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

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個重組自交系為材料，采用復合區間作圖法對三個氮素水平下大麥重組自交系千粒重進行QTL定位分析，在三個氮素環境中同時檢測到的QTLs為qTWG6-2，定位在第6染色體的標記區間E38M54-307-E45M58-676，為進一步QTL精細定位和克隆創造條件。

性狀是典型的數量性狀，受許多的基因控制，同時又受到多種內在及外在環境因子的影響。大麥的籽粒產量是各產量構成因素（單位面積穗數、穗粒數和千粒重）協同作用的結果，某一產量構成因素對大麥產量影響的主導地位不是一成不變的，不同地區、不同時期的條件差異以及品種差異會導致影響產量的主導因子的不同。由于“QTL（Quantitative Trait Loci ，QTL）與環境”互作，單一環境條件下的QTL定位研究找到的QTLs準確度較低，難以發現穩定表達的QTLs。

本文以二棱春性大麥（Hordeum vulgare L.）Prisma和Apex為親本所建立的94個重組自交系（Recombinant Inbred Lines， RILs）為材料，在三個氮素環境中對大麥重組自交系千粒重這一產量性狀進行QTL定位分析，以期獲得穩定表達的千粒重基因位點，為進一步QTL精細定位和克隆創造條件。

供試材料

供試材料為94個大麥重組自交系群體，該群體是由2個二棱春性品種Apex和Prisma為親本，對其F1代通過單粒傳法經8代自交后獲得。兩個親本在產量潛力、形態性狀上均有顯著差別。選用重組自交系為研究材料的優點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，可以多年多點重復試驗，特別適合于數量性狀基因座（Quantitative Trait Locus ，QTL）的定位研究。

試驗方法

試驗于2007-2008年在江西農業大學農學院試驗站網室內進行。供試土壤為旱地貧瘠紅壤，土壤樣品分析結果見表1。

表1 供試土壤的養分狀況

試驗采用盆栽的方法，設置三種施氮水平，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，在此后的大麥各個生育期中均不施肥。每個處理重復6次。為避免邊際效應，在每一小區周圍均設置了保護行。此外，由于各個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，產生蔭蔽作用，各品系的塑缽在網室內的擺放按植株高矮排列。

2007年10月30日將兩個親本Apex和Prisma以及94個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。

連鎖圖譜的構建

試驗采用殷新佑在荷蘭Wageningen大學構建的大麥重組自交系AFLP標記連鎖圖譜進行QTL定位，該圖譜包括190個分子標記，均勻分布于大麥的7條染色體上，覆蓋大麥基因組965cM，標記間平均距離為5.08cM，QTL定位采用Windows QTL Cartographer v2.0作圖軟件中的復合區間作圖法作圖，步移速度為2cM，所用閾值（LOD值）為2.5。若標記區間的LOD值≥2.5，則該區間最大LOD處所對應的位點有一個QTL，同時計算每個QTL的貢獻率和加性效應大小，QTL的命名原則遵循文獻。

結果與分析

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如表2所示。

由表2可以看出，在2N、1N、0N三個氮素水平下，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象。

三個氮素水平下，94個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據均為連續分布并且分布范圍廣泛，表明千粒重為多基因控制的數量性狀。它的分布頻率大致接近于正態分布，符合QTL區間作圖的要求。

對大麥重組自交系千粒重表型值進行QTL定位，在三個氮素水平下分別檢測到了不同控制千粒重表型值的QTLs，結果如表3所示。

表2 親本及大麥重組自交系千粒重的性狀表現與分布

表3 千粒重的QTL定位和效應分析結果

圖1 三個氮素水平下大麥重組自交系千粒重的頻率分布圖

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

在2N、1N、0N環境中均檢測到分別位于第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，加性效應值分別為1.3718g、1.4029g、1.3534g，貢獻率分別為8.17％、11.25％、7.17％。在2N和1N環境中均檢測到位于第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，加性效應值為-1.3441g、-1.4765g，貢獻率分別為7.95％、12.20％。

小結

QTL在不同環境里是否穩定表達是育種工作者特別關心的，是可否作為靶基因進行標記輔助選擇的重要條件之一。從定位結果來看大多QTLs在不同的環境條件下不能穩定地得到表達，如控制千粒重的qTWG6-1只在2N和1N環境中被檢測到。

數量性狀極易受環境的影響，同一性狀的QTLs除了在不同定位群體中表現不一致外，在不同環境中的表現往往也會有很大的差異。同一群體在不同發育階段和不同年份的QTLs檢測結果也會有所不同，這也反映了控制產量性狀基因的復雜性和應用分子標記輔助選擇技術改良大麥產量性狀的困難性。

張東營1劉永亮2劉桃菊3

1.山東省濰坊市科學技術情報研究所助理研究員2.山東省濰坊市科學技術情報研究所；3.江西農業大學農學院教授

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.16.007