梁慧珍，許蘭杰，董薇，余永亮，楊紅旗，譚政委，李磊，劉新梅

大豆γ-生育酚的混合遺傳分析與QTL定位

梁慧珍1,2，許蘭杰1，董薇1，余永亮1，楊紅旗1，譚政委1，李磊1，劉新梅1

（1河南省農(nóng)業(yè)科學院芝麻研究中心，鄭州 450002；2河南省農(nóng)業(yè)科學院西峽分院，河南西峽 474550）

【】通過對大豆γ-生育酚進行混合遺傳和QTL定位分析，了解其遺傳機制，定位其主效QTL，為高γ-生育酚含量大豆品種的選育奠定基礎。以栽培大豆晉豆23為母本，以山西農(nóng)家品種大豆灰布支黑豆為父本雜交衍生的重組自交系作為供試群體構建遺傳圖譜。圖譜全長2 047.6 cM，平均圖距8.8 cM，包括227個SSR標記，232個標記位點。重組自交系試驗群體及親本材料分別于2011年、2012年和2015年夏季在河南省農(nóng)業(yè)科學院原陽試驗基地種植，冬季在海南省三亞南繁試驗基地種植。田間試驗采取隨機區(qū)組設計，2次重復。從6個環(huán)境中每個家系選取15.00 g籽粒飽滿，大小一致的大豆種子，利用高效液相色譜法定性、定量測定樣品中的γ-生育酚含量。采用主基因+多基因混合遺傳分離分析法，對大豆γ-生育酚含量進行混合遺傳分析；采用WinQTLCart 2.5復合區(qū)間作圖法，對大豆γ-生育酚含量進行QTL定位分析。主基因+多基因混合遺傳分析表明，γ-生育酚受2對重疊作用主基因×加性多基因控制。遺傳基因分布在雙親中。三亞試驗數(shù)據(jù)檢測出2對主基因間上位性效應值為0.4010—0.5169和多基因的加性效應值為0.1797—0.2146，主基因遺傳率為11.27%—13.05%，多基因遺傳率為82.51%—86.55%，多基因效應大于主基因效應。原陽試驗數(shù)據(jù)檢測到2對主基因間上位性效應值為0.9646—1.8455，主基因遺傳率為39.51%—58.96%，沒有檢測出多基因效應。采用WinQTLCart 2.5復合區(qū)間作圖（CIM）共檢測到9個影響γ-生育酚的QTL，分布于A1（Chr.5）、A2（Chr.8）、C1（Chr.4）、K（Chr.9）、M（Chr.7）和G（Chr.8）6條染色體中，單個QTL的貢獻率為7.29%—29.55%。同時在2011年原陽、2012年三亞、2015年三亞3個環(huán)境下檢測到，且均定位在G（Chr.18）染色體Satt275—Satt038標記區(qū)間0.01 cM處，解釋的表型變異分別為8.97%、8.12%和7.91%。同時在2011年原陽和2015年原陽2個環(huán)境下檢測到，且均定位在A1（Chr.5）染色體Satt276—Satt364標記區(qū)間0.01 cM處，解釋的表型變異分別為29.54%和28.23%。和2個QTL能夠穩(wěn)定遺傳。γ-T最適遺傳模型符合MX2-Duplicate-A，即2對重疊作用主基因×加性多基因模型。其遺傳同時受到基因型、環(huán)境和上位性的影響。檢測到γ-T的2個穩(wěn)定主效QTL，Satt275—Satt038和Satt276—Satt364是共位標記區(qū)間。

大豆；γ-生育酚；遺傳；主基因+多基因；基因定位；上位性

0 引言

【研究意義】維生素E（vitamin E，VE）是脂溶性維生素，參與生物體內(nèi)信號轉導、基因表達調(diào)控、抗低溫脅迫等多種代謝途徑，具有抗氧化、抗衰老、抗不育、預防早老性癡呆癥和老年癡呆癥、防癌、提高機體免疫力等生理活性功能[1-3]。維生素E分為兩類：天然VE和合成VE。天然維生素E包括α-、β-、γ-和δ-4種生育酚以及α-、β-、γ-、δ-4種剩余三烯酚。合成維生素E是生育酚的醋酸酯，嚴格意義說并不算是真正的生育酚，生物活性與天然VE相差甚遠。同時，由于合成品中含有雜質成分，也可能存在潛在的危害，使得人們更加傾向于使用天然VE[4]。目前，人類獲得的VE，20%來源于天然VE，80%來源于合成VE，并且全球合成VE供應商主要集中在新和成（NHU）、帝斯曼（DSM）、巴斯夫（BASF）和浙江醫(yī)藥公司，市場對天然VE的需求日趨增大[5]。γ-生育酚（γ-Tocopherol，γ-T）是生育酚同族體，其基本結構為色原醇環(huán)與一個含有16個碳的側鏈。γ-T主要存在于大豆種子中，在大豆種子VE總含量中占比高達66%，人體通過油脂攝入γ-生育酌的量較多[6]。γ-T是大豆油中的一種天然抗氧化劑，可用來保持油脂的風味、延長油脂的儲藏時間以及保證種子長期儲藏后的活力[7]。γ-T具有抗癌、防癌功效，其作用主要通過上調(diào)抑癌或下調(diào)促癌相關基因表達、干預細胞癌變相關信號傳導通路、抑制腫瘤細胞增殖、促進腫瘤細胞凋亡等方式實現(xiàn)[8]?！厩叭搜芯窟M展】目前，γ-T的抗癌和防癌研究主要集中在γ-T的吸收和代謝[9-10]、γ-T抗癌作用及其分子機制[11-13]等方面；γ-T QTL定位研究主要集中在玉米[14]、向日葵[15]、油菜[16]、芥菜[17]和大麥[18]，大豆γ-T的分子遺傳和QTL定位較少。Li等[19-20]利用Bayfield × Hefeng 25大豆RIL群體檢測到8個控制γ-T的QTL，分別定位在第2、4、6、8、10、15、16和18染色體上。Shaw等[21]利用Bayfield×Shire重組自交系群體（RIL），檢測到8個控制γ-T的QTL，分別定位在第1、4、9、13、14、15、17和20染色體上。李海燕[22]利用Bayfield×合豐25大豆BIEX群體，檢測到5個控制γ-T的QTL，分別定位在第2、7、18和19染色體上。張紅梅等[23]利用Essex×ZDD2315大豆RIL群體分別檢測到2個和2對控制大豆γ-T的加性和上位性互作QTL?！颈狙芯壳腥朦c】國內(nèi)外已檢測到的大豆γ-T QTL數(shù)量較少，能夠穩(wěn)定表現(xiàn)的QTL更少，采取分子標記輔助選擇進行高γ-T含量大豆新品種選育比較困難?！緮M解決的關鍵問題】本研究以晉豆23×灰布支黑豆衍生的RIL為試驗材料，采用主基因+多基因混合遺傳分離分析方法[24]，分析γ-T混合遺傳規(guī)律；利用WinQTLCart2.5[25]復合區(qū)間模型分析方法，對大豆γ-T進行QTL分析，為高γ-T大豆品種選育提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為山西省農(nóng)業(yè)科學院經(jīng)濟作物研究所配制的晉豆23×灰布支黑豆雜交組合。該組合包含233個家系的重組自交系（RIL）群體，即每一F2單株衍生成F2家系，每一F2家系再選株建成家系，至2011年是F14代。

1.2 試驗方法

2011年6月11日、2012年6月15日和2015年6月12日在河南省農(nóng)業(yè)科學院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技試驗基地（原陽）、2011年11月18日、2012年11月20日和2015年11月12日在海南省三亞南繁基地種植233個家系的RIL群體F14、F15和F16代材料及其親本，每種材料均種植30粒種子。每個田間試驗采取隨機區(qū)組設計，2次重復，行長和行距分別為4.0和0.4 m，常規(guī)田間管理。四周分設保護行，一播全苗。2011年10月8日、2012年10月12日和2015年10月10日在河南省農(nóng)業(yè)科學院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技試驗基地（原陽）收獲，2012年02月20日、2013年02月25日和2016年02月15日在海南省三亞南繁基地收獲。收獲后，6個環(huán)境下隨機區(qū)組設計2次重復的種子，從每個家系選取15.00 g大豆籽粒，要求籽粒飽滿，大小一致，用旋風磨（Retsch ZM100, Φ = 1.0 mm, Rheinische, Germany）磨粉。取2.5 g豆粉樣品，加入30 mL CH3CH2OH混合均勻，再加入10 mL KOH溶液和5 mL濃度10%維生素C溶液，用恒溫水浴皂化30 min后提取皂化液，采用100 mL C6H14分3次進行，棄去水層；最后，用Na2SO4過濾提取液，旋轉蒸發(fā)瓶蒸發(fā)后用氮氣吹干殘留液，再用2.5 mL CH3OH溶液進行溶解，通過0.45 μm濾膜，4℃?zhèn)溆谩＠酶咝б合嗌V技術（high performance liquid chromatography，HPLC），采用外標法對γ-T進行定量分析。色譜柱：DIKMA；柱規(guī)格：250.0 mm×4.6 mm；柱填料：symmetry；柱溫：40℃；鉆石：C18，5 μm；熒光檢測器激發(fā)波長：290 nm；發(fā)射波長：330 nm；流動相：CH3OH；流速：1.5 mL·min-1。進樣量：20 μL；檢測時間：10 min。將γ-T峰面積代入回歸方程進行定量分析，計算出γ-T含量。γ-T計量單位：μg·g-1。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用SPSS 19.0軟件對γ-T進行描述統(tǒng)計和聯(lián)合方差分析。遺傳變異系數(shù)（genetic coefficient of variation，GCV）（100%）=g/×100。其中，g為遺傳標準差，為群體平均數(shù)。遺傳率2=g2/[g2+(ge2/)+(2/)]，其中，g2為遺傳方差；ge2為基因型×環(huán)境方差，為年份數(shù)，2為誤差方差，為重復數(shù)。

采用主基因+多基因混合遺傳分離分析法[24]對晉豆23×灰布支黑豆及其衍生的RIL群體γ-T含量進行混合遺傳分析。主基因遺傳率mg2(%) =mg2/p2，多基因遺傳率pg2(%) =pg2/p2，環(huán)境遺傳率e2(%) =e2/p2。各遺傳方差間的關系為p2=mg2+pg2+e2。其中，p2為群體表型方差；mg2為主基因遺傳方差；pg2為多基因遺傳方差；e2為多環(huán)境遺傳方差。

1.4 遺傳連鎖圖譜的構建與QTL分析

王珍[26]使用晉豆23×灰布支黑豆雜交衍生的RIL群體為材料，構建了一個含有227個SSR標記的大豆遺傳連鎖圖譜。以該圖譜和大豆公共圖譜中的標記為基礎，梁慧珍[27]重新整合，整合后圖譜全長2 047.6 cM，包括27個連鎖群，平均圖距8.8 cM，232個標記位點。該圖譜在K（Chr.9）、F（Chr.13）和J（Chr.16）3條染色體上均出現(xiàn)2個間隙，在H（Chr.12）染色體出現(xiàn)了1個間隙，因而形成了27個連鎖群。所得圖譜與Song等[28]整合的圖譜排序相對一致。

采用梁慧珍[27]整合后的大豆分子遺傳圖譜對大豆γ-T含量進行QTL定位分析。把不同年份作為環(huán)境因子處理，根據(jù)6個環(huán)境的表型數(shù)據(jù)，利用WinQTLCart 2.5軟件中復合區(qū)間作圖法（composite interval mapping，CIM）Zmapqtl方法的Model 6，在每個被測標記區(qū)間兩側設置10 cM的窗口（Window），同時設置該窗口之外的5個標記作為余因子，步移速度為2 cM，向前回歸法。以1 000次排列測驗（permutation test）、全基因組=0.05的LOD值作為QTL存在的閾值。當QTL效應≤0.05時，認為QTL存在。參照McCouch等[29]方式命名QTL。

2 結果

2.1 大豆γ-T含量的表型分析和相關分析

RIL群體中γ-T含量的表型變異見圖1和表1。6個環(huán)境中γ-T親本差分別為-51.12和-48.77、-49.90和-51.23、-41.10和-44.26，平均差分別為-48.43和-48.09。不同環(huán)境中，親本在后代分離群體中差異較大，RIL群體差異顯著，表現(xiàn)出超親分離。γ-T呈現(xiàn)連續(xù)分布特點，不同環(huán)境下遺傳變異系數(shù)差別較小。3年間的遺傳率分別為0.509、0.437和0.498，平均遺傳率0.488。聯(lián)合方差分析結果（表2）表明，γ-T含量在組分間差異顯著，基因型和基因型×環(huán)境的互作方差顯著，表明γ-T的遺傳主要受基因型和基因型與環(huán)境互作的共同影響。

相關性分析表明（表3），γ-T含量在2011年原陽和2011年三亞2個環(huán)境表現(xiàn)出顯著相關，2012年原陽和2012年三亞2個環(huán)境表現(xiàn)出極顯著相關，其他環(huán)境中均沒有表現(xiàn)出顯著相關性。說明γ-T含量受到基因型和環(huán)境的共同影響。相關性分析結果與γ-T含量在RIL群體中的分離及遺傳分析結果基本一致。

2.2 γ-生育酚的主基因+多基因混合遺傳分析

通過對2011年、2012年和2015年原陽和三亞共6個環(huán)境下試驗數(shù)據(jù)的平均值進行主基因+多基因混合遺傳分析，依據(jù)AIC值，結合均勻檢驗性檢驗、Kolmogorov試驗和Smirnov檢驗選定最適遺傳模型，并用最小二乘法估計γ-生育酚含量的遺傳參數(shù)（表4）。γ-T最適遺傳模型符合MX2-Duplicate-A，即2對重疊作用主基因×加性多基因模型。因為2對主基因間的重疊作用，三亞地點檢測到2對主基因間上位性效應值0.4010—0.5169和多基因的加性效應值為0.1797—0.2146，主基因遺傳率為11.27%—13.05%，多基因遺傳率為82.51%—86.55%，說明γ-T存在多基因效應，且多基因效應大于主基因效應。但是原陽地點只檢測到2對主基因間上位性效應0.9646—1.8455，主基因遺傳率為39.51%—58.96%，沒有檢測出多基因效應。

：灰布支黑豆γ-T含量γ-T content of Huibuzhiheidou ：晉豆23 γ-T含量γ-T content of Jindou23

表1 RIL群體大豆γ-T含量表型變異

表2 大豆種子γ-T含量方差分析

*和**：分別表示在0.05和0.01水平差異顯著。下同

*and **: significance at the 0.05 and 0.01 probability levels. The same as below

表3 大豆種子γ-T含量相關性分析

2.3 大豆γ-T的QTL定位

根據(jù)WinQTLCart 2.5的定位結果，共在6個連鎖群上檢測到9個γ-生育酚的QTL（表5和圖2），分別位于A1（Chr.5）、A2（Chr.8）、C1（Chr.4）、G（Chr.18）、K_2（Chr.9）和M（Chr.7）染色體上，解釋的表型變異范圍為7.29%—29.55%。加性效應值正負表現(xiàn)不一，加性效應值為正，說明等位基因來自于母本晉豆23，該QTL對大豆γ-生育酚含量起正向作用；加性效應值為負，說明等位基因來自于父本灰布支黑豆，該QTL對大豆γ-生育酚含量起負向作用。位于A1（Chr.5）染色體Satt364—Satt382標記區(qū)間的，表型貢獻率為29.55%，解釋的表型變異最大。其中，同時在2011年原陽、2012年三亞、2015年三亞3個環(huán)境下檢測到，且均定位在G（Chr.18）染色體Satt275—Satt038標記區(qū)間0.01 cM處，解釋的表型變異分別為8.97%、8.12%和7.91%，說明這是一個能夠穩(wěn)定遺傳的QTL。加性效應值-0.801—-0.535，增加γ-T含量的等位基因來自父本灰布支黑豆；同時在2011年原陽和2015年原陽2個環(huán)境下檢測到，且均定位在A1（Chr.5）染色體Satt276—Satt364標記區(qū)間0.01 cM處，解釋的表型變異分別為29.54%和28.23%，說明這可能是一個能夠穩(wěn)定遺傳的QTL。加性效應值0.622和0.613，增加γ-T含量的等位基因來自母本晉豆23。同時，均被定位在A1（Chr.5）染色體上，加性效應分別為0.621和-0.212，且2個QTL位置相距較遠，推測可能不是同一個QTL，說明D1a（Chr.1）染色體上可能存在多個與γ-T相關的基因。

表4 γ-生育酚最適模型及遺傳參數(shù)估計結果

圖2 檢測到的QTL及加性效應QTL在連鎖群上的分布

表5 γ-生育酚QTL位置及其參數(shù)

3 討論

3.1 主基因+多基因混合遺傳分析和QTL定位結果的比較

本研究采用主基因+多基因混合遺傳模型分離分析方法研究大豆γ-T在河南省和海南省2個地點3個年份共6個環(huán)境中的遺傳；采用WinQTLCart 2.5軟件中CIM方法進行QTL定位分析。2種分析結果相比較，發(fā)現(xiàn)QTL定位數(shù)目與遺傳模型預測的數(shù)目并不完全一致。其中，2011年原陽和三亞、2012年原陽和2015年原陽環(huán)境下檢測出2個QTL，與γ-T最適遺傳模型MX2-Duplicate-A相吻合；在2012年三亞和2015年三亞2個環(huán)境下分別檢測出3個和1個QTL，與遺傳模型預測的數(shù)目不統(tǒng)一。說明2種分析方法既具有科學的統(tǒng)一性，又具有各自的局限性。分析其研究結果不完全統(tǒng)一的可能原因有：1）與混合遺傳模型有關。本研究選用的是4對主基因+多基因混合遺傳模型[30]，該模型簡化了主基因間的連鎖作用。只分析了主基因間無連鎖的情況。同時，分析過程中成分分布數(shù)和待估參數(shù)比較多，分析過程受到限制，估算結果的準確性有待提高；2）與QTL定位圖譜有關。與標準圖譜相比較，本研究選用的圖譜還需要進一步完善；3）控制γ-T含量的表達在時空上存在差異。因此，對于γ-T含量的遺傳機理研究，在本研究的基礎上尚需進一步深化。

3.2 大豆γ-T含量的QTL分析及與前人定位結果的比較

為提高QTL定位精度，得到表現(xiàn)穩(wěn)定的QTL，采用多年多點數(shù)據(jù)分析方法是最有效的途徑之一[31]。本研究采用的晉豆23×灰布支黑豆及其衍生的RIL群體γ-T定位的QTL中，在3個環(huán)境下均被檢測到，且均位于G（Chr.18）染色體Satt275—Satt038標記區(qū)間0.01 cM處，加性效應分別為-0.590、-0.535和-0.801，增加γ-T含量的等位基因來自父本灰布支黑豆；在2個環(huán)境下均被檢測到定位在A1（Chr.5）染色體Satt276—Satt364標記區(qū)間0.01 cM處，加性效應分別為0.622和0.613，增加γ-T含量的等位基因來自母本晉豆23。可見q和q可能是能夠穩(wěn)定表達的主效QTL，Satt275—Satt038和Satt276—Satt364 2個標記區(qū)間準確性較高。增加γ-T含量的2個QTL和的等位基因分別來自父本和母本，與最適遺傳模型符合MX2-Duplicate-A的分析結果相一致。下一步研究將針對本次γ-T基因定位的結果，在Satt275—Satt038和Satt276—Satt364連鎖標記之間的序列上，尋找新的SSR標記，分析其在親本間的多態(tài)性，進一步尋找與目的基因連鎖更為緊密的SSR標記，進而實現(xiàn)γ-T基因的精細定位，為高γ-生育酚含量分子標記輔助育種奠定基礎。

生物的遺傳和進化過程中，廣泛存在多因一效和一因多效現(xiàn)象。這兩種基因作用方式從不同角度共同促進生命活動的發(fā)現(xiàn)[32]。多因一效促成了生物多樣性。不同的生物過程參與到同一種表型上，降低了單因素所帶來的局限性，出現(xiàn)了多態(tài)性。一因多效將多種過程聯(lián)系起來，共同參與基因表達過程，形成一系列生物軸，一方面促進行為的統(tǒng)一性，一方面形成正負反饋，避免生理生化過程的失穩(wěn)。本研究發(fā)現(xiàn)，在6個連鎖群上共檢測到9個γ-T的QTL，加性效應值正負均有表現(xiàn)，這些等位基因一方面來自于母本晉豆23，一方面來自于父本灰布支黑豆，推測多因一效可能存在于γ-T的形成過程。同時也發(fā)現(xiàn)，本研究中穩(wěn)定表達的標記Satt275，被認為與大豆孢囊線蟲[33-34]和大豆染料木素形成[35]有關；Satt038與亞麻酸油合成[36]有關；Satt276與豆莢在灌漿期的相對磷濃度[37]和大豆結莢高度[38]有關；Satt364與產(chǎn)量、脂肪含量與根重有關[39]；Satt382與側根數(shù)有關[40]。說明控制這些性狀的基因可能存在一因多效現(xiàn)象[41]。在大豆種子發(fā)育和營養(yǎng)生長不同時期，可以采取相應的措施調(diào)控γ-T的合成與積累。

表6 QTI定位結果比較

QTL與環(huán)境互作、QTL與QTL上位性互作是數(shù)量性狀遺傳的重要組成部分，是作物雜種優(yōu)勢的遺傳基礎[42]。本研究中，在原陽和三亞2個地點均檢測到上位性效應，上位性效應值最大為0.5169，加性效應最大為0.2147，上位效應的影響比加性更顯著，與Hagiwara等[43]和Zhang等[44]認為在分析QTL定位時，上位性與上位性互作效應更有效，上位性比加性QTL更重要結論相一致。

下一步研究的重點方向之一是對這些QTL間的上位性反映機制和基因位點之間的表達調(diào)控機制進行深入研究。

與以往研究相比，盡管各研究選用的群體、圖譜和環(huán)境條件不同，仍有一部分γ-T定位結果相吻合（表6）。與Li等[19-20]結果相比較，均定位在C1（Chr.4）、A2（Chr.8）和G（Chr.18）染色體上，且均定位在C1（Chr.4）染色體Satt565標記處；與Shaw等[21]結果相比較，均定位在C1（Chr.4）和K（Chr.9）染色體上；與李海燕[22]結果相比較，均定位在M（Chr.7）、K（Chr.9）和G（Chr.18）染色體上；與張紅梅等[23]結果相比較，均定位在K（Chr.9）染色體上。但是，本研究中檢測出的相對穩(wěn)定遺傳的q主效QTL，前人研究中雖然在這條染色體上也檢測出γ-生育酚QTL，但是不在同一標記區(qū)間，定位位置是否重疊尚不能確定。分析其原因可能受到定位群體、定位圖譜、遺傳背景或環(huán)境差異等諸多因素影響。隨著研究手段和使用圖譜的不斷進步和完善，逐步驗證這些標記區(qū)間是否重疊。除此之外，本研究中定位出的其他QTL，均未見公開報道。

3.3 遺傳圖譜對QTL定位的影響

遺傳圖譜的構建在基因定位、基因的圖位克隆、遺傳資料多樣性研究，以及遺傳標記輔助選擇育種等方面都具有重要意義。遺傳圖譜應用價值的大小，依賴于標記數(shù)量的多少或圖譜的飽和度、標記在圖譜上定位的準確性以及標記在圖譜上分布的均勻程度等。一個基本的連鎖框架圖要求標記間平均間距20 cM以下。對于主基因定位，其平均距離要求在10—20 cM或更小[45]。連鎖群標記較少，圖譜上標記的密度較低時，影響QTL的檢出效率，效應值較小的QTL有可能檢測不到，進而影響定位的準確性[46]。同時，從另一角度分析，標記密度降低后仍然能夠被檢測到的QTL應該是效應較大的主效QTL，對分子標記輔助選擇和數(shù)量性狀基因的圖位克隆更具實際價值。但這并不能與提高LOD的閾值注重主效QTL的檢測同日而語，因為前者將付出降低QTL在染色體上定位的準確性的代價。本研究圖譜是由海南省熱帶農(nóng)業(yè)資源開發(fā)利用研究所方宣鈞研究員提供（論文中致謝部分有說明），圖譜總長度為2 047.6 cM，平均圖距為8.8 cM[27]，綜合看來圖譜平均間距尚能滿足定位要求。下一步工作中，希望能進一步提高圖譜分子標記密度和圖譜飽和度，不斷提高定位結果的精準度。盡管如此，利用該圖譜定位了一批大豆數(shù)量性狀的QTL，在國內(nèi)外期刊發(fā)表，研究結果仍然具有一定的理論和現(xiàn)實意義。

3.4 大豆γ-T遺傳體系對育種的啟示

通過對6個環(huán)境中大豆廣義遺傳力分析和γ-T方差分析研究，遺傳力為43.68%—50.93%，基因型、基因型×環(huán)境均呈現(xiàn)出極顯著差異，說明γ-T受遺傳和環(huán)境因素的共同影響。主基因+多基因混合遺傳模型分離分析表明，γ-T最適遺傳模型符合MX2-Duplicate-A。說明在γ-T含量的遺傳體系中，基因型、環(huán)境、上位性均起著重要作用，與張紅梅等[23]研究結果γ-T含量的遺傳主要受基因控制，環(huán)境影響程度較小的結論有所不同。WinQTLCart2.5軟件QTL定位分析發(fā)現(xiàn)，2012年原陽、2013年原陽和三亞、2015年三亞4個環(huán)境中，每個環(huán)境下均定位出2個QTL，與主基因+多基因混合遺傳模型預測的數(shù)目相吻合。但是，2012年三亞和2015年原陽分別檢測出3個和1個QTL，與遺傳模型MX2-Duplicate-A不一致。表明在γ-T含量的遺傳中，一方面受基因型控制，表現(xiàn)出遺傳的穩(wěn)定性；一方面受環(huán)境和上位性的影響，表現(xiàn)出遺傳的多樣性和復雜性。幾種不同的分析方法得出的γ-T含量的遺傳結論基本一致，說明研究結果的準確性比較可靠。

社會的發(fā)展帶動了生活品質的提高，人們對于天然維生素E的需要越來越大。天然維生素E主要存在于植物的種子，但含量很低，提取成本較高，從育種的角度選育高含量維生素E大豆品種迫在眉睫。在各種不同形式的維生素E中，γ-T最常見，α-T生物活性最高。前人研究認為，γ-T甲基轉移酶（γ-Topherol methytransferase，γ-TMT/VET4）是α-T合成途徑最后一步甲基化酶，在γ-T甲基轉移酶的催化作用下，以γ-T為底物轉化合成α-T[47-48]，通過超表達γ-T甲基轉移酶基因可以實現(xiàn)種子中高含量γ-T向α-T的轉化，從而提高種子中α-T的含量[49]。γ-T具有抗癌和防癌功效。目前，γ-T的抗癌和防癌研究已經(jīng)取得重要進展，在γ-T的吸收和代謝[9-10]、γ-T抗癌作用及其分子機制[11-13]等方面的研究比較深入，在醫(yī)學臨床上得到廣泛應用，取得了良好的效果。但是，實際生產(chǎn)中缺乏高維生素E含量特別是高γ-T含量的新品種，因此，本研究對于通過分子育種手段選育高維生素E含量大豆新品種特別是高γ-T大豆新品種，具有重要的參考價值。

作為育種工作者，進行分子標記輔助選擇育種工作中，非常希望能夠檢測出大效應的QTL。本研究檢測到的在2個環(huán)境中穩(wěn)定表達的加性貢獻率分別為29.54%和28.23%，但是，在3個環(huán)境中穩(wěn)定表達的加性貢獻率均小于10%。如何聚合和轉移包括微效基因在內(nèi)的多基因，對育種工作者提出了新的課題。

4 結論

γ-T最適遺傳模型符合MX2-Duplicate-A，即2對重疊作用主基因×加性多基因模型。其遺傳同時受到基因型、環(huán)境和上位性的影響。檢測到γ-T的2個穩(wěn)定主效QTL，Satt275—Satt038和Satt276—Satt364是共位標記區(qū)間。

致謝：海南省熱帶農(nóng)業(yè)資源開發(fā)利用研究所方宣鈞研究員和山西省農(nóng)業(yè)科學院經(jīng)濟作物研究所劉學義研究員提供了連鎖圖譜和群體材料，謹此致謝。

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Mixed Inheritance Analysis and QTL Mapping for γ-tocopherol content in Soybean

LIANG HuiZhen1,2, XU LanJie1, DONG Wei1, YU YongLiang1, YANG HongQi1, TAN ZhengWei1, LI Lei1, LIU XinMei1

(1Sesame Research Center, Henan Academy of Agricultural Sciences, Zhengzhou 450002;2Xixia Branch, Henan Academy of Agricultural Sciences, Xixia 474550, Henan)

【】Inheritance and main QTL for the content of γ-tocopherol were detected by genetic analysis and QTL mapping. The results lay a genetic foundation for the selection of soybean varieties with high γ-tocopherol content in soybean.【】The RILs were derived from a cross between Jindou23 of commercial cultivar as the female parent and Huibuzhi of farm variety from Shanxi Province as the male parent that construct genetic linkage map. The map consisting of 232 marker loci spanned a total of 2 047.6 cM in length with an average spacing of 8.8 cM between adjacent marker loci. The parent lines and the RILs were cultivated in summer at Yuanyang experimental farm of Henan Academy of Agricultural Sciences, and in winter at Sanya of Hainan province in 2011, 2012, 2015. Random block design was adopted in field experiment, and the entire planting experiment was replicated twice. 15.00 g fully filled and uniform soybean seeds from each RILs in six environments were sampled. The content of γ-tocopherol was quantitatively and qualitatively analysis by High Performance Liquid Chromatography (HPLC). The content of γ-tocopherol in soybean was analyzed by major gene plus polygene mixed inheritance model approach. QTL for the content of γ-tocopherol in soybean were detected by composite interval mapping model using WinQTLCart 2.5. 【】The results showed that the content of γ-tocopherol was controlled by two pairs of main overlapping major gene × additive polygenes using major gene plus polygene mixed inheritance analysis. According to the data of Sanya, the epistasis effect value between two major genes was 0.4010-0.5169, and the additive effect value of polygene was 0.1797-0.2146. The results of Sanya experiment showed that the heritability of major gene and polygene were 11.27%-13.05% and 82.51%-86.55%, respectively. The polygene effect was greater than that of major gene effect. The data of Yuanyang experiment showed that the epistasis effect between the two major genes was 0.9646-1.8455, and the heritability of the major genes was 39.51%-58.96%. No polygenic effect was detected. QTLs resolved by using WinQTLCart 2.5 Compound Interval Mapping (CIM) analysis. Nine QTLs for the content of γ-tocopherol were mapped on chromosomes A1(Ch.5), A2(Chr.8), C1(Chr.4), K(Chr.9), M(Chr.7) and G(Chr.18), respectively. These QTL individually explained 7.29%-29.55% of the total phenotypic variation. The QTL offlanked by Satt275 and Satt038 (0.01 cM) on chromosome 8, were detected in three environmental conditions of 2011 at Yuanyang, 2012 and 2015 at Sanya, and explained 8.97%, 8.12%, 7.91% of the phenotypic variation, respectively. The QTL offlanked by Satt276 and Satt364 (0.01 cM) on chromosomes 5, were detected in three environmental conditions of 2011 and 2015 at Yuanyang, and explained 29.54%, 28.23% of the phenotypic variation, respectively.andcan be stably expressed in different genetic backgrounds. 【】The content of γ-tocopherol was controlled by two pairs of overlapping major Gene × additive Polygenes genetic model (MX2-Duplicate-A). Its inheritance was influenced by gene, environment, and epistasis. The two stable inheritance main-effect QTL for the content of γ-tocopherol were co-localization with marker Satt275-Satt038 and Satt276-Satt364 intervals in soybean, respectively. The co-localization marker interval has certain reference value for molecular marker assisted soybean breeding.

soybean;γ-Tocopherol; genetic; major genes plus polygene; gene mapping; epistasis

10.3864/j.issn.0578-1752.2020.11.002

2019-09-26；

2019-12-03

國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系建設專項（CARS-21）、國家農(nóng)業(yè)科研杰出人才及其創(chuàng)新團隊（農(nóng)財發(fā)(2016)45號）、國家973計劃（2008CB117005）、河南省藥用植物遺傳改良創(chuàng)新型科技團隊、河南省科技攻關計劃（182102310062）、河南省重大科技專項（181100110300）、河南省農(nóng)業(yè)科學院創(chuàng)新創(chuàng)意（2020CX03）

梁慧珍，Tel：0371-65751589；E-mail：lhzh66666@163.com

（責任編輯 李莉）