栽培花生花期相關(guān)QTL定位

李華東，楊會(huì)，呂玉英，張秀榮，張昆，劉風(fēng)珍，萬(wàn)勇善

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/作物生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/山東省作物生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 泰安 271018)

栽培花生是異源四倍體(2n=4x=40)豆科植物，是熱帶和亞熱帶地區(qū)最重要的油料作物和經(jīng)濟(jì)作物之一[1]?；ㄉM(fèi)形式主要為優(yōu)質(zhì)食用油、食用堅(jiān)果、黃油和糖果[2,3]。此外，它還是一種營(yíng)養(yǎng)豐富、適口性好的優(yōu)良綠肥作物和家畜飼料[4]。全球116個(gè)國(guó)家和地區(qū)均種植花生，2018年種植總面積2 851×104hm2，總產(chǎn)量4 595×104t。中國(guó)是世界上最大的花生生產(chǎn)國(guó)，2018年種植面積464×104hm2，總產(chǎn)量1 739×104t，種植面積和總產(chǎn)量分別占世界總種植面積和總產(chǎn)量的16.27%和37.85%[5]。

目前，花生遺傳改良的研究方向主要集中在產(chǎn)量、品質(zhì)、抗病性以及適宜機(jī)械收獲的性狀等方面。花生花期性狀對(duì)其生育期有顯著影響，而生育期與花生產(chǎn)量和種植地域密切相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，花生花期與生育期呈正相關(guān)關(guān)系[6]，說(shuō)明揭示花生花期遺傳機(jī)理對(duì)于花生生育期和早熟性育種具有重要意義。

花期相關(guān)性狀基因定位工作在其他油料作物中已經(jīng)取得豐碩成果。目前，已經(jīng)有12個(gè)控制大豆花期的基因位點(diǎn)E1、E2、E3、E4、E5、E6、E7、E8、E9、E10、J和E11被報(bào)道，其中，E1、E2、E3、E4、E9、E10和J等位點(diǎn)的功能基因已被克隆或預(yù)測(cè)[7]。油菜花期遺傳也是研究熱點(diǎn)之一，Long等證實(shí)甘藍(lán)型油菜qFT10-4區(qū)間內(nèi)與擬南芥花期調(diào)控基因FLC同源的BnFLC10是油菜品種冬、春性分化的關(guān)鍵基因[8]。黃吉祥等利用甘藍(lán)型油菜SG-DH群體加密的遺傳連鎖圖譜，在9個(gè)環(huán)境下進(jìn)行花期QTL定位，其中7個(gè)花期QTL在3個(gè)環(huán)境下重復(fù)檢測(cè)到，其表型變異貢獻(xiàn)率為1.83%～11.92%[9]。

由于花生遺傳背景復(fù)雜，對(duì)花生花期相關(guān)性狀的研究較少，近年來(lái)花生分子標(biāo)記的開發(fā)以及遺傳連鎖圖譜的構(gòu)建，使定位與花生花期相關(guān)的QTL成為可能。Shirasawa定位到一個(gè)與花生開花期有關(guān)的QTL，該QTL位于2號(hào)連鎖群上，表型變異貢獻(xiàn)率為19.5%[10]。Fonceka等使用標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間定位法(SIM)在兩種灌溉(澆水充足和限水)條件下檢測(cè)始花期相關(guān)QTL，該QTL位于17號(hào)連鎖群，表型變異貢獻(xiàn)率為9.3%[11]。隨著多個(gè)栽培種花生基因組的公布[12,13]，依照這些參考基因組進(jìn)行相關(guān)QTL定位與相關(guān)分子標(biāo)記開發(fā)將更加準(zhǔn)確和有效。Wang等采用簡(jiǎn)化基因組測(cè)序技術(shù)，利用以四粒紅和冀農(nóng)黑3號(hào)為親本構(gòu)建的RIL群體為材料，繪制了一幅花生高密度遺傳連鎖圖譜，并利用該圖譜分別定位19個(gè)單環(huán)境始花期相關(guān)QTL和利用BULP值定位5個(gè)多環(huán)境始花期相關(guān)QTL，表型變異貢獻(xiàn)率為1.15%至21.82%[14,15]。

盡管已有研究定位出許多花期相關(guān)QTL，但調(diào)控花期及生育期的基因并未被發(fā)掘出。因此，本研究基于利用開花時(shí)間不同的品種及其RIL群體構(gòu)建的高密度遺傳連鎖圖譜[16]，在三個(gè)環(huán)境下對(duì)花期性狀進(jìn)行表型鑒定及QTL定位分析，以期定位出新的QTL位點(diǎn)，為花生生育期遺傳研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

以白沙1016與ICGV86699雜交獲得F8-10代RIL群體為材料，群體包含257個(gè)家系。白沙1016是國(guó)內(nèi)大面積推廣的早熟花生品種，ICGV86699為引自國(guó)際半干旱熱帶作物研究所(ICRISAT)的晚熟種質(zhì)材料，擁有野生種血緣[17]。

1.2 田間種植

RIL群體及其親本于2018年至2020年在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)試驗(yàn)站(泰安)種植，采用隨機(jī)排列，兩次重復(fù)。每個(gè)家系種1行，每行種植11穴，每穴播種雙粒，穴距20 cm。

1.3 花期調(diào)查與數(shù)據(jù)分析

根據(jù)每個(gè)家系開花墩數(shù)占總墩數(shù)的比例將其從播種至開花的天數(shù)記為始花期、開花期和盛花期，三個(gè)時(shí)期的開花墩數(shù)分別占該家系總墩數(shù)的10%、50%和90%。利用SPSS軟件對(duì)群體始花期、開花期與盛花期的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、最小值、最大值、偏度和峰度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

1.4 QTL定位分析

在本課題組構(gòu)建的高密度遺傳連鎖圖譜的基礎(chǔ)上[16]，結(jié)合親本及RIL群體獲得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用軟件QTL IciMapping 4.0的復(fù)合區(qū)間作圖法對(duì)花生始花期、開花期和盛花期進(jìn)行QTL定位，把三個(gè)種植年份作為三個(gè)環(huán)境因子，取LOD臨界值2.50。QTL的命名是以Q加性狀的英文縮寫加所在連鎖群命名，當(dāng)同一連鎖群上有2個(gè)或2個(gè)以上QTL時(shí)，在QTL后面加“-”和數(shù)字進(jìn)行區(qū)分。

2 結(jié)果與分析

2.1 始花期、開花期和盛花期表型分析

在三個(gè)環(huán)境下白沙1016的始花期、開花期與盛花期均顯著早于ICGV86699；群體材料的始花期、開花期與盛花期性狀均存在超親現(xiàn)象，變異系數(shù)分別為6.88%～7.13%、6.02%～7.98%、5.44%～9.41%(表1、圖1)。

表1 親本及RIL群體花期性狀相對(duì)值統(tǒng)計(jì) (d)

圖1 RIL群體花期相關(guān)性狀頻次分布

2.2 QTL定位分析

三年種植環(huán)境下，在14個(gè)連鎖群上共鑒定出43個(gè)花期相關(guān)QTL，這些QTL的LOD值為2.50～10.20，表型變異貢獻(xiàn)率為2.48%～11.04%，且加性效應(yīng)值為-0.81%～0.79%(表2)。其中，在8個(gè)連鎖群上定位到12個(gè)始花期相關(guān)QTL，QIFD-6-1、QIFD-12-2、QIFD-12-3和QIFD-17-2是兩年重復(fù)檢測(cè)到的QTL，表型變異貢獻(xiàn)率為2.48%～11.04%，主效QTLQIFD-12-2在兩個(gè)環(huán)境的表型變異貢獻(xiàn)率分別為10.08%和11.04%；在11個(gè)連鎖群上定位到16個(gè)開花期相關(guān)QTL，其中QFD-12-1和QFD-17-2為兩年重復(fù)檢測(cè)到的QTL，表型變異貢獻(xiàn)率為3.77%～7.36%；在10個(gè)連鎖群上定位到15個(gè)盛花期相關(guān)QTL，其中主效QTLQFBD-12-2為兩年重復(fù)檢測(cè)到的QTL，表型變異貢獻(xiàn)率為6.23%～9.28%。相關(guān)QTL的基因組分布見圖2。

表2 花生花期相關(guān)QTL信息

IFD為始花期，F(xiàn)D為開花期，F(xiàn)BD為盛花期。

3 討論與結(jié)論

花期與花生的生育期和產(chǎn)量密切相關(guān)，花期相關(guān)性狀是選育適宜生育期花生品種的重要指標(biāo)，但是花生復(fù)雜的遺傳背景，導(dǎo)致花生花期性狀遺傳研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于其他油料作物[7-9]。近年來(lái)隨著測(cè)序技術(shù)的快速進(jìn)步以及栽培種花生參考基因組的陸續(xù)發(fā)表[11,12,18]，已有研究報(bào)道了一些花生花期相關(guān)性狀的QTL，包括21個(gè)位點(diǎn)，分布在11個(gè)連鎖群上[10-15]。

花期是由多個(gè)基因控制的復(fù)雜的數(shù)量性狀[19]，受環(huán)境因素影響較大，所以本研究利用白沙1016和ICGV86699雜交構(gòu)建的RIL群體在三年種植環(huán)境下對(duì)始花期、開花期和盛花期三個(gè)性狀進(jìn)行QTL定位，所得位點(diǎn)可以相互驗(yàn)證，確保定位結(jié)果的真實(shí)性。結(jié)果共檢測(cè)到43個(gè)QTL，其LOD值為2.50～10.20，表型變異貢獻(xiàn)率為2.48%～11.04%，且加性效應(yīng)值為-0.81%～0.79%。在12號(hào)連鎖群115.55 Mb至118.13 Mb之間發(fā)現(xiàn)一個(gè)QTL簇，共有調(diào)控三個(gè)性狀的6個(gè)QTL定位到該區(qū)段，表型變異貢獻(xiàn)率為6.23%～11.04%，其中兩個(gè)主效QTL在兩個(gè)環(huán)境下重復(fù)檢測(cè)到，一個(gè)是調(diào)控始花期的QTL位點(diǎn)QIFD-12-2，兩個(gè)環(huán)境下的表型變異貢獻(xiàn)率為10.08%和11.04%；另一個(gè)是調(diào)控盛花期的QTL位點(diǎn)QFBD-12-2，兩個(gè)環(huán)境下的表型變異貢獻(xiàn)率為6.23%和9.28%。本研究結(jié)果可為花生花期及生育期遺傳研究和適宜生育期花生品種選育提供參考。