賀 丹 王曉嬌

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，鄭州，450002) (國(guó)家花卉工程技術(shù)研究中心(北京林業(yè)大學(xué)))

劉 陽(yáng) 蔡 明 潘會(huì)堂 張啟翔

紫薇幾個(gè)表型性狀的QTLs定位1)

賀 丹 王曉嬌

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，鄭州，450002) (國(guó)家花卉工程技術(shù)研究中心(北京林業(yè)大學(xué)))

劉 陽(yáng) 蔡 明 潘會(huì)堂 張啟翔

(花卉種質(zhì)創(chuàng)新與分子育種北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(北京林業(yè)大學(xué))) (國(guó)家花卉工程技術(shù)研究中心(北京林業(yè)大學(xué)))

以尾葉紫薇與紫薇‘香雪云’作為親本進(jìn)行雜交得到的192株F1為材料，構(gòu)建了全長(zhǎng)為1 162.1 cm的包括20個(gè)連鎖群、173個(gè)標(biāo)記位點(diǎn)的紫薇遺傳連鎖圖譜。對(duì)葉長(zhǎng)、葉寬、葉長(zhǎng)寬比、葉面積、株高、地徑等6個(gè)表型性狀進(jìn)行了復(fù)合區(qū)間QTL定位，共檢測(cè)到控制這6個(gè)性狀的11個(gè)QTL位點(diǎn)，LOD值最大的為5.1，最小值為2.3，其中找到了3個(gè)控制地徑性狀的QTL位點(diǎn)，葉長(zhǎng)、葉寬各1個(gè)，葉長(zhǎng)寬比、葉面積、株高各2個(gè)，最高解釋表型變異率為25.17%，位于ssr11-ssr17，LG13上，最低解釋表型變異率為4.48%，位于E33M61-195-M19E33-97，LG1上。

紫薇；表型性狀；QTL定位

Journal of Northeast Forestry University.-2014,42(7).-108～111

We used a population with 192 F1from the cross betweenLagerstroemiacaudateandL.indica‘Xiang Xueyun’ to establish a genetic linkage map ofL.indica, mapped 173 marker loci into 20 linkage groups which spanned a total map length of 1 162.1 cm. We used composite interval mapping to search QTLs, and detected 11 QTLs for these traits. The max LOD was 5.1 and the min LOD was 2.3. Three QTLs were detected for diameter. One QTL for leaf length and leaf width was detected, respectively. For the length-width ratio, leaf area and plant height, two QTLs were detected, respectively. The highest phenotypic variation was 25.17%, and the site was between ssr11-ssr17 on LG13. The lowest phenotypic variation was 4.48%, and the site was between M19E33-195-M19E33-97 on LG1.

KeywordsLagerstroemia; Phenotypic traits; Quantitative trait loci (QTL) mapping

植物的大部分性狀都是數(shù)量性狀，掌握數(shù)量性狀的基因型和表型是育種工作的基礎(chǔ)[1]。數(shù)量遺傳的多因子假說(shuō)是在20世紀(jì)初提出的重要的遺傳學(xué)理論之一，有人指出數(shù)量性狀是由多基因控制，并受到環(huán)境的影響，這些基因位點(diǎn)即數(shù)量性狀位點(diǎn)(Quantitative trait locus Or loci，QTL)。傳統(tǒng)的數(shù)量性狀定位主要借助于形態(tài)學(xué)標(biāo)記進(jìn)行研究，由于形態(tài)學(xué)標(biāo)記數(shù)量太少且易受環(huán)境影響，使得系統(tǒng)、精確地進(jìn)行QTL定位十分困難。統(tǒng)計(jì)學(xué)方法無(wú)法鑒別出單個(gè)基因的效應(yīng)及位置、基因間的相互作用，也無(wú)法深入了解與環(huán)境效應(yīng)有關(guān)的等位基因差異，從而限制了育種中對(duì)數(shù)量性狀的遺傳操作能力。利用分子標(biāo)記進(jìn)行QTL定位是通過(guò)將數(shù)量性狀觀察值與標(biāo)記間的關(guān)聯(lián)分析，來(lái)確定各個(gè)數(shù)量性狀位點(diǎn)在染色體上的位置、效應(yīng)，甚至各QTL間的相互作用，為數(shù)量性狀遺傳分析提供了新手段，能夠更精確、有效地選擇優(yōu)良基因型。利用分子標(biāo)記輔助育種已成為目前研究的熱點(diǎn)，迄今，在番茄[2]、玉米[3]等農(nóng)作物上已經(jīng)有利用性狀定位獲得相關(guān)基因進(jìn)行品種改良的報(bào)道，而在觀賞植物中少有報(bào)道[4]。

紫薇(Lagerstroemiaindica)隸屬于千屈菜科(Lythraceae)紫薇屬，落葉灌木或小喬木，是我國(guó)夏季重要的觀賞花木，與其他觀賞花木相比，它具有花期長(zhǎng)，花色艷麗且種類(lèi)繁多，樹(shù)干光滑，枝條柔軟，以及抗污染等優(yōu)點(diǎn)[5]。目前，紫薇品種改良目標(biāo)多集中在花色、花期、花徑、株型、抗性等方面，采用技術(shù)多為常規(guī)雜交、遠(yuǎn)緣雜交和誘變育種，已經(jīng)培育出了近50個(gè)紫薇新品種，但尚未對(duì)重要觀賞性狀進(jìn)行深入的遺傳分析[6-8]。本試驗(yàn)中借助AFLP和SSR多態(tài)性標(biāo)記構(gòu)建紫薇分子遺傳圖譜，進(jìn)行表型性狀QTL定位分析，探索紫薇表型性狀遺傳的分子生物學(xué)機(jī)理，這對(duì)提高紫薇育種的選擇效率，以及分子標(biāo)記輔助育種等都具有一定的科學(xué)意義。

1 材料與方法

2009年7月份，以尾葉紫薇為母本，紫薇‘香雪云’為父本進(jìn)行人工雜交，得到的種子于2010年1月份播種，共獲得300株雜種植株，4月份定植于國(guó)家花卉工程中心小湯山試驗(yàn)基地，行距0.5 m，株距0.3 m。由于紫薇屬于天然異交植物，親本高度雜合，因此，F(xiàn)1為分離群體。于苗期隨機(jī)提取F1群體192個(gè)單株的葉片DNA，用于構(gòu)建分子標(biāo)記連鎖圖譜。

表型檢測(cè)：2011年在植株生長(zhǎng)旺盛期測(cè)量葉長(zhǎng)、葉寬、葉面積(每株重復(fù)3次)以及株高、地徑，葉面積使用CI-203 Laser Area Meter(CID，美國(guó))進(jìn)行測(cè)量。葉片指標(biāo)測(cè)量，挑選植株由上往下數(shù)第3～4片葉片進(jìn)行測(cè)量，株高為地上部分高度，即地面至植株最高點(diǎn)的距離。地徑選取地面以上2～3 mm處進(jìn)行測(cè)量。

遺傳連鎖圖譜的構(gòu)建：采用新型植物基因組DNA提取試劑盒(天根)提取幼苗DNA。利用兩個(gè)親本和8個(gè)子代從150對(duì)SSR引物和384對(duì)AFLP引物中篩選出具有多態(tài)性標(biāo)記的引物。利用篩選獲得的SSR和AFLP多態(tài)性標(biāo)記，在F1群體中隨機(jī)挑選192個(gè)單株進(jìn)行分析。所獲得的數(shù)據(jù)采用Joinmap4.1軟件，進(jìn)行F1群體的圖譜構(gòu)建。采用Kosambi函數(shù)進(jìn)行計(jì)算分組。得到數(shù)據(jù)后使用Calculate map命令，繪制出圖譜。

QTL分析：利用Windows QTL Cartographer 2.5中的composite interval mapping進(jìn)行復(fù)合區(qū)間作圖，Permutation times設(shè)為1 000次。步長(zhǎng)設(shè)置為2.0 cM，采用Standard Model和Forward Regressin Method的計(jì)算模型進(jìn)行QTL位點(diǎn)的搜索。

2 結(jié)果與分析

2.1 紫薇遺傳連鎖圖譜的構(gòu)建

從150對(duì)SSR引物和384對(duì)AFLP引物中共篩選出50對(duì)SSR引物和29對(duì)AFLP引物用于紫薇遺傳連鎖圖譜的構(gòu)建。在F1群體中共檢測(cè)出367個(gè)AFLP多態(tài)性位點(diǎn)和50個(gè)SSR標(biāo)記位點(diǎn)，經(jīng)卡方檢測(cè)后得到了符合孟德?tīng)柗蛛x規(guī)律的284個(gè)AFLP多態(tài)性位點(diǎn)和46個(gè)SSR標(biāo)記位點(diǎn)。構(gòu)建了包含160個(gè)AFLP標(biāo)記及13個(gè)SSR標(biāo)記的20個(gè)連鎖群，及157個(gè)未連鎖上的標(biāo)記，覆蓋紫薇的基因組總長(zhǎng)1 162.1 cm，平均每?jī)蓚€(gè)標(biāo)記之間的距離為10.69 cm。

2.2 紫薇F1代雜種數(shù)量性狀QTLs分析

利用復(fù)合區(qū)間作圖法檢測(cè)到控制葉長(zhǎng)的1個(gè)QTL，位于LG1的E33M61-195～M19E33-97的88.1 cM處，解釋表型變異率為4.87%。控制葉寬的1個(gè)QTL，位于LG11連鎖群上，標(biāo)記M24E44-129～M71E33-145的23.72 cM處，解釋表型變異率為9.33%?？刂迫~長(zhǎng)寬比的2個(gè)QTL，位于LG2和LG13連鎖群上，分別位于標(biāo)記E33M52-417～E33M52-411的13.84 cM處和ssr11～ssr17的15.12 cM處，解釋表型變異率分別為7.99%和25.17%?？刂迫~面積的2個(gè)QTL，位于LG6和LG20連鎖群上，分別位于標(biāo)記M24E46-275～M24E38-54的51.38 cM處和E33M53-156～E33M53-419的12.01 cM處，解釋表型變異率分別為8.99%和11.37%?？刂浦旮叩?個(gè)QTL，位于LG1和LG7連鎖群上，分別位于標(biāo)記E33M61-195～M19E33-97的88.1 cM處和M19E36-91～M24E41-10的13.73 cM處，解釋表型變異率分別為4.48%和11.78%?？刂频貜降?個(gè)QTL，位于LG1和LG3連鎖群上，分別位于標(biāo)記M24E45-293～M24E46-177的13.1 cM處、M24E45-340～M24E44-340的37.5 cM處和E33M52-417～E33M52-411的23.29 cM處，解釋表型變異率分別為9.87%、5.98%和8.31%(表1)。

表1 復(fù)合區(qū)間作圖檢測(cè)的QTLs位點(diǎn)

控制性狀的具體位點(diǎn)信息和QTL在連鎖群上的分布見(jiàn)圖1。

控制葉長(zhǎng)的QTL位點(diǎn)和控制株高一個(gè)QTL位點(diǎn)相同，均位于E33M61-195～M19E33-97位點(diǎn)中，這一個(gè)位點(diǎn)可能同時(shí)控制葉長(zhǎng)和株高2個(gè)性狀。

圖1 性狀QTLs在連鎖群上的位置

3 結(jié)束語(yǔ)

從圖1中可以看出，控制這6個(gè)性狀的QTL在遺傳連鎖群上的分布多集中在LG1?？刂迫~長(zhǎng)的QTL位點(diǎn)和控制株高的一個(gè)QTL位點(diǎn)相同，均位于E33M61-195～M19E33-97位點(diǎn)中，這可能由于葉長(zhǎng)和株高之間存在生物學(xué)相關(guān)性，也可能是該遺傳連鎖圖譜密度較小，標(biāo)記之間還有較多未定位的基因[9]?？刂葡嚓P(guān)性狀的基因在染色體上集中分布可能是生物界基因表達(dá)與調(diào)控的一個(gè)現(xiàn)象[11]。目前，QTL成簇分布現(xiàn)象在蝴蝶蘭[12]、棉花[13]、茄子[14]等植物中均有報(bào)道；Sumugat et al.[15]在研究中指出，西紅柿的花期基因可能還與其他一些性狀相關(guān)；Yuanet al.[16]研究黃瓜果實(shí)性狀，如果質(zhì)量、果長(zhǎng)等性狀位于連鎖群2和4的同一區(qū)間內(nèi)。從生物個(gè)體發(fā)育的整體觀念出發(fā)，多因一效和一因多效現(xiàn)象是存在的，一方面，一個(gè)性狀的發(fā)育是由許多基因所控制的許多生化過(guò)程連續(xù)作用的結(jié)果；另一方面，如果某一基因發(fā)生了改變，也會(huì)影響其他性狀的發(fā)育[11]。本研究的結(jié)果也說(shuō)明在紫薇的發(fā)育過(guò)程中，控制其不同性狀的基因，相互作用共同調(diào)控整個(gè)植株的發(fā)育過(guò)程。

本研究的6個(gè)表型性狀是在同一環(huán)境條件下測(cè)量得到的。大量研究發(fā)現(xiàn)[17-19]，在不同環(huán)境條件下得到的QTL數(shù)量、效應(yīng)具有一定的差異[20-22]，這可能是由于在數(shù)量性狀之間存在著基因與環(huán)境之間的互作。巨偉等[23]在3種環(huán)境下共檢測(cè)到了21個(gè)與葉片膜透性相關(guān)的位點(diǎn)，并且不同環(huán)境下位點(diǎn)的貢獻(xiàn)率也不同。也有一些位點(diǎn)受環(huán)境影響較小，苗晗等[24]在研究不同季節(jié)的黃瓜復(fù)雌花性狀的QTL中，發(fā)現(xiàn)該位點(diǎn)受環(huán)境影響較小，表現(xiàn)基本穩(wěn)定。同時(shí)利用不同的作圖親本和作圖群體，以及不同類(lèi)型的作圖標(biāo)記類(lèi)型，得到的QTL數(shù)量也有一定的差異[25]。因此，在多年、多個(gè)環(huán)境下對(duì)QTL進(jìn)行定位分析，才能得到更加準(zhǔn)確的QTL作圖結(jié)果[26]。今后本研究還可以選擇不同的分離群體以及不同的環(huán)境條件來(lái)進(jìn)一步確定表型性狀的相關(guān)QTL定位。此外，對(duì)于本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的QTLs，應(yīng)在該區(qū)段進(jìn)一步增加標(biāo)記以縮小QTL與兩端標(biāo)記的距離，得到與QTL緊密連鎖的標(biāo)記，為紫薇分子標(biāo)記輔助選擇育種奠定基礎(chǔ)。

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QTL Mapping of Phonotypic Traits inLagerstroemiaindica/

He Dan(Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, P. R. China); Wang Xiaojiao(National Engineering Research Center for Floriculture, Beijing Forestry University); Liu Yang(Beijing Key Laboratory of Ornamental Plants Germplasm Innovation and Molecular Breeding, Beijing Forestry University); Cai Ming, Pan Huitang, Zhang Qixiang(National Engineering Research Center for Floriculture, Beijing Forestry University)//

1) “十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題(2012BAD01B07)、北京市共建項(xiàng)目專(zhuān)項(xiàng)資助(2013BJFU)。

賀丹，女，1983年9月生，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，講師。

張啟翔，國(guó)家花卉工程技術(shù)研究中心(北京林業(yè)大學(xué))、北京林業(yè)大學(xué)園林學(xué)院，教授。E-mail:zqxbjfu@126.com。

2013年11月18日。

S685； Q343.1+5

責(zé)任編輯：任 俐。