高美玲，袁成志，王玉書

（齊齊哈爾大學(xué)生命科學(xué)與農(nóng)林學(xué)院，黑龍江齊齊哈爾161006）

甜瓜葉面積RIL群體主基因+多基因混合遺傳模型分析

高美玲，袁成志，王玉書

（齊齊哈爾大學(xué)生命科學(xué)與農(nóng)林學(xué)院，黑龍江齊齊哈爾161006）

研究甜瓜葉面積的遺傳規(guī)律，采用RILs群體主基因+多基因混合遺傳模型分析法，在春秋兩季，通過葉面積較小甜瓜品系“WI998”與葉面積較大品系“3-2-2”雜交所得重組自交系群體（RILs），對葉面積遺傳特性進(jìn)行分析。為甜瓜株型和高光效育種提供理論基礎(chǔ)。春季葉面積遺傳受兩對隱性上位主基因、無多基因模型（B-1-5）控制，主基因遺傳率為98.93%，多基因遺傳率為0；秋季葉面積遺傳同樣受兩對隱性上位主基因、無多基因模型（B-1-5）控制，主基因遺傳率為98.15%，多基因遺傳率為0。甜瓜葉面積主要受兩對隱性上位主基因控制，沒有多基因作用，不同季節(jié)穩(wěn)定遺傳，同時也受環(huán)境變異的影響。

甜瓜；重組自交系群體；葉面積；主基因+多基因遺傳模型；遺傳

葉面積大小是確定甜瓜（Cucumis melo L.）植株理想株型的重要因素，葉面積大小和增長速度直接影響果實(shí)發(fā)育[1]，只有擴(kuò)大葉面積，光能利用率才能得到相應(yīng)提高，研究甜瓜葉面積遺傳基礎(chǔ)對于指導(dǎo)甜瓜高光效育種具有重要意義。喬昌萍等研究整枝方式對甜瓜葉面積大小的影響[2]，何三鵬等研究基質(zhì)容積含水量對溫室網(wǎng)紋甜瓜葉面積指數(shù)的影響[3]，王加蓬等研究隨著生長天數(shù)變化，甜瓜葉面積動態(tài)變化規(guī)律以及不同水分處理對甜瓜葉面積大小范圍的影響[4]，但關(guān)于葉面積的遺傳研究較少，吳鵬等研究黃瓜葉面積遺傳及QTL定位，表明葉面積是一個遺傳較為復(fù)雜的性狀[5]，蓋鈞鎰等提出RIL主基因+多基因混合遺傳分離分析法[6]，可使復(fù)雜性狀遺傳分析更準(zhǔn)確、深入，已得到廣泛應(yīng)用[7-9]。迄今為止，利用重組自交系群體進(jìn)行甜瓜葉面積這一復(fù)雜性狀的遺傳研究尚未見報道。本研究以葉面積較小和較大的甜瓜品系為親本，構(gòu)建重組自交系群體，通過RILs群體主基因+多基因混合遺傳模型分析，研究甜瓜葉面積遺傳規(guī)律，建立甜瓜葉面積遺傳模型，估算遺傳力，為甜瓜育種后代葉面積分選、葉面積分子標(biāo)記和QTL定位提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及遺傳群體構(gòu)建

以葉面積較小的純雌系厚皮甜瓜品系“WI998”（P1）為母本，葉面積較大的雌雄異花同株薄皮甜瓜品系“3-2-2”（P2）為父本，父母本分枝、結(jié)果等習(xí)性差異顯著[10]。P1與P2雜交獲得F1，從F1代的一個瓜中取出300粒種子進(jìn)行單粒傳，自交得到F6代重組自交系群體（185個家系）。構(gòu)建群體過程中在幼苗2葉1心期噴灑300 mg·kg-1硝酸銀3次，每隔3 d 噴1次，注意硝酸銀噴灑要在光線較弱的早上或傍晚進(jìn)行，誘導(dǎo)純雌株產(chǎn)生完全花以保證自交傳代。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 田間試驗(yàn)

本試驗(yàn)春、秋兩季均采用完全隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計，在塑料大棚中種植親本P1、P2及F1各36株，每小區(qū)種植12株，株行距0.4 m×0.6 m，重復(fù)3次；F6∶7群體（185個家系）的每個家系種植15株，3次重復(fù)，每個重復(fù)5株，隨機(jī)排列，種植株行距0.4 m×0.6 m，自然生長不整枝，每個家系之間種植一行商品甜瓜作為保護(hù)行。開花坐果期，從親本P1、P2及F1每小區(qū)中隨機(jī)選取5株生長正常的單株，從每株第10到14節(jié)上取1片功能葉，F(xiàn)6∶7群體每個家系的每個單株均按照同樣方法取樣，用LI-3100C AREA METER葉面積儀測定，具體測定方法為：開機(jī)預(yù)熱30 min后，用秒表開始記錄誤差時間，一定時間后同時記錄誤差面積，清零后，開始測量葉面積，測5片葉求平均值，計算公式為：葉面積（cm2）=（儀器所測面積-誤差面積×誤差時間）/葉片數(shù)。

1.2.2 遺傳數(shù)據(jù)分析方法

運(yùn)用蓋均鎰提供的RIL群體主基因+多基因混合遺傳模型分離分析方法[10]，將春秋兩季調(diào)查的重組自交系群體葉面積數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，其方法是用IECM算法估計各種遺傳模型的極大對數(shù)似然函數(shù)值和AIC值，從這些模型中選擇AIC值較低的模型進(jìn)行適合性檢驗(yàn)，適合性檢驗(yàn)參數(shù)達(dá)到顯著差異個數(shù)最少的模型即為最優(yōu)模型，然后根據(jù)最優(yōu)模型估計一階遺傳參數(shù)和二階遺傳參數(shù)，一階遺傳參數(shù)由軟件自動生成，二階遺傳參數(shù)估計方法如下：

在混和遺傳模型中，表型值（p）表示為群體平均數(shù)（m）、主基因效應(yīng)（g）、多基因效應(yīng)（c）和環(huán)境效應(yīng)（e）之和，即p=m+g+c+e，因此，表型方差（δp2）可表示為主基因方差（δmg2）、多基因方差（δpg2）和環(huán)境方差（δe2）之和，即δp2＝δmg2+δpg2+δe2。群體的主基因遺傳方差（δmg2）等于群體表型方差減去純合主基因成分分布方差，群體的多基因方差（δpg2）等于該群體純合主基因成分分布方差減去誤差方差（δe2），其中δe2＝δ2/n（n為RIL家系的觀測個體數(shù)，δ2為P1、P2估算的方差），δp2為RIL群體的表型方差，由群體家系觀察值間的變異估計。群體的主基因遺傳率hmg2（%）=δmg2/δp2×100%；群體的多基因遺傳率hpg2（%）=δpg2/δp2×100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 親本及RIL群體葉面積的表型結(jié)果

從表1可以看出，春、秋兩季，親本間葉面積差異顯著。春季和秋季調(diào)查結(jié)果顯示，在RILs群體中，葉面積性狀春秋兩季均表現(xiàn)出明顯分離（見表1），在群體中的分布接近正態(tài)分布（見圖1）?？梢姡~面積性狀為數(shù)量性狀遺傳的典型分布。

表1 不同季節(jié)父母本及重組自交系葉面積分析Table 1 Analysis of leaf area trait in RILs population and its parents detected in different seasons

圖1 春秋兩季甜瓜葉面積在重組自交系群體中的次數(shù)分布Fig.1 Frequency distribution of melon leaf area in RILs population in spring and autumn

2.2 最優(yōu)模型的選擇、檢驗(yàn)

將親本及RILs群體不同季節(jié)葉面積數(shù)據(jù)按照蓋均鎰等提出的有關(guān)RILs群體主基因+多基因混合遺傳模型數(shù)量性狀分離分析方法選擇最優(yōu)遺傳模型，計算65種假設(shè)遺傳模型的最大似然函數(shù)值和AIC值，葉面積存在一些模型對應(yīng)的基因效應(yīng)，結(jié)果見表2。

由表2可知，春季葉面積對應(yīng)的模型B-1-5、B-2-5、F-3、H-5的AIC值相對其他模型較低。依據(jù)統(tǒng)計量的均勻性檢驗(yàn)，W的 Smirnov檢驗(yàn)及D的Kolomogorov檢驗(yàn)對分布進(jìn)行適合性檢驗(yàn)（見表3），模型H-5沒有通過適合性檢驗(yàn)，模型B-1-5、B-2-5、F-3統(tǒng)計量達(dá)到顯著水平的個數(shù)分別為7、8、9，可見模型B-1-5統(tǒng)計量達(dá)到顯著水平的個數(shù)最少，可以作為春季葉面積遺傳的最適模型。從表2中可知，秋季葉面積對應(yīng)的模型B-1-5、B-2-3、B-2-5、H-5的AIC值相對其他模型較低。依據(jù)統(tǒng)計量的均勻性檢驗(yàn)，W的Smirnov檢驗(yàn)及D的Kolomogorov檢驗(yàn)對分布進(jìn)行適合性檢驗(yàn)（見表3），H-5沒有通過適合性檢驗(yàn)，模型B-1-5、B-2-3、B-2-5統(tǒng)計量達(dá)到顯著水平的個數(shù)分別為7、9、10，可見模型B-1-5統(tǒng)計量達(dá)到顯著水平的個數(shù)最少，可以作為秋季葉面積遺傳的最適模型。

表2 重組自交系群體中葉面積不同遺傳模型的AIC值Table 2 AIC values of various genetic models for leaf area in the recombinant inbred lines

表3 甜瓜葉面積備選模型的適合性檢驗(yàn)Table 3 Fitness testing of models for melon leaf area

續(xù)表

2.3 最優(yōu)模型的遺傳參數(shù)估計

利用軟件分析結(jié)果得到春季葉面積遺傳符合B-1-5模型（兩對隱性上位主基因，無多基因）；秋季同樣符合模型B-1-5，模型的一階遺傳參數(shù)值見表4，并進(jìn)一步估計二階參數(shù)（見表5）。春季控制葉面積遺傳的兩主基因表現(xiàn)為隱性上位效應(yīng)，主基因的加性效應(yīng)為da=-41.20；db=-25.29，主基因遺傳率為98.93%。秋季葉面積遺傳同樣受兩對隱性上位性主基因的控制，加性效應(yīng)為da= -27.20；db=-14.62，主效基因遺傳率為98.15%。

表4 春秋兩季NFF一階遺傳參數(shù)估計值Table 4 Estimates of first order genetic parameters of NFF in spring and autumn

注：m-均值；da-a位點(diǎn)的加性效應(yīng)；db-b位點(diǎn)的加性效應(yīng)。

Note:m-Average values;da-Additive effects of the a point;db-Additive effects of the b point.

表5 春秋兩季NFF二階遺傳參數(shù)估計值Table 5 Estimates of second order genetic parameters of NFF in spring and autumn

3 討論與結(jié)論

植物綠色葉片作為碳水化合物合成的主要器官，其面積對光能利用、干物質(zhì)積累、收獲量及經(jīng)濟(jì)效益有顯著影響。許多學(xué)者將葉片作為研究對象，在擬南芥、水稻等模式作物上，與發(fā)育有關(guān)基因研究較多[11-12]，這些研究主要是利用葉形態(tài)異常的突變體研究其基因功能及小RNA和生長素等調(diào)控因子與葉發(fā)育間的相互關(guān)系。另外，還有一些研究光合作用的基因，這些基因大多直接影響擬南芥生長速度，提高擬南芥生物量，與野生型相比，同時提高擬南芥的葉面積。研究結(jié)果往往難以直接應(yīng)用到實(shí)際育種中。因此，學(xué)者開展葉面積遺傳及QTL定位研究，劉建超等在玉米第2染色體umc1542-umc1518標(biāo)記區(qū)間發(fā)現(xiàn)一個控制葉面積的主效QTL位點(diǎn)，該位點(diǎn)可以在兩年同時檢測到，兩年分別解釋12.5%和17.3%的表型變異，該位點(diǎn)可能會在玉米葉面積分子標(biāo)記輔助選擇上應(yīng)用[13]。張立杰等研究認(rèn)為，黃瓜葉面積遺傳以顯性效應(yīng)為主，存在一定的加性效應(yīng)[1]。吳鵬等選用葉面積較小和較大的黃瓜品種雜交所得的F2分離群體，采用加性-顯性（AD）模型進(jìn)行遺傳分析，研究黃瓜葉面積遺傳及QTL定位，表明黃瓜葉面積遺傳是由多基因控制的數(shù)量性狀，以顯性效應(yīng)為主，存在一定的加性效應(yīng)[5]。

甜瓜株型性狀主要包括葉柄長度、蔓粗、柄蔓夾角及葉面積，其中對甜瓜單株產(chǎn)量影響最大的株型性狀是葉面積。Knavel等研究甜瓜節(jié)間長的遺傳[14]，而甜瓜葉面積研究大多集中在環(huán)境對葉面積的影響及葉面積與光合等方面[1]，葉面積遺傳研究尚未見報道。RILs群體是永久性群體，可以進(jìn)行多年多點(diǎn)試驗(yàn)，比分離世代更能準(zhǔn)確地測定每一家系的表型值，減少環(huán)境干擾，進(jìn)而獲得較準(zhǔn)確的參數(shù)估值。另外，由于每一家系是純合的，無顯性和顯性互作的干擾，能較準(zhǔn)確地估計主效基因的加性效應(yīng)值、加性和加性互作效應(yīng)值（這些效應(yīng)值是可固定的）。本研究采用RILs群體主基因+多基因混合遺傳模型分析法，在春秋兩季，對葉面積較小甜瓜品系“WI998”與葉面積較大品系“3-2-2”雜交組合的重組自交系群體（RILs）的葉面積遺傳特性進(jìn)行分析。春秋兩季得到同樣的遺傳模型，即葉面積主要受兩對隱性上位主基因控制，沒有多基因作用，不同季節(jié)遺傳穩(wěn)定，春秋兩季主基因遺傳率不同，說明甜瓜葉面積除受主基因控制外，也受環(huán)境變異的影響。此結(jié)果與前人黃瓜葉面積遺傳研究結(jié)果（受多基因控制的數(shù)量性狀，以顯性效應(yīng)為主，存在一定的加性效應(yīng)）[5]和苦瓜葉面積性狀（以非加性效應(yīng)為主）[15]研究結(jié)果不同，原因除作物種類、環(huán)境差異外，也可能與遺傳群體和遺傳分析方法不同有關(guān)。

在基因定位之前進(jìn)行目標(biāo)性狀的遺傳模型分析，將使基因定位具有明確的方向性，既可加快基因定位進(jìn)程，也可減少工作量并降低成本。本研究在不同環(huán)境下，進(jìn)行甜瓜葉面積的遺傳模型分析，可為今后甜瓜葉面積分子標(biāo)記和QTL定位奠定基礎(chǔ)。

[1]張立杰,王建設(shè),唐曉偉,等.黃瓜短蔓資源株型性狀分析[J].寧夏農(nóng)學(xué)院學(xué)報,2002,23(4):7-9.

[2]喬昌萍,唐瑞永,胡敏,等.整枝方式及留果數(shù)對甜瓜葉片發(fā)育和果實(shí)生產(chǎn)的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2009,37(5):1972-1973.

[3] 何三鵬,常麗英,崔沖,等.水分對溫室網(wǎng)紋甜瓜葉面積指數(shù)影響的模擬[J].上海交通大學(xué)學(xué)報:農(nóng)業(yè)科學(xué)版,2011,29(3):69-75.

[4] 王加蓬,蔡煥杰,王健,等.溫室膜下滴灌甜瓜初花期葉面積動態(tài)變化與增長模型研究[J].節(jié)水灌溉,2009(1):27-30.

[5]吳鵬,秦智偉,夏媛,等.黃瓜葉面積遺傳及QTL定位分析[J].中國蔬菜,2009(24):43-46.

[6]蓋鈞鎰,章元明,王建康.植物數(shù)量性狀遺傳體系[M].北京:科學(xué)出版社,2003:120-126.

[7]薄凱亮,沈佳,錢春桃,等.“北京截頭”×西雙版納黃瓜重組自交系群體重要農(nóng)藝性狀的遺傳分析[J].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2011,34(11):20-24.

[8]咸豐,張勇,馬建祥,等.野生甜瓜‘云甜-930’抗白粉病主基因+多基因遺傳分析[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2011,44(7):1425-1433. [9]張紅,王懷松,賀超興,等.甜瓜糖酸性狀的遺傳研究[J].園藝學(xué)報,2009,36(7):989-996.

[10]Luan F S,Sheng Y Y,Wang Y H,et al.Performance of melon hybrids derived from parents of diverse geographic origins[J]. Euphytica,2010,173:1-16.

[11]Sun Y,Zhang W,Li F L,et al.Identification and genetic mapping of four novel genes that regulate leaf development in Arabidopsis [J].Cell Res,2000,10(4):325-335.

[12]Shi Y F,Chen J,Liu W Q,et al.Genetic analysis and gene mapping of a new rolled-leaf mutant in rice(Oryza sativa L.)[J]. Sci China Ser C,2009,52(9):885-890.

[13]劉建超,褚群,蔡紅光,等.玉米SSR連鎖圖譜構(gòu)建及葉面積的QTL定位[J].遺傳,2010,32(6):625-631.

[14]Knavel,D E.Inheritance of short-internode mutant of'main steam' muskmelon[J].Hortscience,1990,25(10):1274-1275.

[15] 莊華才,劉文清,高芳云,等.苦瓜主要性狀的配合力與遺傳效應(yīng)分析[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué),2011(2):34-36.

Genetic analysis of leaf area in melon(Cucumis meloL.)with major gene plus polygene mixed genetic model by using recombinant inbred lines(RILs)population

GAO Meiling,YUAN Chengzhi,WANG Yushu(School of Life Science,Agriculture and Forest,Qiqihar University,Qiqihar Heilongjiang 161006,China)

The inheritance law of leaf area in melon was studied for providing a theoretical basis for plant type and high photosynthetic efficiency breeding.Recombinant inbred lines（RILs）derived from the cross of WI998×3-2-2 with small leaflet and big leaflet were used to study the inheritance of melon leaf area by RIL mixed major gene plus polygene inheritance models.The results showed that the inheritance of leaf area fitted two pairs of epistatic recessiveness major genes plus no polygene model(B-1-5)in spring.The major gene heritability of RILs were estimated to be 98.93%,and the polygene heritability to be 0.In autumn,the inheritance of leaf area also fitted two pairs of epistatic recessiveness major genes plus no polygene model(B-1-5).The major gene heritability of RILs was estimated to be 98.15%,the polygene heritability to be 0.Leaf area in melon was controlled by two pairs epistatic recessiveness major genes plus no polygene,and heritability leaf area was stable in different seasons,and also affected by the environment.

melon;recombinant inbred line;leaf area;major gene plus polygene model;genetic

S652.9

A

1005-9369（2014）03-0046-06

時間2014-3-21 9:12:00 [URL]http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20140321.0912.010.html

高美玲,袁成志,王玉書.甜瓜葉面積RIL群體主基因+多基因混合遺傳模型分析[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2014,45(3):46-51.

Gao Meiling,Yuan Chengzhi,Wang Yushu.Genetic analysis of leaf area in melon(Cucumis meloL.)with major gene plus polygene mixed genetic model by using recombinant inbred lines(RILs)population[J].Journal of Northeast Agricultural University,2014,45(3):46-51.(in Chinese with English abstract)

2013-08-18

黑龍江省普通高等學(xué)校青年學(xué)術(shù)骨干支持計劃項(xiàng)目（1155G65）

高美玲（1978-），女，副教授，博士，研究方向?yàn)槲魈鸸线z傳育種及生物技術(shù)。E-mail:gaomeiling0539@163.com