蒙姜宇 傅 鷹,2 賀亞軍,* 錢 偉

1 西南大學農(nóng)學與生物科技學院,重慶 400716；2 浙江省農(nóng)業(yè)科學院作物與核技術(shù)利用研究所,浙江杭州 310021

油菜是我國主要的油料作物,菜籽油是我國主要的食用植物油之一[1]。除了需求量大外,隨著人們生活水平的提高,對食用油的品質(zhì)也提出了更高的要求。而脂肪酸的組成決定了菜籽油的品質(zhì)[1]。菜籽油的脂肪酸組成主要有棕櫚酸(C16：0)、硬脂酸(C18：0)、油酸(C18：1)、亞油酸(C18：2)、亞麻酸(C18：3)、廿碳烯酸(C20：1)、芥酸(C22：1)等[2]。其中油酸(oleic acid,OAC)和亞油酸(linoleic acid,Llei)對人體具有較好的營養(yǎng)和保健作用[3],而亞麻酸(linolenic acid,Llen)是人體必需脂肪酸,但其不飽和程度高,易于氧化,降低了菜籽油的存放期[4-5]。因而,理想的食用菜籽油脂肪酸組成除了要求無芥酸外,還要高油酸、高亞油酸和低亞麻酸[6]。

目前,國內(nèi)外關(guān)于油酸、亞油酸、亞麻酸含量的QTL 定位已有不少研究[7-13]。Tanhuanp?? 等[7]最先在白菜型油菜中發(fā)現(xiàn)2 個控制油酸含量的QTL,并將其定位在FAD2基因。Schierholt 等[8]以甘藍型油菜高油酸材料,證明該性狀是由位于A5 連鎖群的FAD2基因控制,Hu 等[9]證實了這一發(fā)現(xiàn)。張潔夫等[10]用甘藍型油菜BC1F1群體檢測,構(gòu)建出19 個連鎖群組成的分子標記圖譜,掃描出2 個與油酸含量相關(guān)的主效QTL,位于N8 和N13 連鎖群,分別解釋11.73%和27.14%的油酸含量變異；3 個與亞油酸含量相關(guān)的QTL,2 個位于N8 連鎖群,1 個位于N13連鎖群,主效QTL 位于N8 連鎖群,解釋13.25%的亞油酸含量變異；3 個與亞麻酸含量相關(guān)的微效QTL,分別位于N1、N8、N11 連鎖群,分別解釋5.12%、6.83%、6.89%的亞麻酸含量變異。楊燕宇等[11]用甘藍型油菜F2代作圖群體,在A5 和C5 連鎖群各檢測到1 個與油酸含量相關(guān)的主效QTL,A5 上的QTL 貢獻率大于49%,與FAD2基因緊密連鎖,兩區(qū)域具有同源性；定位在A5 和C5 的油酸含量QTL 也被確認為亞油酸含量主效QTL；在A4、A5 和C4 連鎖群上共檢測到 3 個亞麻酸含量的主效 QTL,共解釋72%～80%亞麻酸含量變異。蔡東芳等[12]用全基因組關(guān)聯(lián)分析的方法檢測到93 個顯著關(guān)聯(lián)的標記位點,分別解釋3.04%～38.34%的表型變異,其中49 個標記在不同年份被同時檢測到；15 個標記與多個性狀共關(guān)聯(lián),其中9 個與油酸和亞油酸共關(guān)聯(lián)。Yang 等[13]的研究也證實甘藍型油菜位于A05 染色體上的主效QTL 調(diào)控油酸含量升高。盡管關(guān)于油酸、亞油酸、亞麻酸含量性狀的QTL 有許多研究,但在這些QTL定位中,由于作圖群體與標記類型等不同,分析結(jié)果差異較大,很難比較或互相驗證不同研究結(jié)果。因此,有關(guān)油酸、亞油酸、亞麻酸含量性狀的遺傳研究仍需要進一步深入。

本研究利用甘藍型油菜的雙單倍體(doubled haploid,DH)群體和永久F2(immortalized F2,IF2)群體,分別在4 個和2 個年份條件下油酸、亞油酸、亞麻酸含量相關(guān)QTL 進行檢測,以期發(fā)現(xiàn)更多有關(guān)油菜籽脂肪酸含量相關(guān)的QTL,為油菜脂肪酸品質(zhì)改良提供有用的遺傳信息。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以德國冬性甘藍型油菜Express 和中國半冬性甘藍型油菜SWU07 為親本,雜交得到F1代,取F1代的花粉進行小孢子培養(yǎng),經(jīng)染色體加倍,得到包含261 個株系的DH 群體[14]。根據(jù)Hua 等[15]的組配方案構(gòu)建IF2群體。利用DH群體中的234個株系,隨機分成2 組,每組117 個株系,兩兩隨機組合,通過一輪雜交,共組配117 個雜交組合,再通過一輪隨機組配,共獲得234 個雜交組合。2 個試驗?zāi)甓鹊碾s交組合完全相同。

1.2 田間試驗與表型調(diào)查

Express、SWU07、DH 群體和IF2群體都種植于重慶市北碚區(qū)西南大學油菜工程研究中心試驗基地。2010年、2011年、2012年、2013年共4年種植DH群體,2010年、2011年共2年種植IF2群體。采用完全隨機區(qū)組設(shè)計,每個株系3 次重復(fù),每個重復(fù)30 個單株；每小區(qū)(2.4 m × 1.2 m = 3.0 m2)種3 行,每行10 株,行距0.40 m,株距0.24 m。每年9月中旬在苗床上人工播種,10月下旬移栽到大田,按常規(guī)方式進行田間管理,保證所有材料的外部生長環(huán)境一致,次年花期套袋自交,5月份籽粒成熟時,收獲正常植株的自交種5 g 以上,干燥后取3 g 用近紅外(NIRS)分析儀測定每個株系5 個單株的種子油酸、亞油酸、亞麻酸含量[16]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用 Microsoft Excel 2003 統(tǒng)計 Express 和SWU07 的5 個單株上述性狀的平均值及DH 群體和IF2群體各參數(shù),如平均數(shù)、最小值、最大值、標準差,并進行t測驗。使用SAS V8 軟件分析DH 群體和IF2群體各性狀及性狀間相關(guān)性。

1.4 遺傳連鎖圖譜與QTL 分析

所用的遺傳圖譜包含293 個SSR 多態(tài)性標記位點,總長 1188 cM,相鄰標記間平均距離為 4.05 cM[14]。用WinQTL Cartographer 2.5 軟件的復(fù)合區(qū)間作圖法對油酸、亞油酸、亞麻酸含量QTL 定位[17]。掃描時,設(shè)背景標記數(shù)目為5,掃描窗口10 cM,掃描步長1 cM,P=0.05,進行1000 次的排布檢驗[18]。當LOD≥2.5 時,認為這個置信區(qū)間的QTL 存在；當同一性狀的QTL 在不同群體或者不同年份中被同時檢測到,且置信區(qū)間在同一染色體上發(fā)生重疊時,認為是同一QTL。按照“q 所在連鎖群名稱-性狀英文縮寫-年份群體-與該性狀相關(guān)的第幾個”方式命名QTL,如qA01-OAC-2010DH-1即DH 群體在2010年檢測到的與油酸含量相關(guān)的QTL,位于A01 連鎖群,是與該性狀相關(guān)的第1 個QTL。

2 結(jié)果與分析

2.1 表型分析

親本Express 和SWU07 的油酸、亞油酸、亞麻酸含量多年的平均值均存在明顯差異(表1),DH 和 IF2群體的油酸、亞油酸、亞麻酸含量都表現(xiàn)出連續(xù)變異,并且存在明顯的雙向超親分離現(xiàn)象(表2和圖1),表明這3 個性狀均為多基因控制的數(shù)量性狀。

表1 親本油酸、亞油酸、亞麻酸含量的分析 Table1 Analysis of OAC,Llei,and Llen contents in parental lines(%)

表2 DH 和IF2 群體油酸、亞油酸、亞麻酸含量的分析 Table2 Analysis of OAC,Llei,and Llen contents in DH and IF2 populations(%)

2.2 相關(guān)性分析

表3表明,在DH 群體中,同一性狀在4年間的表型均呈極顯著正相關(guān)(P＜0.0001)；在IF2群體中,同一性狀在 2年間的表型也呈極顯著正相關(guān)(P＜0.001)。說明油酸、亞油酸、亞麻酸這3 個性狀均遺傳穩(wěn)定。

表4表明,不管是DH 群體還是IF2群體,在同一年份的環(huán)境條件下,油酸與亞油酸、亞麻酸含量都呈極顯著負相關(guān)(P＜0.0001),亞油酸與亞麻酸含量呈極顯著正相關(guān)(P＜0.0001)。在不同群體、不同年份環(huán)境條件下,性狀間相關(guān)系數(shù)在程度上存在略微的差異,但在方向上是一致的,說明這3 個性狀在遺傳上受群體類型的影響小,不同的群體類型可反應(yīng)出相似的遺傳相關(guān)性。

2.3 油酸含量QTL 分析

2 個群體多個年份環(huán)境下共檢測到24 個與油酸含量相關(guān)的QTL。其中,在DH 群體中4 個年份環(huán)境下共檢測到21 個與油酸含量相關(guān)的QTL,在IF2群體中2 個年份環(huán)境下共檢測到3 個與油酸含量相關(guān)的QTL(表5和圖2)。這些QTL 分布在甘藍型油菜的7 條連鎖群(A01、A02、A04、A05、A07、A09、C01)上,分別揭示了3.44%～13.97%的種子油酸含量表型變異。貢獻率大于10%的QTL 有5 個,分別是qA09-OAC-2010DH-5、qA09-OAC-2010DH-6、qC01- OAC-2010DH-8、qC01-OAC-2010DH-9和qC01- OAC-2012DH-18。24 個與油酸含量相關(guān)的QTL 中,qA09-OAC-2010DH-7、qA09-OAC-2011DH-10和qA09-OAC-2013DH-20 在不同年份環(huán)境中被重疊檢 測到,qC01-OAC-2010DH-8、qC01-OAC-2011DH-12和qC01-OAC-2013DH-21在不同年份環(huán)境中被重疊檢測到,qC01-OAC-2010DH-9和qC01-OAC- 2012DH-19在不同年份環(huán)境中被重疊檢測到,qC01- OAC-2011DH-11和qC01-OAC-2012DH-18在不同年份環(huán)境中被重疊檢測到。將這些不同年份環(huán)境中重疊檢測到的QTL 整合為4 個可重復(fù)的位點,通過整合這些可重復(fù)性的位點,最終得到18 個與油酸含量相關(guān)的位點。

圖1 DH 群體和IF2 群體油酸、亞油酸、亞麻酸含量的頻率分布 Fig.1 Frequency distribution of OAC,Llei,and Llen contents in DH and IF2 populations

表3 DH 群體和IF2 群體同一性狀在不同年份間的相關(guān)性分析 Table3 Correlation analysis of the same trait in different years in DH and IF2 populations

表4 DH 群體和 IF2 群體在同一年份下不同性狀間的相關(guān)性分析 Table4 Correlation analysis of different traits in the same year in DH and IF2 populations

表5 DH 群體和IF2 群體中檢測到的與油酸含量相關(guān)的QTL Table5 Putative QTLs for OAC detected in DH and IF2 populations

圖2 油酸、亞油酸、亞麻酸含量QTL 在連鎖群上的分布 Fig.2 QTLs for OAC,Llei,and Llen on different linkage groups

2.4 亞油酸含量QTL 分析

在DH 群體中4 個年份環(huán)境下共檢測到20 個與亞油酸含量相關(guān)的QTL,在IF2群體中2個年份環(huán)境下均未檢測到與亞油酸含量相關(guān)的QTL(表6和圖2)。這些QTL 分布在甘藍型油菜的5 條連鎖群(A02、A06、A09、C01、C02)上,分別揭示3.84%～19.51%的種子亞油酸含量表型變異。貢獻率大于10%的QTL 有10 個,分別是qA09-Llei-2010DH-2、qA09-Llei-2010DH-3、qA09-Llei-2010DH-4、qC01-Llei-2010DH-5、qA09-Llei- 2011DH-7、qA09-Llei-2012DH-10、qA09-Llei-2012DH- 11、qA09-Llei-2012DH-12、qA09-Llei-2013DH-16和qA09-Llei-2013DH-17。20 個與亞油酸含量相關(guān)的QTL中,qA09-Llei-2010DH-2、qA09-Llei-2012DH-10和qA09-Llei-2013DH-15在不同年份環(huán)境中被重疊檢測到,qA09-Llei-2010DH-3、qA09-Llei-2011DH-7、qA09-Llei-2012DH-11和qA09-Llei-2013DH-16在不同年份環(huán)境中被重疊檢測到,qA09-Llei-2010DH-4和qA09-Llei-2013DH-17在不同年份環(huán)境中被重疊檢測到,A09-Llei-2011DH-8和qA09-Llei-2012DH-12在不同年份環(huán)境中被重疊檢測到,qC01-Llei- 2010DH-5和qC01-Llei-2013DH-19在不同年份環(huán)境中被重疊檢測到。將這些不同年份環(huán)境中重疊檢測到的QTL 整合為5 個可重復(fù)的位點,通過整合這些可重復(fù)性的位點,最終得到12 個與油酸含量相關(guān)的位點。

2.5 亞麻酸含量QTL 分析

2 個群體多個年份環(huán)境下共檢測到31 個與亞麻酸含量相關(guān)的QTL,其中,在DH 群體中4 個年份環(huán)境下共檢測到30 個,在IF2群體中2 個年份環(huán)境下檢測到1 個(表7和圖2)。這些QTL 分布在甘藍型油菜的11 條連鎖群(A01、A02、A03、A04、A05、A08、A09、C01、C02、C03、C06)上,分別揭示2.86%～11.91%的種子亞麻酸含量表型變異。貢獻率大于10%的QTL 有2 個,分別是qC01-Llen-2010DH-6、qC01-Llen- 2010DH-7。31 個與亞麻酸含量相關(guān)的QTL 中,qA02-Llen-2010DH-2和qA02-Llen-2013DH-26在不同年份環(huán)境中被重疊檢測到,qA03-Llen-2011DH-12 和qA03-Llen-2013DH-27在不同年份環(huán)境中被重疊檢測到,qC01-Llen-2010DH-6、qC01-Llen-2011DH-17、qC01-Llen-2012DH-22和qC01-Llen-2013DH-28在不同年份環(huán)境中被重疊檢測到,qC01-Llen-2010DH-7和qC01-Llen-2012DH-23在不同年份環(huán)境中被重疊檢測到,qC02-Llen-2011DH-20、qC02-Llen-2012DH-25、qC02-Llen-2013DH-30和qC02-Llen-2011IF2-31在不同年份環(huán)境中被重疊檢測到,qC06-Llen-2010DH-10和qC06-Llen-2011DH-21在不同年份環(huán)境中被重疊檢測到。將這些不同年份環(huán)境中重疊檢測到的QTL 整合為6個可重復(fù)的位點,通過整合這些可重復(fù)性的位點,最終得到21 個與亞麻酸含量相關(guān)的位點。

表6 DH 群體中檢測到的與亞油酸含量相關(guān)的QTL Table6 Putative QTL for Llei detected in DH population

3 討論

甘藍型油菜是重要的油料作物,油酸、亞油酸和亞麻酸作為菜籽油的主要脂肪酸組分,是衡量油菜品質(zhì)的關(guān)鍵指標。通過提高油酸和亞油酸含量、 降低亞麻酸含量來改良菜籽油品質(zhì),是當前油菜品質(zhì)育種的重要目標之一。

本研究在不同群體、不同年份環(huán)境條件下,油酸、亞油酸和亞麻酸這3 個脂肪酸組分都表現(xiàn)出相互間很高的相關(guān)性,這與前人研究結(jié)果一致[19-21]。油酸含量與亞油酸含量、亞麻酸含量都為極顯著負相關(guān),亞油酸含量與亞麻酸含量又表現(xiàn)為極顯著正相關(guān),這種相關(guān)性與三者的合成代謝途徑相吻合。硬脂酸去飽和之后形成不飽和脂肪酸油酸(C18：1),而油酸在FAD去飽和基因作用下形成亞油酸(C18：2),而亞油酸又是亞麻酸(C18：3)的合成前體。因此油酸、亞油酸和亞麻酸相互間有較高的相關(guān)性[20,22]。對于同一性狀,IF2群體中不同年份間相關(guān)系數(shù)比DH 群體低。由于IF2群體是由DH 群體兩兩雜交而獲得的,除了可以用DH 群體檢測性狀的加性效應(yīng)和上位性效應(yīng)外,還可以用IF2群體檢測性狀的顯性效應(yīng),鑒定出在雜交后代中能傳遞和表達的顯性效應(yīng)QTL。這一結(jié)果表明基因顯性效應(yīng)和基因間顯性上位性互作更易受環(huán)境的影響。

表7 DH 群體和IF2 群體中檢測到與亞麻酸含量相關(guān)的QTL Table7 Putative QTL for Llen detected in DH and IF2 populations

本研究共檢測到75 個QTL,去掉在不同年份和群體中置信區(qū)間相互重疊的QTL 之后,共得到3 個品質(zhì)性狀的51 個QTL,其中有15 個在2年以上環(huán)境中被檢測到。在51 個QTL 中,47 個來自DH 群體,只有4 個來自IF2群體,前者遠遠高于后者。這可能有2 方面的原因,其一是IF2群體由DH 株系兩兩雜交而來,因此縮減了IF2群體的表型差異,造成QTL檢測的分辨能力減弱。其二是IF2群體開展的試驗數(shù)少于DH 群體。

甘藍型油菜油酸含量受 2～6 對基因控制[8,23]；亞油酸、亞麻酸均受2 對以上基因控制。除受主基因控制外,脂肪酸組分還可能受其他修飾基因的影響[24-26]。前人研究中多次報道,與油酸含量相關(guān)的主效QTL 位于A5 和A8 連鎖群上[9,10,23,27-28],與亞油酸含量相關(guān)的QTL 位于A8 和C4 連鎖群上[10,27-28],與亞麻酸含量相關(guān)的QTL 位于A4 和C4 連鎖群上[9]。本研究檢測到與油酸含量相關(guān)的QTL 分布于A01、A02、A04、A05、A07、A09、C01 連鎖群,揭示3.44%～13.97%的油酸含量變異；與亞油酸含量相關(guān)的QTL 分布于A02、A06、A09、C01、C02 連鎖群,揭示3.84%～19.51%的亞油酸含量變異；與亞麻酸含量相關(guān)的QTL 分布于A01、A02、A03、A04、A05、A08、A09、C01、C02、C03、C06 連鎖群,揭示2.86%～ 11.91%的亞麻酸含量變異。多年環(huán)境下重復(fù)檢測到與油酸和亞油酸含量相關(guān)的QTL 都位于A09、C01連鎖群,與前人研究結(jié)果具有一致性[6,27-29]；與亞麻酸含量相關(guān)的QTL 位于A02、A03、C01、C02、C06 連鎖群。與前人研究結(jié)果比較[2,6-9,11,13,27,29-30],本研究檢測到21 個未被報道過的新QTL,其中8 個與油酸含量相關(guān),分別是qC01-OAC-2010DH-8、qC01-OAC-2010DH-9、qC01-OAC-2011DH-11、qC01- OAC-2011DH-12、qC01-OAC-2012DH-17、qC01- OAC-2012DH-18、qC01-OAC-2012DH-19、qC01- OAC-2013DH-21,都在C01 連鎖群；1 個與亞油酸含量相關(guān)的QTLqA06-Llei-2011DH-6位于A06 連鎖群；12個與亞麻酸含量相關(guān),分別是qA02-Llen-2010DH-1、qA02-Llen-2010DH-2、qC06-Llen-2010DH-9、qC06- Llen-2010DH-10、qA03-Llen-2011DH-12、qA03-Llen- 2011DH-13、qA04-Llen-2011DH-14、qA05-Llen-2011DH- 15、qA05-Llen-2011DH-16、qC06-Llen-2011DH-21、qA02-Llen-2013DH-26、qA03-Llen-2013DH-27,分別位于A02、A03、A04、A05、C06 連鎖群。這些新的QTL 將為甘藍型油菜脂肪酸組分的改良提供重要的遺傳信息。

4 結(jié)論

利用DH 群體和IF2群體共檢測出75 個QTL。其中在不同年份環(huán)境下重復(fù)檢測到15 個QTL,位于A02、A03、A09、C01、C02、C06 染色體上。共檢測到21 個未被報道過的新QTL,其中8 個與油酸含量相關(guān),都位于C01 染色體；1 個與亞油酸含量相關(guān),位于A06 染色體；12 個與亞麻酸含量相關(guān),分別位于A02、A03、A04、A05、C06 染色體。