茄子萼下果色遺傳分析

喬軍，劉婧，潘東方，李素文，王利英

（1. 天津市農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所，天津 300381；2. 蔬菜生物育種全國重點實驗室，天津市蔬菜遺傳育種重點實驗室，天津 300381；3. 天津科潤蔬菜研究所，天津 300381；4. 天津市農(nóng)業(yè)廣播電視學(xué)校，天津 300202）

茄子是一種重要的蔬菜作物，在我國各地均有種植。據(jù)FAO 統(tǒng)計，2021 年我國茄子栽培面積為803 000 hm2，占世界總栽培面積的40.9%。近年來，各地茄子種植效益穩(wěn)定，面積逐年增加，特別是設(shè)施栽培面積迅猛增長，茄子在生產(chǎn)中占有越來越重要的位置，已成為我國北方設(shè)施栽培的主要蔬菜種類之一。茄子喜光，適溫條件下光飽合點約為40 000 lx，光補(bǔ)償點約為2 000 lx[1]。保護(hù)地內(nèi)光照較弱，常常導(dǎo)致紫茄皮色發(fā)白，俗稱“白臉”或“綠腦門”，降低了茄子營養(yǎng)品質(zhì)和商品性。近年來，國內(nèi)外主要圍繞茄子果色調(diào)控相關(guān)基因等方面進(jìn)行研究，側(cè)重于果皮性狀。隨著模式植物花青素相關(guān)基因的深入研究，影響茄子果實著色的相關(guān)基因也相繼克隆，為揭示茄子耐弱光分子機(jī)理奠定了基礎(chǔ)。

茄子果皮顏色是重要的農(nóng)藝性狀，顏色表達(dá)與光照條件密切相關(guān)。弱光下著色易變淺、斑駁，甚至過早失去光澤，嚴(yán)重影響果實商品性。在茄子的育種改良中，茄子果實顏色是一個重要的數(shù)量性狀，而花青素苷是構(gòu)成茄子果實的主要色素，屬類黃酮化合物[2]?；ㄇ嗨剀諏儆陬慄S酮化合物的分支途徑，主要存在于植物液泡中，是植物界最大的一類水溶性色素。至今已知的花青素苷超過550 種，但92%種類是由天竺葵色素、矢車菊色素、飛燕草色素、芍藥花色素、矮牽牛色素、錦葵色素中常見的花青素衍生而來[3]?；ㄇ嗨剀蘸腿~綠素共同作用影響茄子果色，花青素苷含量高則呈現(xiàn)為紫色，反之為綠色，色素含量因基因型而異。不同茄子材料果皮著色也在不同光照強(qiáng)度下表現(xiàn)出很大差異，一些紫茄材料萼片覆蓋下的果皮不能正常著色，一般比不被覆蓋的果皮部分色淺，甚至完全不著色，即呈現(xiàn)出果肉色。育種實踐發(fā)現(xiàn)，萼下果色為紫的品種耐弱光能力強(qiáng)，果實在弱光下基本可以正常著色，而萼下果色為綠的品種耐弱光能力差，光照不充分時，果皮易出現(xiàn)斑駁、發(fā)白的現(xiàn)象。研究萼下果色調(diào)控基因，有助于耐弱光育種。

與果實其他部位相比，萼片下果皮始終被萼片覆蓋，形成局部天然遮光環(huán)境。因此，萼下果皮是研究茄子光照誘導(dǎo)花青素等色素合成的理想材料。陳雪平[4]檢測到3 個與萼下果色相關(guān)的主效QTL，分布在茄子第6 連鎖群上。相叢超等[5]研究了六世代遺傳和連鎖SSR 標(biāo)記，茄子萼下果色由2 對主基因控制。Toppino 等[6]在第5 和第10 染色體上定位到了2 個主效QTL。喬軍等[7]利用2 個萼下果色差異顯著的自交系Y5 和Y73，通過基因組重測序BSA 定位到7 個顯著關(guān)聯(lián)區(qū)間，分布于茄子第4、10 和11 號染色體。本試驗通過構(gòu)建六世代遺傳群體，性狀精準(zhǔn)測定，采用多世代聯(lián)合的數(shù)量性狀分離分析方法，系統(tǒng)研究萼下果色遺傳規(guī)律，為耐弱光育種提供有效參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗在天津市農(nóng)業(yè)科學(xué)院武清創(chuàng)新基地進(jìn)行（116.956 4°E，39.431 4°N），種植耐弱光高代自交系P1、不耐弱光自交系P2、雜交F1、回交B1和B2，以及F2代群體。P1和P2均為綠肉紫黑圓茄，中熟，生長勢旺盛，葉片深綠，莖稈粗壯，單果質(zhì)量500 g 以上。如圖1 所示，P1萼片下遮擋部分果色仍為紫色，耐弱光；而P2萼片遮擋部分為綠色，不耐弱光。2021 年3月20 日直播于塑料大棚，P1、P2和F1各種植32 株，B1、B2和F2分別種植145、137、185 株，株行距為45 cm×60 cm，覆蓋黑色地膜，參照常規(guī)栽培管理。

圖1 萼下果色試驗材料

1.2 試驗方法

1.2.1 萼下果色性狀調(diào)查 當(dāng)對茄商品成熟后，拍照采集萼下果色性狀，按照茄子種質(zhì)資源描述規(guī)范[8]中綠、紫綠和紫色3 類萼下果色進(jìn)行劃分。制定本試驗萼下果色比色板，相近萼下果色性狀歸類并賦值，見圖2。

圖2 萼下果色比色板

1.2.2 統(tǒng)計分析方法 采用蓋鈞益等[9]多世代聯(lián)合的數(shù)量性狀分離分析方法Ⅱ——P1、F1、P2、B1、B2和F2聯(lián)合分析方法分析試驗數(shù)據(jù)。通過極大似然估計法和IECM 算法對混合分布中的有關(guān)成份分布參數(shù)進(jìn)行估計，根據(jù)AIC 準(zhǔn)則和適合檢驗選擇最適模型，通過最小二乘法估計相應(yīng)一階和二階遺傳參數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 親本及雜交后代的萼下果色級值次數(shù)分布

2.1.1 P1、P2和F1萼下果色級值次數(shù)分布 由圖3所示，級值為3，親本P2表現(xiàn)為綠色，級值為1；F1萼下果色表現(xiàn)為紫綠，級值為2。組合親本間萼下果色差異顯著，F(xiàn)1萼下果色級值均介于親本之間，符合六世代分離試驗要求。

圖3 F2 萼下果色分離

2.1.2 F2萼下果色級值次數(shù)分布 185 株F2代分離群體萼下果色的調(diào)查統(tǒng)計顯示，55 株萼下綠，92株萼下紫綠，38 株萼下紫，符合數(shù)量性狀遺傳特點。B1代分離群體萼下綠的為17 株，萼下紫綠的為102株，萼下紫的為26 株。B2代分離群體萼下綠的為70 株，萼下紫綠的為49 株，萼下紫的為18 株?？梢钥闯觯現(xiàn)2代群體萼下果色出現(xiàn)明顯分離，說明茄子萼下果色是數(shù)量性狀，可能存在主基因和多基因的影響。

2.2 最優(yōu)遺傳模型的選擇與檢驗

以六世代群體的萼下果色級值為基礎(chǔ)，應(yīng)用六世代分離分析軟件計算24 個遺傳模型的AIC 值。根據(jù)六世代聯(lián)合分析原則，選擇AIC 值較小的3 個遺傳模型進(jìn)行適合性檢驗，從中選出參數(shù)達(dá)到顯著差異數(shù)量最少的模型作為最優(yōu)模型。以萼下果色級值為基礎(chǔ)，應(yīng)用多世代分離模型軟件計算AIC 值（表1），其中AIC值較小的3 個遺傳模型分別是B-1、B-2 和E-4。

表1 各遺傳模型的AIC 值計較

適合性檢驗結(jié)果表明，B-2 和E-4 模型分別有20、21 個統(tǒng)計量達(dá)到顯著差異水平，而B-1 模型僅有19 個統(tǒng)計量達(dá)到顯著差異水平，數(shù)量最少，可以用B-1 模型作為茄子萼下果色遺傳的最佳遺傳模型，即符合兩對加性-顯性-上位性主基因遺傳模型（表2）。

表2 遺傳模型的適合性檢驗

2.3 最適模型的遺傳參數(shù)估計

表3 是茄子萼下果色遺傳的最佳遺傳模型——B-1 模型的一階遺傳參數(shù)和二階遺傳參數(shù)?？刂魄炎虞嘞鹿z傳的2 對主基因加性效應(yīng)（da、db）分別為0.92 和-0.08，分別表現(xiàn)為正向和負(fù)向效應(yīng)，2 對主基因均呈部分顯性。第1 對主基因的顯性效應(yīng)（ha）為-0.93，顯性度（ha/da）為-1.01，呈負(fù)向完全顯性；第2 對主基因的顯性效應(yīng)（hb）和顯性度（hb/db）分別為0.57 和-7.125，呈負(fù)向超顯性。分析結(jié)果表明，第1 對主基因的加性效應(yīng)和顯性效應(yīng)并重，第2對主基因以顯性效應(yīng)為主。

表3 六世代聯(lián)合分析的萼下果色性狀的遺傳參數(shù)估計

在上位性作用中，2 對主基因的加性×顯性（jab）和顯性×顯性（l）互作效應(yīng)較大，顯性×加性（jba）和加性×加性（i）互作效應(yīng)一般。主基因遺傳率（hmg2）在B1、B2和F2世代中分別是89.66%、94.00%和93.96%，選擇效率較高。

結(jié)果表明：F2分離群體萼下果色級值呈正態(tài)分布，說明茄子萼下果色為主基因控制的數(shù)量性狀；茄子萼下果色性狀遺傳符合2 對加性-顯性-上位性主基因遺傳模型（B-1 模型）；主基因遺傳率較高，為93.96%，可在育種早期進(jìn)行選種。

3 討論與結(jié)論

通過遺傳分析發(fā)現(xiàn)，茄子萼下果色遺傳受主基因影響嚴(yán)重，分離世代遺傳率非常高。主基因遺傳率在BC1、BC2和F2世代中分別是89.66%、94.00%和93.96%，非常有利于性狀選擇，在育種早期就可以快速固定該性狀。

茄子的果皮顏色是最直觀的園藝性狀，主要由花青素和葉綠素共同決定，同時也受到各種環(huán)境因子的影響。Tatebe[10]研究推測了茄子果色相關(guān)的遺傳因子，認(rèn)為有6 個獨(dú)立的遺傳因子（C、P、D、G、Gv和Puc），其中C、P 和D 3 個主效基因共同調(diào)控花青素的形成，決定紫果皮顏色，G基因則和綠果皮顏色相關(guān)。Janick[11]報道，茄子果紫色性狀是由2 對互相連鎖且有不完全顯性關(guān)系的基因支配的；Sambandam[12]研究發(fā)現(xiàn)，茄子果皮紫色對其他顏色都為顯性；劉進(jìn)生等[13]進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，茄子果皮紫色性狀是由2 對互相連鎖且有不完全顯性關(guān)系的基因控制，與本研究結(jié)果一致。

研究表明，茄子果實顏色屬于主基因和多基因共同控制的數(shù)量性狀[14]。目前已經(jīng)在1、5、7、10 號染色體，以及多個連鎖群上定位到了一些與果色相關(guān)的QTL 位點，表型貢獻(xiàn)率最高達(dá)到了86%～93%[15-17]。相叢超等[5]研究萼片下果皮為淺紫色和綠色的親本雜交后代的遺傳分析，在F2群體中萼片下果皮顏色遺傳符合2 對具有加性-顯性-上位性作用的主基因和多基因模型，與本研究結(jié)果近似。

王世界[18]通過對紫茄和白茄果皮進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序，篩選到與茄子花青素生物合成相關(guān)MYB 轉(zhuǎn)錄因子3 個和結(jié)構(gòu)基因8 個。孫保娟等[19]在茄子育種實踐中發(fā)現(xiàn)，2 對上位性效應(yīng)基因控制茄子果色遺傳現(xiàn)象，應(yīng)用SLAF-Seq 與BSA 關(guān)聯(lián)分析技術(shù)，將控制茄子果色上位性遺傳的2 個基因（D和P）分別定位到相應(yīng)的2 個較小的區(qū)域。以上果色相關(guān)基因研究進(jìn)一步證實，茄子果色控制基因的多樣化和復(fù)雜性，遺傳機(jī)制不是很清晰。

茄子萼下果色研究較少，本研究通過六世代遺傳群體，借助數(shù)量遺傳分析軟件系統(tǒng)研究，深入揭示茄子萼下果色遺傳規(guī)律，為品種選育提供理論參考和數(shù)據(jù)支撐，具有重要意義。