高原蠶區(qū)家蠶繭層率遺傳分析

任曉曉，羅朝斌，孫運(yùn)朋，楊萬(wàn)軍，吳康云

（貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶業(yè)研究所，貴陽(yáng) 550006）

0 引言

家蠶的全繭量、繭層量、繭層率等繭質(zhì)性狀是蠶業(yè)生產(chǎn)中的重要經(jīng)濟(jì)性狀，決定了該行業(yè)的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益[1]。蠶桑產(chǎn)業(yè)作為中國(guó)的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)之一，在中國(guó)發(fā)展已有幾千年的歷史。中國(guó)早在20 世紀(jì)70 年代就成為了世界上最大的生絲生產(chǎn)和出口國(guó)，但出絲率低仍然是當(dāng)今蠶桑產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效的阻礙之一[2-3]。繭層率是決定蠶繭出絲率的基本要素，因此選育高繭層率的家蠶實(shí)用品種，一直是家蠶育種工作者的重要目標(biāo)[4]。研究并了解繭層率的遺傳規(guī)律，是提高家蠶繭層率水平、加快育種步伐的必要前提[5]。

前人已圍繞繭層率性狀做過(guò)部分研究，并闡明了一些基本的規(guī)律。鐘伯雄等[6]通過(guò)性連鎖模型分析繭層率的遺傳規(guī)律，結(jié)果表明繭層率性狀受到加性效應(yīng)、顯性效應(yīng)和性別效應(yīng)的控制，其中加性效應(yīng)作用最大。司馬楊虎等[7]研究發(fā)現(xiàn)同一品種家蠶繭層率性別效應(yīng)極顯著，對(duì)該性狀QTL(quantitative trait loci)定位分析有較大影響。李斌等[8]對(duì)家蠶重要經(jīng)濟(jì)性狀進(jìn)行了多重區(qū)間作圖分析，結(jié)果檢測(cè)出3 個(gè)對(duì)繭層率貢獻(xiàn)較大的QTLs，其加性效應(yīng)為負(fù)效應(yīng)。艾均文等[9]對(duì)16個(gè)夏秋用家蠶品種繭層率性狀的遺傳力進(jìn)行了分析，結(jié)果顯示繭層率遺傳力較高，可在早期世代進(jìn)行定向選擇，而Malik等[10]的研究結(jié)果顯示繭層率的遺傳力和遺傳進(jìn)度較低，對(duì)性狀直接選擇以改良品種的效果較差。張烈等[11]研究表明繭層率遺傳穩(wěn)定性較高，且雄性較雌性更穩(wěn)定。

目前，關(guān)于家蠶繭層率多是基于經(jīng)典數(shù)量遺傳學(xué)理論開展的遺傳效應(yīng)、遺傳力參數(shù)等的研究。而數(shù)量性狀的遺傳機(jī)制比較復(fù)雜，且其性狀表現(xiàn)容易受到環(huán)境的影響，試驗(yàn)材料、飼養(yǎng)環(huán)境等因素可能導(dǎo)致研究結(jié)果的差異[12]。為驗(yàn)證并進(jìn)一步探討繭質(zhì)性狀的遺傳規(guī)律，本研究在貴州高原蠶區(qū)選用不同于前人研究的家蠶實(shí)用品種，并配置子一代和回交一代群體，對(duì)繭層率等性狀的遺傳規(guī)律進(jìn)行分析，以期為繭層率數(shù)量性狀位點(diǎn)定位分析及高繭層率品種選育提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

親本為生產(chǎn)上推廣使用的4個(gè)家蠶實(shí)用品種，分別為屬于中系的‘菁松’、‘芙蓉’和屬于日系的‘皓月’、‘湘暉’，其中‘菁松’和‘皓月’屬于多絲量品種，‘芙蓉’和‘湘暉’屬于中絲量品種。4個(gè)親本均經(jīng)過(guò)多代同蛾區(qū)交配，遺傳背景接近于純合，由貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶業(yè)研究所提供。雜交種為‘菁松’、‘皓月’分別與‘芙蓉’、‘湘暉’進(jìn)行正（中絲量×高絲量）、反（高絲量×中絲量）雜交獲得的F1代。回交群體(B1、B2)為‘芙蓉’×（‘芙蓉’ב皓月’）、‘皓月’×（‘芙蓉’ב皓月’）。

1.2 養(yǎng)蠶時(shí)間及地點(diǎn)

2019 年春、夏、秋蠶飼養(yǎng)在貴州省蠶業(yè)研究所遵義蠶桑基地進(jìn)行。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 家蠶飼養(yǎng)及主要經(jīng)濟(jì)性狀調(diào)查2019年春季，飼養(yǎng)家蠶親本‘菁松’、‘皓月’、‘芙蓉’和‘湘暉’，出蛾后雜交獲得F1代和親本同蛾區(qū)交配蠶種。同年夏季，將親本和F1同室同條件催青，每個(gè)品種或組合飼養(yǎng)一區(qū)，每區(qū)收蟻0.35 g。同環(huán)境良桑飼養(yǎng)，待上簇6 天后采繭，第7 天削繭進(jìn)行繭質(zhì)調(diào)查，每小區(qū)隨機(jī)選擇雌、雄各40粒蠶繭，采集個(gè)體的全繭量、繭層量、蛹體重等表型值[13]，出蛾后，以繭層率性狀和血緣關(guān)系差異較大的‘皓月’與‘芙蓉’為親本配置回交一代。2019年秋季，催青結(jié)束后將2個(gè)回交群體各收蟻0.35 g，之后同環(huán)境同條件下飼養(yǎng)，上簇結(jié)繭第7 天每小區(qū)隨機(jī)選擇雄性120 粒蠶繭，采集個(gè)體的全繭量、繭層量、蛹體重等表型值。計(jì)算個(gè)體繭層率和8 個(gè)雜交組合的雜種優(yōu)勢(shì)，運(yùn)用多世代聯(lián)合分析方法分析家蠶的繭層率等重要經(jīng)濟(jì)性狀的遺傳規(guī)律。

1.3.2 統(tǒng)計(jì)分析 運(yùn)用Excel 對(duì)樣本的各性狀值進(jìn)行描述統(tǒng)計(jì)；親本間的經(jīng)濟(jì)性狀差異分析通過(guò)Excel 中的T-test 進(jìn)行；運(yùn)用SPSS 軟件對(duì)親本和回交群體的繭層率頻數(shù)分布進(jìn)行分析；運(yùn)用公式(1)計(jì)算8 個(gè)雜交組合的雜種優(yōu)勢(shì)；通過(guò)Excel 中的CORREL 公式對(duì)繭層率與全繭量、繭層量之間的相關(guān)性進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 親本及雜交組合繭層率等性狀統(tǒng)計(jì)

由表1 可以看出，在供試的4 個(gè)親本中，‘菁松’、‘皓月’的繭層率均大于‘芙蓉’、‘湘暉’，其中‘皓月’雄性的繭層率最高，達(dá)到了25.80%，其次為‘菁松’雄性，繭層率為25.04%，‘湘暉’的繭層率最低。對(duì)親本的繭層率進(jìn)行差異顯著性分析，結(jié)果表明，無(wú)論雌雄，‘菁松’、‘皓月’的繭層率與‘芙蓉’、‘湘暉’相比，差異均達(dá)到了極顯著水平（圖1）。

家蠶的繭質(zhì)性狀具有明顯的性別效應(yīng)，其中同一家蠶品種雌性的全繭量、繭層量、蛹體重均大于雄性，而雄性的繭層率大于雌性。F1代的全繭量、繭層量、繭層率和蛹體重等表型值均介于兩親本之間，4 種繭質(zhì)性狀的高值對(duì)低值為顯性。反交組合‘菁松’ב芙蓉’、‘菁松’ב湘暉’、‘皓月’ב芙蓉’、‘皓月’ב湘暉’的繭層率均高于其對(duì)應(yīng)的正交組合‘芙蓉’ב菁松’、‘湘暉’ב菁松’、‘芙蓉’ב皓月’、‘湘暉’ב皓月’，繭層率表現(xiàn)偏向于母本（表1）。

2.2 親本和回交群體繭層率性狀頻數(shù)分布

為避免性別效應(yīng)對(duì)繭層率數(shù)據(jù)分析的影響，對(duì)親本‘皓月’、‘芙蓉’和回交群體‘芙蓉’×（‘芙蓉’ב皓月’）、‘皓月’×（‘芙蓉’ב皓月’）雄性個(gè)體的繭層率頻數(shù)分布進(jìn)行分析，結(jié)果見表2。由表2可以看出，親本‘皓月’、‘芙蓉’的繭層率呈連續(xù)性變化，屬于典型的數(shù)量性狀。對(duì)兩親本、回交群體的繭層率分布頻數(shù)進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，結(jié)果顯示‘皓月’(P=0.184>0.05)、‘芙蓉’(P=0.458>0.05)的繭層率符合正態(tài)分布；回交群體‘皓月’×（‘芙蓉’ב皓月’）(P=0.002<0.05)的頻數(shù)呈偏態(tài)分布且只有單峰，‘芙蓉’×（‘芙蓉’ב皓月’）(P=0.001<0.05)的頻數(shù)分布呈現(xiàn)雙峰。

2.3 繭層率與全繭量、繭層量的相關(guān)性分析

對(duì)4 個(gè)親本的繭層率與全繭量、繭層量的相關(guān)性進(jìn)行分析，結(jié)果如表3所示。由表3可見，親本的繭層率性狀與繭層量呈正相關(guān)，且均達(dá)到了極顯著水平；除‘湘暉’的繭層率與全繭量呈顯著正相關(guān)外，其余親本繭層率與全繭量呈負(fù)相關(guān)。

2.4 子一代雜種優(yōu)勢(shì)率估算

對(duì)8個(gè)雜交組合的全繭量、繭層量、繭層率和蛹體重等經(jīng)濟(jì)性狀的雜種優(yōu)勢(shì)率進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如表4 所示。由表4 可以看出，不同雜交組合同一性狀間的雜種優(yōu)勢(shì)率差異較大，其中雜交組合‘皓月’ב芙蓉’的繭層量、全繭量、蛹體重的優(yōu)勢(shì)率最大，分別為23.78%、23.14%、22.69%。全繭量、繭層量、蛹體重的雜種優(yōu)勢(shì)較大，優(yōu)勢(shì)率在5.10%～23.78%之間；除‘芙蓉’ב皓月’、‘湘暉’ב皓月’的繭層率雜種優(yōu)勢(shì)率為負(fù)值外，其余均為正值，優(yōu)勢(shì)率在-3.82%～5.63%之間，雜種優(yōu)勢(shì)較小或幾乎沒(méi)有雜種優(yōu)勢(shì)。上述4種重要的經(jīng)濟(jì)性狀，中系與日系雜交的雜種優(yōu)勢(shì)率較大，其次為中系×中系，日系×日系的雜種優(yōu)勢(shì)率最小。

3 結(jié)論與討論

本研究對(duì)貴州高原蠶區(qū)4個(gè)家蠶品種和8 個(gè)雜交組合的繭層率、全繭量、繭層量和蛹體重進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，試驗(yàn)結(jié)果顯示上述繭質(zhì)性狀的表現(xiàn)與性別相關(guān)，這與譚遠(yuǎn)德等[7]、司馬楊虎等[14]的研究結(jié)果一致，表明家蠶性染色體上可能存在控制全繭量、繭層量、繭層率和蛹體重等數(shù)量性狀的位點(diǎn)。2013 年，侯成香等[15]利用SSR(simple sequence repeat) 標(biāo) 記 和 SNP(single nucleotide polymorphism)標(biāo)記對(duì)家蠶性染色體上與繭、絲相關(guān)的QTL 進(jìn)行了定位研究，結(jié)果在性染色體上掃描到了與全繭量、繭層量有關(guān)的QTL 位點(diǎn)，其中繭層量相關(guān)QTL 的LOD值在10 以上，但并未檢測(cè)到與繭層率相關(guān)的QTL。

表2 親本及回交群體繭層率頻數(shù)分布 %

表3 不同家蠶品種繭層率與全繭量、繭層量的相關(guān)系數(shù)

表4 8個(gè)雜交組合雜種優(yōu)勢(shì)率 %

數(shù)量性狀遺傳分析表明，由于多基因和環(huán)境修飾作用，親本和子一代等不分離世代的表型分布呈典型的正態(tài)分布[16-17]。2018年，李春林等[18]對(duì)多份家蠶種質(zhì)資源的繭層率頻數(shù)分布進(jìn)行了分析，結(jié)果顯示繭層率的頻數(shù)分布表現(xiàn)為明顯的多峰，不服從典型的正態(tài)分布，其認(rèn)為這是由于樣本中性狀表現(xiàn)較差的地方品種影響了頻數(shù)分布結(jié)果。但在本研究中，對(duì)‘皓月’、‘芙蓉’雄性個(gè)體的繭層率頻數(shù)分布的正態(tài)性檢驗(yàn)，結(jié)果顯示兩者繭層率呈典型的正態(tài)分布。2009年，司馬楊虎等[19]對(duì)家蠶繭層率、繭層量等數(shù)量性狀的頻數(shù)分布分析結(jié)果表現(xiàn)為明顯的雙峰，但其對(duì)兩性狀作了性別效應(yīng)調(diào)整后，頻數(shù)分布接近于正態(tài)分布。因此分析認(rèn)為，李春林在分析家蠶種質(zhì)資源繭層率的頻數(shù)分布時(shí)，并未將雌雄個(gè)體分開，性別效應(yīng)或許也是非正態(tài)分布的影響因素之一。

最早研究者們會(huì)根據(jù)回交群體、子二代群體等分離世代的性狀頻數(shù)分布，直觀地判斷控制數(shù)量性狀的遺傳體系是單純的多個(gè)微效基因還是存在主基因[20-21]。一般認(rèn)為，若該性狀由純粹的多基因控制，其頻數(shù)分布呈對(duì)稱的單峰，服從典型的正態(tài)分布；若偏離正態(tài)分布或呈現(xiàn)多峰，則可能存在主基因[17,21]。本研究中，回交一代‘皓月’×（‘芙蓉’ב皓月’）的頻數(shù)呈偏態(tài)分布的單峰，‘芙蓉’×（‘芙蓉’ב皓月’）呈現(xiàn)雙峰，由此推斷，控制繭層率性狀的并非是純粹的多個(gè)微效基因，可能存在主基因。

家蠶性狀之間的相關(guān)關(guān)系是家蠶育種工作的重點(diǎn)內(nèi)容之一，根據(jù)各性狀之間的相關(guān)性，有望達(dá)到通過(guò)一種表型值以選擇多個(gè)性狀的目的[22-23]。本研究對(duì)4 個(gè)家蠶品種的繭層率與全繭量、繭層量的相關(guān)性進(jìn)行了分析，結(jié)果顯示繭層率與繭層量呈極顯著正相關(guān)，這與錢荷英等[24]的研究結(jié)果相符。而本研究中，除‘湘暉’外，其余3個(gè)品種的繭層率與全繭量呈負(fù)相關(guān)，這與朱水芬等[24]、錢荷英等[25]的顯著正相關(guān)結(jié)果不一致，分析認(rèn)為這可能與家蠶品種、樣本數(shù)量、家蠶飼養(yǎng)環(huán)境與條件等有關(guān)。例如本研究中的供試家蠶來(lái)源并飼養(yǎng)于貴州高原，與江蘇、云南等其他蠶區(qū)的海拔、氣候都有較大差異，這是否是影響試驗(yàn)結(jié)果的原因，還需進(jìn)一步研究。要確定家蠶各經(jīng)濟(jì)性狀之間的相互關(guān)系，還應(yīng)加大樣本品種數(shù)量、在高原和平原蠶區(qū)多次飼養(yǎng)研究。

家蠶是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最早利用雜種優(yōu)勢(shì)的物種之一，與雙親相比家蠶雜交種在適應(yīng)性、抗病性、繭絲產(chǎn)量等方面都有較大優(yōu)勢(shì)[26-27]。本研究對(duì)8 個(gè)雜交組合的4 種繭質(zhì)性狀的雜種優(yōu)勢(shì)率進(jìn)行了估算，結(jié)果顯示中系與日系雜交的雜種優(yōu)勢(shì)大于中系×中系、日系×日系，這說(shuō)明雜交親本之間的血緣關(guān)系越遠(yuǎn)，雜種優(yōu)勢(shì)越大；繭層率的雜種優(yōu)勢(shì)率很小，因此不能依靠雜種優(yōu)勢(shì)獲得高繭層率的性狀表現(xiàn)，而只能通過(guò)培育高繭層率的家蠶純種，但由于繭層率性狀的遺傳進(jìn)度較低[10]，所以控制繭層率性狀的QTL 精細(xì)定位和分子標(biāo)記輔助育種應(yīng)是下一步的研究重點(diǎn)。