甜瓜重組自交系群體第1雌花開花期遺傳分析

高美玲欒非時朱子成

（1齊齊哈爾大學(xué)生命科學(xué)與農(nóng)林學(xué)院，齊齊哈爾大學(xué)遺傳工程重點實驗室，黑龍江齊齊哈爾161006；2東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150030）

甜瓜（Cucumis meloL.）是世界十大水果之一，早熟性是甜瓜育種的重要目標(biāo)之一，早熟甜瓜可以提高經(jīng)濟效益，以往主要用開花到果實成熟的天數(shù)代表早熟性，但第 1雌花開花期（DFF）也是早熟性狀構(gòu)成因素之一，對其深入研究較少。Tyagi等（2003）研究表明，絲瓜第1雌花開放時間是由非加性基因效應(yīng)決定的。Monforte等（2004）用從定植到收獲的天數(shù)代表甜瓜早熟性（EA），利用 F2和 DH群體研究了早熟性的遺傳并進行了 QTL定位，在兩個群體中EA表現(xiàn)為連續(xù)變異，認為是數(shù)量性狀遺傳，并檢測到了9個貢獻率大于10%的QTL位點，但在不同的試驗中QTL檢測的重復(fù)性較低。利用重組自交系（RIL）群體進行遺傳分析，可進行不同環(huán)境的重復(fù)試驗，本試驗以重組自交系群體為材料，在不同季節(jié)采用 RIL群體主基因+多基因混合遺傳模型分析法（蓋鈞鎰 等，2003），研究第1雌花開花期的遺傳特點和不同季節(jié)第1雌花開花期的遺傳穩(wěn)定性，為提高甜瓜早熟育種效率和充分利用甜瓜早熟資源提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及重組自交系群體的構(gòu)建

以美國威斯康星大學(xué)瓜類分子育種實驗室提供的純雌性早花厚皮甜瓜品系WI998為母本，東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院西甜瓜分子育種研究室特有的雌雄異花同株晚花薄皮甜瓜品系3-2-2為父本，父母本分枝、結(jié)果等習(xí)性差異顯著，具體參見Luan等（2010）的研究結(jié)果。

于2007年3～6月配制F1種子，2007年7～10月從F1的1個瓜中取出300粒種子進行單粒傳，自交得到F2，2008年3～6月自交得到F3，2009年2～8月自交得到F4，2009年10月至2010年4月在海南自交得到F5和F6（185個家系）。構(gòu)建群體過程中在幼苗兩葉一心期噴灑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行，誘導(dǎo)純雌株產(chǎn)生完全花以保證自交傳代。

1.2 田間試驗和性狀調(diào)查

2010年春秋兩季分別種植P1、P2、F1、185個F6：7家系。試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，P1、P2、F1每個重復(fù)各12株，3次重復(fù)；185個F6∶7家系，3次重復(fù)，每次重復(fù)5株，株距0.4 m，行距0.6 m，自然生長不整枝。調(diào)查子蔓第1雌花開花期（DFF），即每個單株從播種到第1雌花完全開放的天數(shù)，每個重復(fù)內(nèi)的所有單株取平均值。

1.3 遺傳數(shù)據(jù)分析方法

將DFF數(shù)據(jù)用蓋鈞鎰等（2003）提供的“RIL群體主基因+多基因混合遺傳模型分離分析方法軟件”進行分析，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值較低的模型進行適合性檢驗，適合性檢驗參數(shù)達到顯著差異個數(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（）可表示為主基因方差（）、多基因方差（）和環(huán)境方差（）之和，即群體的主基因遺傳方差（）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（）等于該群體純合主基因成分分布方差減去誤差方差（），其中（n為RIL家系的觀測個體數(shù)，δ2為P1、P2估算的方差），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；群體的多基因遺傳率。

2 結(jié)果與分析

2.1 親本及F1第1雌花開花期比較

春秋兩季不同環(huán)境條件下，父母本及 F1DFF的表型值如表 1所示，春秋兩季 WI998的 DFF均顯著早于 3-2-2；F1的 DFF平均值偏向父本，即第1雌花開花期晚對第1雌花開花期早接近顯性。

表1 不同季節(jié)父母本及F1 DFF比較分析 d

表2 不同季節(jié)RIL重組自交系群體DFF分析

2.2 RIL群體第1雌花開花期次數(shù)分布特征

從表 2可以看出，甜瓜 DFF性狀在 RIL群體中，春秋兩季均表現(xiàn)出明顯分離，春季和秋季2次調(diào)查結(jié)果顯示在RIL群體中分布的偏度均小于1，峰度小于 3，說明其為數(shù)量性狀遺傳的典型分布。DFF在重組自交系群體中的頻次分布亦驗證了相同的結(jié)論（圖1）。

圖1 不同季節(jié)甜瓜DFF性狀在RIL群體中的次數(shù)分布

2.3 最優(yōu)模型的選擇、檢驗

將親本及RIL群體不同季節(jié)DFF數(shù)據(jù)按照蓋均鎰等（2003）提出的有關(guān)RIL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來選擇最優(yōu)遺傳模型，計算了65種假設(shè)遺傳模型的最大似然函數(shù)值和AIC值，DFF性狀存在一些模型所對應(yīng)的基因效應(yīng)，結(jié)果見表3。

從表3中可知，春季DFF性狀對應(yīng)的模型E_1_3、I_1、I_2、I_4的AIC值空白，表明春季RIL群體內(nèi)DFF性狀不存在這些模型所對應(yīng)的基因效應(yīng)。模型E_1_7、E_1_8、E_1_9和G_3的AIC值相對其他模型較低（表3），作為備選模型，依據(jù)統(tǒng)計量的均勻性檢驗，nW2的 Smirnov檢驗及Dn的Kolomogorov檢驗對分布進行適合性檢驗（表4），4個模型均有7個統(tǒng)計量達到顯著差異，而前3個模型的AIC值也相同，再根據(jù)主基因間作用方式簡單化原則，E_1_8模型（2對重疊性主基因+加性多基因模型）可以作為春季DFF遺傳的最適模型。

表3 RIL群體中DFF不同遺傳模型的AIC值

表4 DFF性狀備選模型的適合性檢驗

從表 3中可知，秋季 DFF性狀對應(yīng)的模型 E_1_3、H_1、H_2、H_4、I_2、I_3、I_4、I_7的AIC值空白，表明秋季RIL群體內(nèi)DFF性狀不存在這些模型所對應(yīng)的基因效應(yīng)。模型E_1_7、E_1_8、E_1_9、E_1_2的AIC值相對其他模型較低，且4個模型間AIC值與極大似然函數(shù)值相比較，差異不大。依據(jù)統(tǒng)計量的均勻性檢驗，nW 2的Smirnov檢驗及Dn的Kolomogorov檢驗對分布進行適合性檢驗（表 4），E_1_8和和 E_1_9均有 7個統(tǒng)計量達到顯著水平，E_1_7和E_1_2模型各有8個和6個統(tǒng)計量達到顯著水平，E_1_8與E_1_7的AIC值最小，但E-1-8達顯著水平的統(tǒng)計量數(shù)值較E_1_7少，所以E_1_8模型可以作為秋季DFF遺傳的最適模型。

2.4 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DFF模型（E_1_8）、秋季DFF模型（E_1_8）的分布參數(shù)估計一階遺傳參數(shù)值（表5），并進一步估計二階參數(shù)（表6）。

表5 春秋兩季DFF的一階遺傳參數(shù)估計值

春季控制DFF遺傳的2對主效基因表現(xiàn)為重疊性效應(yīng)，多基因以加性效應(yīng)為主（〔d〕=39.845）（表5），主基因遺傳率較高（77.05%），多基因遺傳率較低（22.44%）。秋季控制 DFF遺傳的2對主效基因亦表現(xiàn)為重疊性效應(yīng)，多基因以加性效應(yīng)為主（〔d〕=34.410），主基因遺傳率較高（72.38%），多基因遺傳率較低（27.52%）。可以看出春秋兩季DFF的遺傳比較穩(wěn)定，均受2對重疊性主基因和加性多基因控制。

表6 春秋兩季DFF二階遺傳參數(shù)估計值

3 結(jié)論與討論

近年，研究者利用多世代群體（P1、P2、F1、BC1P1、BC1P2、F2）開展了不同性狀遺傳特性的研究（陳學(xué)軍 等，2006；蘇小俊 等，2007；張紅 等，2009），而此群體為臨時群體，無法進行多年多點試驗，難以獲得穩(wěn)定的 QTL。郭紹貴等（2005）指出盡可能多的聚合與環(huán)境不發(fā)生互作的增效主基因或QTL是分子育種的重要目標(biāo)，因此，進行多年或多點試驗確定基因位點的遺傳穩(wěn)定性是十分必要的，重組自交系群體作為永久性群體可以進行多年或多點的重復(fù)試驗，郭紹貴等（2005）利用重組自交系群體在新疆和北京不同生長環(huán)境中對果實可溶性固形物含量進行比較分析，得出了可能是控制可溶性固形物含量性狀表達的主要 QTL。另外，有研究者利用RIL群體研究了不同性狀的遺傳特性（李俠 等，2009；薄凱亮 等，2011；馬政 等，2011）。本試驗利用重組自交系群體在不同環(huán)境（春季和秋季）下，對甜瓜第1雌花開花期遺傳做了重復(fù)試驗，不同季節(jié)得出了同一個遺傳模型（E_1_8），說明第1雌花開花期在不同環(huán)境（季節(jié)）遺傳穩(wěn)定，環(huán)境對第1雌花開花期的遺傳影響不大，可以進行早代選擇。

有關(guān)甜瓜早熟性狀構(gòu)成因素遺傳研究報道較少，尚未見甜瓜第1雌花開花期遺傳的報道。本試驗利用RIL群體主基因+多基因模型分析法，對甜瓜早熟性狀構(gòu)成因素之一，第1雌花開花期的遺傳特點進行了研究，不僅檢測了多基因效應(yīng)，而且鑒別了主基因的存在并估計其遺傳效應(yīng)。

本試驗采用主基因+多基因混合遺傳模型分析法，對重組自交系群體第1雌花開花期進行了初步研究，結(jié)果表明第1雌花開花期由2對具有重疊效應(yīng)的主基因控制，同時受加性多基因的控制，這一試驗結(jié)果將有利于目標(biāo)基因的定位。一般利用分子標(biāo)記進行農(nóng)藝性狀的基因定位，如果對目標(biāo)性狀的遺傳模式不清楚，則需構(gòu)建覆蓋全基因組的標(biāo)記連鎖圖。然而，根據(jù)本試驗結(jié)果，可以在采用BAS法篩選到與2個主基因連鎖的分子標(biāo)記的基礎(chǔ)上，在目標(biāo)染色體區(qū)段加大分子標(biāo)記密度建立局部飽和的標(biāo)記連鎖圖，實現(xiàn)目標(biāo)基因的快速定位?？镉碌龋?011）利用重組自交系群體研究了水稻穗數(shù)的遺傳，認為在基因定位之前進行目標(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程，也可減少工作量和降低成本。

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