張東營 劉永亮 劉桃菊

大麥重組自交系千粒重性狀的QTL定位

張東營 劉永亮 劉桃菊

本研究以二棱春性大麥（Hordeum vulgare L.）Prisma和Apex為親本所建立的94個(gè)重組自交系為材料，采用復(fù)合區(qū)間作圖法對(duì)三個(gè)氮素水平下大麥重組自交系千粒重進(jìn)行QTL定位分析，在三個(gè)氮素環(huán)境中同時(shí)檢測(cè)到的QTLs為qTWG6-2，定位在第6染色體的標(biāo)記區(qū)間E38M54-307-E45M58-676，為進(jìn)一步QTL精細(xì)定位和克隆創(chuàng)造條件。

性狀是典型的數(shù)量性狀，受許多的基因控制，同時(shí)又受到多種內(nèi)在及外在環(huán)境因子的影響。大麥的籽粒產(chǎn)量是各產(chǎn)量構(gòu)成因素（單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重）協(xié)同作用的結(jié)果，某一產(chǎn)量構(gòu)成因素對(duì)大麥產(chǎn)量影響的主導(dǎo)地位不是一成不變的，不同地區(qū)、不同時(shí)期的條件差異以及品種差異會(huì)導(dǎo)致影響產(chǎn)量的主導(dǎo)因子的不同。由于“QTL（Quantitative Trait Loci ，QTL）與環(huán)境”互作，單一環(huán)境條件下的QTL定位研究找到的QTLs準(zhǔn)確度較低，難以發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定表達(dá)的QTLs。

本文以二棱春性大麥（Hordeum vulgare L.）Prisma和Apex為親本所建立的94個(gè)重組自交系（Recombinant Inbred Lines， RILs）為材料，在三個(gè)氮素環(huán)境中對(duì)大麥重組自交系千粒重這一產(chǎn)量性狀進(jìn)行QTL定位分析，以期獲得穩(wěn)定表達(dá)的千粒重基因位點(diǎn)，為進(jìn)一步QTL精細(xì)定位和克隆創(chuàng)造條件。

供試材料

供試材料為94個(gè)大麥重組自交系群體，該群體是由2個(gè)二棱春性品種Apex和Prisma為親本，對(duì)其F1代通過單粒傳法經(jīng)8代自交后獲得。兩個(gè)親本在產(chǎn)量潛力、形態(tài)性狀上均有顯著差別。選用重組自交系為研究材料的優(yōu)點(diǎn)是由于自交的作用使基因型純合化。因此，RILs群體是一種可以長期使用的永久性分離群體，可以多年多點(diǎn)重復(fù)試驗(yàn)，特別適合于數(shù)量性狀基因座（Quantitative Trait Locus ，QTL）的定位研究。

試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2007-2008年在江西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院試驗(yàn)站網(wǎng)室內(nèi)進(jìn)行。供試土壤為旱地貧瘠紅壤，土壤樣品分析結(jié)果見表1。

表1 供試土壤的養(yǎng)分狀況

試驗(yàn)采用盆栽的方法，設(shè)置三種施氮水平，分別是不施氮、50kg/hm2和150kg/ hm2純氮（分別用0N、1N、2N表示）。磷肥和鉀肥在各處理中的施用量相同，分別是30kg/ hm2P2O5和50kg/ hm2K2O。肥料均用作基肥，在播種前一次性施入，在此后的大麥各個(gè)生育期中均不施肥。每個(gè)處理重復(fù)6次。為避免邊際效應(yīng)，在每一小區(qū)周圍均設(shè)置了保護(hù)行。此外，由于各個(gè)品系的株高各不相同，為避免大麥各品系在生長過程中相互遮擋，產(chǎn)生蔭蔽作用，各品系的塑缽在網(wǎng)室內(nèi)的擺放按植株高矮排列。

2007年10月30日將兩個(gè)親本Apex和Prisma以及94個(gè)重組自交系的種子分別播種于高25cm、直徑為20cm的塑缽中，每缽裝土2.5kg，每缽播種3粒種子，齊苗后定苗1棵。管理同一般大田。

連鎖圖譜的構(gòu)建

試驗(yàn)采用殷新佑在荷蘭Wageningen大學(xué)構(gòu)建的大麥重組自交系A(chǔ)FLP標(biāo)記連鎖圖譜進(jìn)行QTL定位，該圖譜包括190個(gè)分子標(biāo)記，均勻分布于大麥的7條染色體上，覆蓋大麥基因組965cM，標(biāo)記間平均距離為5.08cM，QTL定位采用Windows QTL Cartographer v2.0作圖軟件中的復(fù)合區(qū)間作圖法作圖，步移速度為2cM，所用閾值（LOD值）為2.5。若標(biāo)記區(qū)間的LOD值≥2.5，則該區(qū)間最大LOD處所對(duì)應(yīng)的位點(diǎn)有一個(gè)QTL，同時(shí)計(jì)算每個(gè)QTL的貢獻(xiàn)率和加性效應(yīng)大小，QTL的命名原則遵循文獻(xiàn)。

結(jié)果與分析

在2N、1N、0N水平下，親本與重組自交系的千粒重的性狀分布與表現(xiàn)如表2所示。

由表2可以看出，在2N、1N、0N三個(gè)氮素水平下，親本Prisam的千粒重分別為53.00g、44.50g、42.50g，親本Apex的千粒重分別為58.00g、53.75g、44.50g。94個(gè)品系間的變化差異較小，千粒重的變異范圍分別為40.25～64.50、37.25～57.50、36.50～57.50。品系間存在明顯的超親分離現(xiàn)象。

三個(gè)氮素水平下，94個(gè)品系的千粒重的頻率分布如圖1所示。所獲得的性狀表型數(shù)據(jù)均為連續(xù)分布并且分布范圍廣泛，表明千粒重為多基因控制的數(shù)量性狀。它的分布頻率大致接近于正態(tài)分布，符合QTL區(qū)間作圖的要求。

對(duì)大麥重組自交系千粒重表型值進(jìn)行QTL定位，在三個(gè)氮素水平下分別檢測(cè)到了不同控制千粒重表型值的QTLs，結(jié)果如表3所示。

表2 親本及大麥重組自交系千粒重的性狀表現(xiàn)與分布

表3 千粒重的QTL定位和效應(yīng)分析結(jié)果

圖1 三個(gè)氮素水平下大麥重組自交系千粒重的頻率分布圖

在三個(gè)氮素水平下千粒重共檢測(cè)出10個(gè)QTLs，分別位于第2、3、6染色體上，單個(gè)QTL貢獻(xiàn)率變幅在7.95％～17.78％。在0N環(huán)境下檢測(cè)到的QTLs其等位基因均來自于親本Prisma，總的貢獻(xiàn)率為44.35％；1N環(huán)境中3個(gè)QTls聯(lián)合貢獻(xiàn)率為41.03％；在2N環(huán)境中檢測(cè)到的QTLs聯(lián)合貢獻(xiàn)率為28.52％。

在2N、1N、0N環(huán)境中均檢測(cè)到分別位于第6染色體40.62cM處的qTWG6-2，是來自于親本Prisma的等位基因，其LOD值分別為2.62、3.63、2.40，加性效應(yīng)值分別為1.3718g、1.4029g、1.3534g，貢獻(xiàn)率分別為8.17％、11.25％、7.17％。在2N和1N環(huán)境中均檢測(cè)到位于第6染色體2.91cM處的qTWG6-1，是來自于親本Apex的等位基因，其LOD值分別為2.57、4.02，加性效應(yīng)值為-1.3441g、-1.4765g，貢獻(xiàn)率分別為7.95％、12.20％。

小結(jié)

QTL在不同環(huán)境里是否穩(wěn)定表達(dá)是育種工作者特別關(guān)心的，是可否作為靶基因進(jìn)行標(biāo)記輔助選擇的重要條件之一。從定位結(jié)果來看大多QTLs在不同的環(huán)境條件下不能穩(wěn)定地得到表達(dá)，如控制千粒重的qTWG6-1只在2N和1N環(huán)境中被檢測(cè)到。

數(shù)量性狀極易受環(huán)境的影響，同一性狀的QTLs除了在不同定位群體中表現(xiàn)不一致外，在不同環(huán)境中的表現(xiàn)往往也會(huì)有很大的差異。同一群體在不同發(fā)育階段和不同年份的QTLs檢測(cè)結(jié)果也會(huì)有所不同，這也反映了控制產(chǎn)量性狀基因的復(fù)雜性和應(yīng)用分子標(biāo)記輔助選擇技術(shù)改良大麥產(chǎn)量性狀的困難性。

張東營1劉永亮2劉桃菊3

1.山東省濰坊市科學(xué)技術(shù)情報(bào)研究所助理研究員2.山東省濰坊市科學(xué)技術(shù)情報(bào)研究所；3.江西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院教授

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.16.007