單交種是目前國(guó)家和省級(jí)玉米品種審定的主要品種類型。單交種的雜種優(yōu)勢(shì)模式代表了玉米品種的遺傳背景，一直以來(lái)只能通過(guò)其系譜資料或親本自交系的雜種優(yōu)勢(shì)群劃分結(jié)果來(lái)確定。隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)進(jìn)入商業(yè)化育種時(shí)代，傳統(tǒng)的雜種優(yōu)勢(shì)模式鑒定方法遇到系譜未知和親本保密等因素而無(wú)法有效實(shí)施。

近日，北京市農(nóng)林科學(xué)院玉米研究所在《科學(xué)通報(bào)》在線發(fā)表了題為“基于分子標(biāo)記技術(shù)的玉米品種雜種優(yōu)勢(shì)模式鑒定方法”的研究論文。作者提出了一種完全基于分子標(biāo)記技術(shù)的雜種優(yōu)勢(shì)模式鑒定方法（簡(jiǎn)稱完全分子標(biāo)記法），在品種系譜信息未知的前提下，通過(guò)分析單交種的DNA指紋就能鑒定出其兩個(gè)親本的雜種優(yōu)勢(shì)群。首先，篩選對(duì)照自交系進(jìn)行雜種優(yōu)勢(shì)群劃分；其次，通過(guò)虛擬雜交對(duì)照自交系構(gòu)建雜優(yōu)模式權(quán)重庫(kù)，并確定每個(gè)雜優(yōu)模式的置信閾值；最后，依據(jù)玉米單交種的DNA指紋判定該品種的雜種優(yōu)勢(shì)模式。

結(jié)果表明：（1）230個(gè)常用玉米自交系組成的對(duì)照自交系庫(kù)通過(guò)系統(tǒng)發(fā)生樹(shù)、群體結(jié)構(gòu)分析、主坐標(biāo)分析三種分類方法互相驗(yàn)證，確認(rèn)該庫(kù)包含了9個(gè)雜種優(yōu)勢(shì)群（圖1），分別是塘四平頭群（黃改群）、X群、旅大紅骨群、P群、蘭卡斯特群、瑞德群、改良瑞德群、混合群1和混合群2。（2）構(gòu)建包含36種模式的雜種優(yōu)勢(shì)模式權(quán)重庫(kù)，由于不同模式的評(píng)分分布差異較大（圖2），不同模式評(píng)分平均值差值最大為8.112，通過(guò)每個(gè)模式的置信閾值設(shè)定判定規(guī)則可提高模式判定的準(zhǔn)確率。（3）選取335個(gè)已通過(guò)國(guó)家審定玉米品種進(jìn)行方法驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)完全分子標(biāo)記法不僅與系譜結(jié)合分子標(biāo)記法的一致率為77.7%，與系統(tǒng)發(fā)生樹(shù)的分組結(jié)果存在親本同群聚合和雙親組合模式相同聚合兩個(gè)層次上的吻合（圖3）。（4）2000-2013年國(guó)家審定玉米品種中利用最多的雜種優(yōu)勢(shì)模式（不區(qū)分正反交）分別是改良瑞德群×塘四平頭群、改良瑞德群×P群和P群×旅大紅骨群，2017年推廣面積最大的雜種優(yōu)勢(shì)模式是改良瑞德群×塘四平頭群。該研究為獲取玉米單交種遺傳背景信息提供一種客觀、簡(jiǎn)便、有效的分析方案，不僅有助于精準(zhǔn)推廣栽培品種和評(píng)估其遺傳多樣性，還對(duì)保障國(guó)家糧食安全具有重要意義。

圖1 230個(gè)玉米自交系的雜種優(yōu)勢(shì)群劃分

圖2 雜種優(yōu)勢(shì)模式權(quán)重庫(kù)對(duì)不同模式第一代虛擬雜交種評(píng)分的描述性統(tǒng)計(jì)

圖3 335個(gè)玉米雜交種基于完全分子標(biāo)記法的雜種優(yōu)勢(shì)模式和基于鄰接法的系統(tǒng)發(fā)生樹(shù)分組情況

北京市農(nóng)林科學(xué)院玉米研究所楊揚(yáng)副研究員、田紅麗研究員、易紅梅研究員為該文共同第一作者，北京市農(nóng)林科學(xué)院玉米研究所趙久然研究員、宋偉研究員和王鳳格研究員為共同通訊作者。該研究得到科技創(chuàng)新2030重大項(xiàng)目（2022ZD04019）、北京市農(nóng)林科學(xué)院財(cái)政項(xiàng)目(KJCX20230303)和北京學(xué)者項(xiàng)目（BSP041）的資助。

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