甘藍(lán)型油菜主角果數(shù)ql定位分析

甘蘭油是中國(guó)的主要石油產(chǎn)品之一。此外，蔬菜籽是中國(guó)食品產(chǎn)業(yè)的第一個(gè)來(lái)源，在中國(guó)的石油市場(chǎng)中發(fā)揮著重要作用。目前,國(guó)內(nèi)油料作物僅提供植物油消費(fèi)總量的40%左右,約60%需進(jìn)口,可見(jiàn)我國(guó)對(duì)國(guó)外的依存度越來(lái)越高,自給總量上嚴(yán)重不足。所以提高油菜的產(chǎn)量成為了現(xiàn)在油菜育種的重要目標(biāo)。常規(guī)密度種植的油菜產(chǎn)量是由單株有效角果數(shù)、每角粒數(shù)以及千粒重所構(gòu)成,而這三個(gè)因素間既相互協(xié)同又相互制約。近年來(lái)隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展,已經(jīng)打破了常規(guī)密度人工種植油菜的傳統(tǒng)觀念,漸漸轉(zhuǎn)向了機(jī)械化密植油菜的生產(chǎn)過(guò)程。油菜具有主序優(yōu)勢(shì),主要表現(xiàn)在其結(jié)角率高、成熟早等優(yōu)點(diǎn),通過(guò)選育優(yōu)勢(shì)強(qiáng)的品種,適當(dāng)增加密度,合理調(diào)整布局,有望使油菜產(chǎn)量有較大幅度的提高。已有研究表明,適當(dāng)增加密度可使主序在產(chǎn)量中的比例增加,在5萬(wàn)株/667m2時(shí)主序產(chǎn)量占單株產(chǎn)量的73.05%。而且油菜主序的兩個(gè)主要性狀主花序長(zhǎng)度和主花序有效角果數(shù)一直以來(lái)都是影響單株產(chǎn)量的重要因素。另外,機(jī)械化種植的油菜往往是密度高、分枝少,所以密植油菜主要是通過(guò)提高群體有效角果數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)。機(jī)械化高密度種植油菜,其單株生產(chǎn)力、單株角果數(shù)均隨密度增加而減少,而密度對(duì)每角粒數(shù)和千粒重影響不大,此時(shí)油菜產(chǎn)量的三個(gè)構(gòu)成因素就由單株有效角果數(shù)、每角粒數(shù)以及千粒重轉(zhuǎn)變成了單株主花序有效角果數(shù)、每角粒數(shù)以及千粒重。綜上所述,單株主花序有效角果數(shù)是影響油菜產(chǎn)量的重要因素。目前已有許多關(guān)于油菜主序的遺傳研究,尤其是油菜主花序長(zhǎng)度的數(shù)量性狀位點(diǎn)(QTL)的研究。但到目前為止,關(guān)于主花序有效角果數(shù)QTL等方面的研究卻嚴(yán)重不足。高必軍在重組自交系(RIL)群體的連鎖群LG6、LG12、LG13上,采用一年的田間檢測(cè)數(shù)據(jù),檢測(cè)到5個(gè)油菜主花序有效角果數(shù)QTL,其表型變異是11.2%～25%,LOD值是2.05～4.61,加性效應(yīng)為9.46～50.81。吳建忠也采用一年的田間檢測(cè)數(shù)據(jù),在雙單倍體(DH)群體的染色體A8和C4上掃描到3個(gè)控制主花序有效角果數(shù)的QTL,其表型變異是5.07%～9.45%,LOD值是2.62～4.22,加性效應(yīng)為2.59～3.59。以上兩個(gè)報(bào)道都只用了一年的田間數(shù)據(jù)檢測(cè)QTL,沒(méi)有在不同環(huán)境下對(duì)QTL遺傳穩(wěn)定性進(jìn)行系統(tǒng)分析。而其它對(duì)于油菜主花序有效角果數(shù)QTL的報(bào)道很少。本研究利用甘藍(lán)型油菜DH群體,對(duì)主花序有效角果數(shù)QTL進(jìn)行多年多點(diǎn)的系統(tǒng)分析,希望為油菜主花序有效角果數(shù)QTL精細(xì)定位奠定基礎(chǔ),為油菜高產(chǎn)育種提供指導(dǎo)。1材料和方法1.1甘藍(lán)型紫菜dh系的獲得和驗(yàn)證以甘藍(lán)型油菜品系ZY036(主花序有效角果數(shù)為75個(gè))和51070(主花序有效角果數(shù)為55個(gè))為親本雜交得到F1植株,參照王漢中等的方法進(jìn)行小孢子培養(yǎng)得到112個(gè)甘藍(lán)型油菜DH株系。從中隨機(jī)選取了92個(gè)單株構(gòu)成了本試驗(yàn)的DH群體,用于田間試驗(yàn)、主花序有效角果數(shù)測(cè)定、遺傳圖譜構(gòu)建和主花序有效角果數(shù)QTL分析。1.2dh種植/種植親本ZY036、51070和DH群體的田間試驗(yàn)采用常規(guī)密度種植,按完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)且設(shè)置3個(gè)重復(fù),每個(gè)DH株系播種2行,每行長(zhǎng)2.5m,行距40cm,株距20cm,田間管理按常規(guī)處理。2010年在武漢、2011在陽(yáng)邏和青海、2012年在陽(yáng)邏和襄陽(yáng)三年四點(diǎn)分別種植了親本ZY036、51070和DH群體。每個(gè)小區(qū)收獲6到10個(gè)單株。用人工方法測(cè)定主花序有效角果數(shù)(主花序上凡含有一粒以上飽滿種子的角果數(shù))。1.3主工序有效角果數(shù)的估計(jì)在已構(gòu)建好的DH遺傳連鎖圖譜的基礎(chǔ)上,用WinQTLCartographer2.5軟件,采用復(fù)合區(qū)間作圖(CIM)的方法定位DH群體的主花序有效角果數(shù)QTL。QTL的統(tǒng)計(jì)由極大似然函數(shù)比的常用對(duì)數(shù)(LOD)和每個(gè)QTL解釋的主花序有效角果數(shù)表型變異百分率決定。QTL的閾值用重復(fù)抽樣1000次的排布測(cè)驗(yàn)方法(premutationtest)確定,顯著水平定為0.05。2結(jié)果與分析2.1dh群體的主工序有效角果數(shù)親本ZY036和51070在武漢-2010、陽(yáng)邏-2011、青海-2011、陽(yáng)邏-2012和襄陽(yáng)-2012的主花序有效角果數(shù)平均值±SE如表1所示。對(duì)兩親本在這五個(gè)試驗(yàn)中的主花序有效角果數(shù)進(jìn)行方差分析,試驗(yàn)結(jié)果表明兩親本在這五個(gè)試驗(yàn)中具有顯著差異(P<0.05),平均相差20個(gè)角果左右。DH群體的主花序有效角果數(shù)表型變異在武漢-2010、陽(yáng)邏-2011、青海-2011、陽(yáng)邏-2012和襄陽(yáng)-2012的頻率分布如圖1所示。DH群體的主花序有效角果數(shù)平均值范圍在武漢-2010、陽(yáng)邏-2011、青海-2011、陽(yáng)邏-2012和襄陽(yáng)-2012分別在36.85～82.70、37.97～88.15、40.54～77.71、36.57～81.12和37.25～77.31之間。利用PROCNORMAL程序(SAS8.1,SASINSTITUTEINC,USA)驗(yàn)證DH群體在武漢-2010、陽(yáng)邏-2011、青海-2011、陽(yáng)邏-2012和襄陽(yáng)-2012五個(gè)試驗(yàn),它們遵循正態(tài)分布模式,符合典型的數(shù)量性狀遺傳特征,表明該群體可用于QTL作圖。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明DH群體在陽(yáng)邏-2011主花序有效角果數(shù)最大值要比其在青海-2011和襄陽(yáng)-2012多10個(gè)左右的角果。利用DH群體主花序有效角果數(shù)的表型數(shù)據(jù),用PROCCORR程序(SAS8.1,SASINSTITUTEINC,USA)計(jì)算Pearson系數(shù),評(píng)估武漢-2010、陽(yáng)邏-2011、青海-2011、陽(yáng)邏-2012和襄陽(yáng)-2012這五個(gè)試驗(yàn)之間的相關(guān)性。DH群體主花序有效角果數(shù)在武漢-2010、陽(yáng)邏-2011、青海-2011、陽(yáng)邏-2012和襄陽(yáng)-2012這五個(gè)實(shí)驗(yàn)之間呈正相關(guān)(表2)。陽(yáng)邏-2011與陽(yáng)邏-2012之間的相關(guān)系數(shù)(r=0.8301,P<0.0001)最大;武漢-2010與陽(yáng)邏-2012之間的相關(guān)系數(shù)其次;武漢-2010與襄陽(yáng)-2012之間的相關(guān)系數(shù)最小。說(shuō)明同一地理位置不同年份間的相關(guān)性最好。2.2u2004標(biāo)準(zhǔn)曲線的ssr-qp1和c9在dh群體中的表達(dá)利用DH群體已構(gòu)建的包括527個(gè)標(biāo)記的遺傳連鎖圖譜,連鎖圖譜覆蓋總長(zhǎng)度是2265.54cM,平均每條染色體長(zhǎng)度是119.34cM,標(biāo)記之間的平均圖距4.30cM。利用WinQTLCartographer2.5軟件對(duì)主花序有效角果數(shù)的表型數(shù)據(jù)進(jìn)行1000次的排布測(cè)驗(yàn),最后確定LOD的閾值在武漢-2010、陽(yáng)邏-2011、青海-2011、陽(yáng)邏-2012和襄陽(yáng)-2012分別是2.52、2.84、3.46、2.55和2.31。利用DH群體五個(gè)試驗(yàn)的主花序有效角果數(shù)表型數(shù)據(jù),共檢測(cè)到10個(gè)QTL,其中在武漢-2010、陽(yáng)邏-2011、青海-2011、陽(yáng)邏-2012和襄陽(yáng)-2012分別檢測(cè)到3、4、2、2和3個(gè)QTL(圖2,表3),并且分布在不同的染色體上。通過(guò)QTL定位,估計(jì)的每個(gè)QTL解釋主花序有效角果數(shù)表型變異(R2)從9.33%(襄陽(yáng)-2012,A5)到31.60%(青海-2011,C6)。DH群體的五個(gè)試驗(yàn)結(jié)果表明,染色體A1(武漢-2010和青海-2011)、A5(陽(yáng)邏-2011和襄陽(yáng)-2012)、C1(陽(yáng)邏-2011和陽(yáng)邏-2012)和染色體C9上的QTL(陽(yáng)邏-2011和陽(yáng)邏-2012)都可以在2個(gè)不同的試驗(yàn)中重復(fù)檢測(cè)到。在染色體A1、A5、C1和C9上重復(fù)檢測(cè)到的QTL解釋主花序有效角果數(shù)表型變異分別是9.35%(武漢-2010)/16.32%(青海-2011)、11.24%(陽(yáng)邏-2011)/10.72%(襄陽(yáng)-2012)、11.67%(陽(yáng)邏-2011)/18.46%(陽(yáng)邏-2012)和10.24%(陽(yáng)邏-2011)/9.51%(陽(yáng)邏-2012)。DH群體中的其它6個(gè)QTL只能在特定的試驗(yàn)中檢測(cè)到。DH群體的QTL定位結(jié)果同時(shí)表明加性效應(yīng)是主花序有效角果數(shù)變異的主要貢獻(xiàn)因素。在DH群體中,每個(gè)QTL的加性效應(yīng)是從2.71(陽(yáng)邏-2012,C9)到8.09(青海-2011,C6)不等。在DH群體QTL區(qū)間,增加主花序有效角果數(shù)的等位基因來(lái)源也顯示有明顯的差異。在DH群體的10個(gè)QTL中,有6個(gè)QTL(60%)增加主花序有效角果數(shù)的等位基因來(lái)自ZY036,有4個(gè)QTL(40%)增加主花序有效角果數(shù)的等位基因來(lái)自51070。所以在QTL區(qū)間有利于主花序有效角果數(shù)增加的等位基因往往來(lái)自主花序有效角果數(shù)較多的親本。并且在染色體A1、A5、C1和C9上在兩個(gè)試驗(yàn)中都可以重復(fù)檢測(cè)到的4個(gè)QTL,有3個(gè)QTL增加其主花序有效角果數(shù)的等位基因都來(lái)自ZY036。本試驗(yàn)還得到了這10個(gè)QTL區(qū)間的16個(gè)連鎖標(biāo)記,其中有8個(gè)連鎖標(biāo)記距離這10個(gè)QTL的最大峰值不足1cM(表4),它們是:GSSR134(武漢-2010,A1)、BrSF162-9(青海-2011,A1)、SF22767(武漢-2010,A3)、BrSF27-50(襄陽(yáng)-2012,A5)、CNU458(陽(yáng)邏-2011,A5)、SF14164(陽(yáng)邏-2011/陽(yáng)邏-2012,C1)、ns069(武漢-2010,C4)和BrBAC268(陽(yáng)邏-2011/陽(yáng)邏-2012,C9),距離其對(duì)應(yīng)QTL的最大峰值分別為0.1、0.0、0.8、0.0、1.0、0.9、1.0和0.7cM。這16個(gè)QTL區(qū)間連鎖標(biāo)記的引物序列如表4所示。利用WinQTLCartographer2.5軟件的單標(biāo)記分析的方法,對(duì)染色體上的標(biāo)記進(jìn)行檢驗(yàn),結(jié)果表明,QTLs區(qū)間的16個(gè)連鎖標(biāo)記與主花序有效角果數(shù)都顯著相關(guān)(P<0.05)(表5)。3u3000主工序有效角果數(shù)的等位基因與吳建忠利用DH群體的主花序有效角果數(shù)的QTL相比,本研究檢測(cè)到的10個(gè)QTL在表型變異、加性效應(yīng)和LOD值都更大,能解釋的表型變異為9.33%～31.60%,LOD值是2.51～5.37,加性效應(yīng)是2.71～8.09。其原因一方面可能來(lái)自親本間較大的遺傳差異(兩個(gè)品系ZY036和51070的主花序有效角果數(shù)相差20個(gè)左右);另一方面可能是因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)構(gòu)建的甘藍(lán)型油菜遺傳連鎖圖譜質(zhì)量好(覆蓋總長(zhǎng)度是2265.54cM,標(biāo)記之間的平均圖距4.30cM)。為了更好地了解主花序有效角果數(shù)的遺傳機(jī)理,我們?cè)谖鍌€(gè)不同的環(huán)境中展開(kāi)試驗(yàn)。結(jié)果表明甘藍(lán)型油菜DH群體的主花序有效角果數(shù)存在非常大的環(huán)境效應(yīng)。DH群體在陽(yáng)邏-2011主花序有效角果數(shù)最大值要比其在青海-2011和襄陽(yáng)-2012多10個(gè),其它實(shí)驗(yàn)之間的主花序有效角果數(shù)也有一定的差異。這主要是五個(gè)地點(diǎn)年份環(huán)境條件不同,包括雨水、光照、氣溫或土壤肥力等存在很大的不同。另外,所檢測(cè)到的QTL也受環(huán)境的影響。10個(gè)QTL中在染色體A1、A5、C1和C9上的4個(gè)QTL都可以在兩個(gè)試驗(yàn)中重復(fù)檢測(cè)到。但是這4個(gè)QTL的表型變異、LOD值和加性效應(yīng)值存在著較大的差異。另外6個(gè)QTL只能在特定的地理位置或特殊的年份可以檢測(cè)到,如QTL(青海-2011,C6)的表型變異、LOD值和加性效應(yīng)都很大,只在青海這個(gè)特殊的地理位置檢測(cè)到,在武漢、陽(yáng)邏和襄陽(yáng)這三處都沒(méi)有檢測(cè)到。這可能是因?yàn)橛械娜旧w區(qū)域在不同的遺傳背景下都存在控制主花序有效角果數(shù)遺傳的潛力,而有的染色體區(qū)域只能在特定的遺傳背景下可以控制主花序有效角果數(shù)的遺傳。本研究檢測(cè)到的10個(gè)QTL分布在7條染色體A1、A3、A5、C1、C4、C6和C9上。與以前的報(bào)道相比,除染色體C4上都能檢測(cè)到以外,其它的QTL還分布在不同的染色體上。這可能是因?yàn)槊恳粋€(gè)遺傳分離群體都存在自己特有的遺傳限定因子。品系ZY036和51070的主花序有效角果數(shù)相差20個(gè)左右,說(shuō)明ZY036與51070的等位基因存在著較大的差異。而且在甘藍(lán)型油菜DH群體或RIL群體中,主花序有效角果數(shù)的等位基因的增效作用往往來(lái)自主花序有效角果數(shù)比較多的親本。高必軍檢測(cè)到的5個(gè)QTL均由中雙4號(hào)的等位基因起增效作用,吳建忠檢測(cè)到3個(gè)QTL均由甲A177的等位基因起增效作用。我們得到的10個(gè)QTL中,有6個(gè)(60%)增加主花序有效角果數(shù)的等位基因來(lái)自ZY0