黑點(diǎn)表示卡佛爾/都拉群、藍(lán)點(diǎn)表示中國高粱群、綠點(diǎn)表示都拉群和紅點(diǎn)表示俄羅斯/卡佛爾群。

A: the clustering and population structure of 55 sorghum parental lines. The population structure analysis using 1,304,623 SNP. Each individual is represented by a horizontal bar, partitioned into colored segments with the length of each segment representing the proportion of the individual’s genome from=2–4 groups. When=4, the genetic groups named the Durra, Kafir/Durra, Russia/Kafir, Kaoliang. B: PCA plot of the three components (PC1, PC2, and PC3) of the 55 sorghum parental lines. Black plot represents Kafir/Durra group, blue plot represents Kaoliang group, green plot represents Durra group and red plot represents Russia/Kafir group.

2.4 春播早熟區(qū)主推雜交種雜種優(yōu)勢利用模式

2.4.1 春播早熟區(qū)主推雜交種雜種優(yōu)勢利用模式 本試驗(yàn)55份親本系中33份親本系是1973— 2014年間春播早熟區(qū)生產(chǎn)中主推的25個(gè)雜交種的親本，根據(jù)本試驗(yàn)雜種優(yōu)勢類群劃分的結(jié)果，這25個(gè)主推雜交種的雜種優(yōu)勢利用模式如表2所示，其中有18個(gè)雜交種的雜種優(yōu)勢利用模式為KD×K，2個(gè)雜交種的雜種優(yōu)勢利用模式為K×K，2個(gè)雜交種的雜種優(yōu)勢利用模式為D×K，2個(gè)雜交種的雜種優(yōu)勢利用模式為RK×K。同時(shí)有4個(gè)雜交種的雜優(yōu)模式與先前認(rèn)知的不同，比如吉雜52、吉雜141被認(rèn)為是中國類型×中國類型，本試驗(yàn)結(jié)果為RK×K；遼雜10被認(rèn)為是南非類型×中國類型，本試驗(yàn)結(jié)果為KD×K；四雜21被認(rèn)為是印度類型×中國類型，本試驗(yàn)結(jié)果為KD×K。吉雜121、吉雜123、吉雜122和124四個(gè)雜交種的父本被認(rèn)為是傾亨加利類型，本試驗(yàn)結(jié)果均屬于Kaoliang類群。

2.4.2 春播早熟區(qū)主推雜交種父母本間遺傳距離分析 25個(gè)雜交種的2個(gè)親本之間的遺傳距離變幅為0.6876～0.8463, 平均為0.7342。遺傳距離最大的是1978年培育的吉雜27, 其父母本的遺傳距離達(dá)到了0.8463, 其2個(gè)親本均來自于Kaoliang類群。父母本遺傳距離最小的雜交種是四雜25, 為0.6876。春播早熟區(qū)目前主推雜交種吉雜210、吉雜124、吉雜127親本間的遺傳距離為0.7276、0.7276、0.7543。2個(gè)D×K雜優(yōu)模式的雜交種吉雜96、吉雜305的親本遺傳距離并不突出, 分別為0.6993和0.7151。

3 討論

由于生產(chǎn)中越來越多的親本具有2個(gè)或2個(gè)以上的親緣, 依據(jù)種質(zhì)地理來源分類的方法已不能將種質(zhì)詳細(xì)劃分類群。從分子水平解析種質(zhì)類群歸屬、合理準(zhǔn)確地劃分作物親本雜種優(yōu)勢群, 建立相應(yīng)的雜種優(yōu)勢模式[27], 對于培育新型親本、選配突破性雜交組合, 提高高粱雜種優(yōu)勢育種效率具有重要意義[28]。

3.1 春播早熟區(qū)高粱親本系雜種優(yōu)勢群與雜種優(yōu)勢利用模式分析

本研究利用SNP標(biāo)記對55份親本系劃分類群, 并采用Harlan和de Wet的5個(gè)基本型和10個(gè)中間型[29]與地理來源結(jié)合的方法對4個(gè)雜種優(yōu)勢群命名, 即Durra、Kafir/Durra、Russia/Kafir和Kaoliang類群。劃分的結(jié)果與系譜來源有較好的一致性, 比如SX44B、V4B、406B具有類似的親緣, 被聚為同一類群?；謴?fù)系吉R117從LR9198的天然變異株中選育而來, 吉R159又具有吉R117的親緣, 被聚為同一類群。與按地理來源分類的雜種優(yōu)勢群相比, 本研究中劃分雜種優(yōu)勢群可清晰看出親本的來源, 尤其是被認(rèn)為是傾南非類型的親本均明確為Kafir/Durra類群。表明采用SNP標(biāo)記對高粱親本系劃分雜種優(yōu)勢群可以獲的與其他作物一樣比較理想的結(jié)果[30]。

25個(gè)主推雜交種中有19個(gè)雜交種的雜種優(yōu)勢模式為Kafir/Durra×Kaoliang, 占到76%。春播早熟區(qū)目前主推雜交種吉雜210、吉雜124、吉雜127均是Kafir/Durra×Kaoliang雜優(yōu)模式?；仡櫞翰ピ缡靺^(qū)高粱不育系、恢復(fù)系培育歷程, 20世紀(jì)60至80年代 Tx3197AB、Tx6A系列不育系逐漸引入早熟區(qū), 但是Tx3197A、Tx6A系列不育系在早熟區(qū)組配的雜交組合生育期比較長, 不能正常成熟。育種家們采用該生態(tài)區(qū)中國高粱保持類型材料(生育期短)與Tx3197B、Tx6B系列進(jìn)行人工去雄雜交, 在后代中選育適合早熟區(qū)種植的保持系再回交轉(zhuǎn)育不育系[31],比如早熟區(qū)主推雜交種敖雜1號的母本314A由Tx3197B×庫班紅雜交選育而來[32], 此時(shí)不育系以Kafir群為主。20世紀(jì)80年代之后, 由美國、國際半干旱研究所和澳大利亞逐漸引入TAM428AB、421AB、QL33AB等Kafir/Durra、Durra群引入之后, 逐漸培育出4190A、7050A、吉2055A等Kafir/Durra群不育系。而恢復(fù)系均是由我國Kaoliang類型改良而來。因此形成了Kafir/Durra×Kaoliang雜優(yōu)模式。然而從1973年至2014年40余年間主推雜交種的雜優(yōu)模式?jīng)]有發(fā)生較大的變化, 尤其1995年至今的雜交種都是Kafir/Durra×Kaoliang模式, 且雜交種雙親之間的遺傳距離也沒有顯著增加。

3.2 春播早熟區(qū)高粱不育系、恢復(fù)系遺傳基礎(chǔ)與改良

春播早熟區(qū)高粱不育系主要來源于Kafir和Durra類群, 少部分極早熟不育系屬于Russia類群。春播早熟區(qū)著名不育系吉2055A是76%的Kafir親緣、24%的Durra親緣。新培育的糯性不育系吉5535A具有50% Kafir親緣和50% Durra親緣。4190A和314A則屬于純Kafir類群。通過本試驗(yàn)分析1230A、黑30A是帶有少部分Kafir親緣的Russia類群。

恢復(fù)系多是Kaoliang類群或在Kaoliang類群基礎(chǔ)上引入少量Kafir、Durra親緣。主推品種吉雜124父本吉R107具有69% Kaoliang、17% Kafir和14% Durra親緣, 主推雜交種吉雜127的父本吉R117具有58% Kaoliang親緣、35% Kafir親緣和7% Durra親緣。已知具有亨加利高粱血緣的恢復(fù)系南133[33]、吉R105[34]、吉R107[35]被劃分在具有一定Kafir親緣或Durra親緣的Kaoliang類群中, 推斷亨加利高粱不是一個(gè)獨(dú)立的類型, 屬于Kafir類群。

春播早熟區(qū)包括吉林、黑龍江、內(nèi)蒙古等省區(qū)全部, 河北省承德地區(qū)、張家口壩下地區(qū), 山西、陜西北部等地區(qū)。春播時(shí)雜交種和制種田容易受低溫冷害, 造成出苗缺苗斷條的情況, 主要內(nèi)因還在于不育系親緣主要來源于來自熱帶地區(qū)的Kafir和Durra類群, 不育系耐冷性不夠突出, 若將不育系親緣改良成我國自產(chǎn)的Kaoliang類群, 即可解決這個(gè)生產(chǎn)上的大問題。比如可多采用吉2731B, 吉2731B是從中國地方品種紅棒子與黑殼打鑼錘雜交選育而來, 具有耐冷、出苗快, 籽粒顏色黃紅色、顏色好看等優(yōu)點(diǎn), 本試驗(yàn)分析吉2731B與南133、吉R105等多個(gè)親本系的遺傳距離均0.8以上。在選育恢復(fù)系時(shí), 注意向Kafir或Durra親緣選育, 增強(qiáng)雜交種的雜種優(yōu)勢, 將雜種優(yōu)勢模式變?yōu)镵aoliang×Kafir、Kaoliang×Durra或Kaoliang×Kafir/Durra。

4 結(jié)論

本研究利用1,304,623個(gè)高質(zhì)量SNP標(biāo)記對春播早熟區(qū)55份高粱親本系估算遺傳距離、劃分雜種優(yōu)勢群, 研究主推雜交種的雜種優(yōu)勢模式。群體結(jié)構(gòu)和PCA分析將55份親本系劃分為4個(gè)雜種優(yōu)勢群, 采用Harlan J R的簡易分類與地理來源結(jié)合的方法對4個(gè)雜種優(yōu)勢群命名為Durra、Kafir/Durra、Russia/Kafir、Kaoliang。主推高粱雜交種的不育系主要來源于引自國外的Kafir和Durra群, 恢復(fù)系多來源于我國自產(chǎn)的Kaoliang群。Kafir/Durra× Kaoliang是春播早熟區(qū)高粱育種的主要雜種優(yōu)勢模式。本研究為春播早熟區(qū)高粱育種拓寬種質(zhì)遺傳基礎(chǔ)、雜種優(yōu)勢深入研究以及開創(chuàng)新的雜種優(yōu)勢模式提供理論基礎(chǔ)。

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Analysis of heterotic groups and heterosis patterns of sorghum in early-maturing area

CHEN Bing-Ru1, YU Miao1, GE Zhan-Yu2, LI Hong-Kui3, HUANG Yan3, LI Hai-Qing1, SHI Gui-Shan1, XIE Li1, XU Ning1, YAN Feng4, GAO Shi-Jie1, ZHOU Zi-Yang1,*, and WANG Nai1,*

1Institute of Crop Germplasm Resources, Jilin Academy of Agricultural Sciences, Changchun 130033, Jilin, China;2Chifeng Academy of Agricultural and Animal Husbandry Sciences, Chifeng 024031, Inner Mongolia, China;3Jilin Province Baicheng Academy of Agricultural Sciences, Baicheng 137000, Jilin, China;4Qiqihar Sub-academy of Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences, Qiqihar 161006, Heilongjiang, China

The division of heterotic groups can play an important guiding role in broadening the genetic basis of parents, improving breeding efficiency and developing breakthrough new hybrids. In this study, we used the whole genome resequencing technology to scan the whole genome of 55 parent lines of dominant hybrids lines in spring sowing early maturing region for more than 40 years, analyzed their population structure, estimated genetic distance, divided heterosis groups, and analyzed heterosis patterns of dominant hybrid lines. The results showed that the genetic distance of 55 germplasm were 0.704, with a range of 0.627–0.927, and the average polymorphism information content (PIC) was 0.2935, range from 0.1 to 0.5. Fifty-five parents’ lines were classified into 4 heterotic groups that Durra, Kafir/Durra, Russia/Kafir, Kaoliang by the population structure and principal components analysis. Meanwhile, heterosis models of 76% hybrids of 25 main release hybrids from 1973–2014 years were Kafir/Durra × Kaoliang. The sterile line of main release hybrids was derived from Kafir and durra groups from abroad, and the restorer lines were derived from the Kaoliang group produced in China. The heterotic groups divided in this study clarified the genetic basis of sorghum parents’ lines in early- maturing area in China, which provided a scientific basis for the improvement of parental lines and the innovation of heterotic patterns.

sorghum; parental lines; SNP; heterosis; heterotic groups; heterotic patterns

10.3724/SP.J.1006.2023.24035

本研究由高粱遺傳與種質(zhì)創(chuàng)新山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目青年基金課題(2016K-01), 吉林省科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(20210202001NC), 吉林省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程項(xiàng)目(CXGC2021DX005)和財(cái)政部和農(nóng)業(yè)農(nóng)村部國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)(CARS-06)資助。

This study was supported by the Youth Fund of Key Laboratory of Sorghum Genetics and Germplasm Innovation in Shanxi Province (2016K-01), the Science and Technology Development Program of Jilin Province (20210202001NC), the Science and Technology Innovation Project of Jilin Province (CXGC2021DX005), and the China Agriculture Research System of MOF and MARA (CARS-06).

王鼐, E-mail: wang-nai@163.com; 周紫陽, E-mail: ziyang_z@163.com

E-mail: chenbingru1979@163.com

2022-02-07;

2022-05-05;

2022-05-31.

URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20220530.2128.002.html

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