胡蘿卜回交漸滲系表型遺傳變異研究

孫婷婷曹文姬歐承剛劉 波趙志偉莊飛云*

（1農業部園藝作物生物學與種質創制重點實驗室，中國農業科學院蔬菜花卉研究所，北京 100081；2甘肅省酒泉市種子管理站，甘肅酒泉735000）

胡蘿卜回交漸滲系表型遺傳變異研究

孫婷婷1曹文姬2歐承剛1劉 波1趙志偉1莊飛云1*

（1農業部園藝作物生物學與種質創制重點實驗室，中國農業科學院蔬菜花卉研究所，北京 100081；2甘肅省酒泉市種子管理站，甘肅酒泉735000）

以野生胡蘿卜品種松滋野生（Ws）和歐洲橘色栽培品種Amsterdam（Af）為親本構建的223個回交漸滲系為試材，深入分析Ws染色體片段在回交漸滲系后代中的遺傳表現。通過兩年對12個農藝性狀的調查，結果表明，葉片質量、根質 量、根肩寬、根中寬、根尖寬、綠肩、干物質含量、單株質量、葉片質量/根質量、根中寬/根長在兩年間呈極顯著差異，2014年和2015年前4個主成分累積貢獻率分別達到80.36%和83.28%。相關性分析結果表明，根質量和單株質量均與其他性狀呈極顯著或顯著相關；而干物質含量除了與葉片質量/根質量呈極顯著正相關外，與根質量、根肩寬、根中寬、根尖寬、單株質量、根中寬/根長均呈極顯著或顯著負相關。基因型分析與聚類結果表明Ws染色體被隨機導入了Af中。

胡蘿卜；回交漸滲系；表型遺傳

目前關于胡蘿卜遺傳圖譜構建及農藝性狀的遺傳定位主要采用F2群體，大多圍繞根色、類胡蘿卜素合成（Just et al.，2007；歐承剛 等，2010）、雄性不育（Alessandro et al.，2013）、花青素（Yildiz et al.，2013）等進行研究，而關于肉質根的遺傳研究非常薄弱。Nie等（2015）利用54個棉花回交漸滲系（backcrossing introgression lines，BILs）定位了58個與纖維性狀、田間農藝性狀相關的位點。Thomson等（2003）利用水稻野生種與栽培種構建的漸滲系將與馴化過程相關的株高、分蘗型、芒長性狀定位到了1號和4號染色體上。本試驗以胡蘿卜野生種松滋野生（Ws）為供體，以歐洲橘色栽培品種Amsterdam（Af）為受體構建了一套BILs，初步對胡蘿卜葉和根相關農藝性狀遺傳變異進行調查，以期為胡蘿卜農藝性狀的遺傳定位研究提供重要數據。

1 材料與方法

1.1試驗材料

以白色木質化的胡蘿卜野生種松滋野生（Ws）和歐洲橘色栽培品種Amsterdam（Af）為親本進行雜交，并以Af為輪回親本，連續回交2代獲得BC2，再單株自交6代得到回交漸滲系（BC2S6），群體大小為223個株系，分別于2014年和2015年的8月上旬在中國農業科學院蔬菜花卉研究所南口農場進行露地播種，每個株系種植80～130株，常規管理。同年10月初，每個株系隨機選取5株鮮葉，液氮速凍，置于-80℃超低溫冰箱中貯存待用。

1.2田間農藝性狀調查及數據分析

2014年和2015年分別于播種后110 d，每個BILs株系隨機選取3～5株，3次重復。測量最大葉長、葉片質量、根長、根質量、根肩寬、根中寬、根尖寬、綠肩、干物質含量、單株質量，并計算葉片質量/根質量、根中寬/根長，具體測定標準參照胡蘿卜種質資源描述規范和數據標準（莊飛云和朱德蔚，2007）。利用SPSS 19.0軟件計算數據平均值、標準誤，采用D檢驗方法檢測正態分布，采用ANOVA軟件的Duncan法對各性狀進行方差分析，采用雙側檢驗法分析各農藝性狀間的相關性，采用因子分析法進行主成分分析，參照馬振國等（2015）的方法計算農藝性狀多樣性指數（H’）。

1.3回交漸滲系與親本間的親緣關系分析

在經典車的大范疇里，沃爾沃是個絕不能被忽視的汽車品牌。和二戰后的法拉利經典車習慣用拍賣市場的成交價彰顯身份不同，沃爾沃經典車的粉絲們總習慣用沃爾沃救自己的次數或者難以被超越的總行駛里程數來告訴周遭的人們，他們究竟有多愛自己的沃爾沃。

從223份BILs中隨機選取110份材料，以及親本Ws和Af，參照Briard等（2000）的CTAB法提取DNA，由北京百邁客生物科技公司在Illumina HiSeq 2500平臺上進行基因組重測序。親本Af共得到5.6 Gbp的clean堿基，平均深度7.0×；親本Ws共得到5.6 Gbp的clean堿基，平均深度7.0×；110個子代總數據量為77.51 Gbp，平均深度1.5×，Q30＞85%。參照胡蘿卜基因組數據（Xu et al.，2014），采用BWA軟件進行序列比對，并采用GATK（Genome Analysis Toolkit）軟件檢測SNP。選取1 976個具有多態性的SNP標記，根據標記分型計算親本分型占群體基因分型的覆蓋率。利用PowerMarker v3.25軟件（Liu & Muse，2005）的UPGMA方法進行聚類，采用MEGA5軟件（Tamura et al.，2011）顯示結果。

2 結果與分析

2.1胡蘿卜BILs 12個主要農藝性狀的表型分析

從圖1和表1可以看出，最大葉長、根長、根質量、根肩寬、單株質量、根中寬/根長在兩年間均符合正態分布。除最大葉長與根長外，葉片質量、根質量、根肩寬、根中寬、根尖寬、干物質含量、綠肩、單株質量、葉片質量/根質量、根中寬/根長在兩年間呈極顯著差異水平，其中葉片質量、根質量和單株質量2015年最大值分別為2014年的2.2、1.8和1.9倍。除綠肩、干物質含量、葉片質量/根質量外，其他性狀的多樣性指數在兩年間基本一致。

2.2胡蘿卜BILs 12個主要農藝性狀的主成分分析

從表2可以看出，2014年和2015年12個性狀的前4個主成分累積貢獻率分別達到80.36%和83.28%，其中根質量、根肩寬、根中寬、單株質量均在第1主成分中。

2.3胡蘿卜BILs 12個主要農藝性狀的相關性分析

從表3可以看出，各性狀之間的相關性很強，其中根質量和單株質量在兩年間與干物質含量、葉片質量/根質量均呈極顯著或顯著負相關，而與其他性狀均呈極顯著或顯著正相關。根肩寬、根中寬、根尖寬在兩年間均呈極顯著正相關，并且根肩寬和根中寬之間的相關系數明顯高于根肩寬和根尖寬之間的相關系數，說明胡蘿卜肉質根的根肩部和中部的膨大同步性較強。干物質含量兩年間除了與葉片質量/根質量呈極顯著正相關外，與根質量、根肩寬、根中寬、根尖寬、單株質量、根中寬/根長均呈極顯著或顯著負相關，說明肉質根膨大速度越快，干物質含量積累越低。

表1胡蘿卜BILs群體12個主要農藝性狀遺傳變異和方差分析

圖1胡蘿卜BILs群體12個主要農藝性狀頻次分布與正態分布

2.4胡蘿卜BILs 12個主要農藝性狀的親緣關系分析

從圖2可以看出，110個BILs株系中，親本Af基因型覆蓋率為60.93%～98.56%，均值為88.18%；Ws基因型覆蓋率為1.38%～38.34%，均值為11.34%；雜合型覆蓋率為0～1.95%，均值為0.48%。說明親本分型在群體株系間所占的基因型覆蓋率存在明顯差異。從圖3可以看出，供體野生種Ws位于群體最外圍，受體栽培種Af位于最內側，BILs之間呈梯度型聚類分布，說明Ws染色體通過多代回交和自交被隨機導入了Af中。與野生種Ws親緣關系最近的為E5401、E5506、E5003、E52015 4個株系，并且這4個BILs株系的根形根色存在較大差異，其中E5401為橘色錐形，E5506和E5003為黃色錐形，E52015則為黃色柱錐形。與栽培種Af親緣關系最近的為E2903，根色根形與Af相似。

表2胡蘿卜BILs群體12個主要農藝性狀的主成分分析

表3胡蘿卜BILs群體12個主要農藝性狀的相關性分析

圖2胡蘿卜BILs群體親本與110個株系基因型分析

圖3胡蘿卜BILs群體的UPGMA聚類分析

3 結論與討論

將野生種染色體片段導入到栽培種中培育漸滲系，可在單一遺傳背景下進行基因定位和挖掘。水稻野生種O. ruf i pogon與栽培種Jefferson通過2次回交構建258個漸滲系，將與水稻馴化過程直接相關的株高、分蘗型、芒長性狀定位到了1號和4號染色體上（Thomson et al.，2003）。邱樹亮等（2011）以鮮食栽培番茄1052和野生潘那利番茄LA0716為材料，通過1次雜交、5次回交、5次苗期分子標記輔助選擇構建的潘那利番茄漸滲系群體，將6個果實差異性狀定位到植株共同含有的染色體區段上，大大提高了定位的準確度。本試驗通過對兩年223個胡蘿卜BILs的12個性狀方差分析表明，葉片質量、根質量、根肩寬、根中寬、根尖寬、綠肩、干物質含量、單株質量、葉片質量/根質量、根中寬/根長在兩年間呈極顯著差異，受環境影響較大。主成分分析表明，2014年和2015年的前4個主成分累積貢獻率分別達到80.36%和83.28%，其中兩年第1主成分中均包含根質量、根肩寬、根中寬、單株質量等4個根部性狀。最大葉長、根長、根中寬多樣性指數在兩年間基本一致，介于1.77～1.79間，略低于我國地方資源多樣性指數（馬振國 等，2015），表明本試驗的漸滲系群體變異較大，部分性狀的變異系數達到30%以上。相關性分析表明，胡蘿卜干物質含量與根質量、根肩寬、根中寬、根尖寬、單株質量、根中寬/根長均呈極顯著或顯著負相關，說明肉質根膨大速度越快，干物質含量積累越低。Hole等（1984）的研究也表明胡蘿卜干物質積累量隨肉質根膨大而增多，但干物質含量隨肉質根膨大期間水分的增加而減少。基因型分析與聚類結果表明，胡蘿卜親本分型在群體株系間所占的基因型覆蓋率存在明顯差異，Ws染色體被隨機導入了Af中，與Rong等（2014）得出的胡蘿卜栽培種遺傳多樣性與馴化過程中野生片段導入有關觀點一致。下一步將針對胡蘿卜BILs群體性狀的遺傳特點，利用BILs群體進行肉質根相關性狀的QTL定位。

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Studies on Phenotypic Genetic Variation of Carrot Backcrossing Introgression Line

SUN Ting-ting1，CAO Wen-ji2，OU Cheng-gang1，LIU Bo1，ZHAO Zhi-wei1，ZHUANG Fei-yun1*

（1InstituteofVegetablesandFlowers，ChineseAcademyofAgriculturalSciences，Beijing100081，China；2JiuquanCitySeedManagementStationofGansuProvince，Jiuquan735000，Gansu，China）

Taking 223 backcrossing introgression lines（BILs）developed from crossing wild species ‘Songzi’（Ws）and European orange cultivar ‘Amsterdam’（Af）as experimental material，this paper analyzed thoroughly the genetic expression of Ws chromosome fragments in progeny. Through 2 years investigation on 12 agronomic characteristics，we got the results showing that there were significant differences in leaf weight，root weight，root shoulder width，root middle width，root tip width，green shoulder，dry matter content，single plant weight，leaf weight/root weight，and root middle width/root length during these 2 years，and the top 4 principal components could reach 80.36% and 83.28%，respectively. Correlation analysis showed that there were extremely significant or significant correlation between root weight，single plant weight with the other traits，while there were extremely significant or significant negative correlation between dry matter content with root weight，root shoulder width，root middle width，root tip width，single plant weight，and root middle width/root length，and there were extremely significant positive correlation between dry matter content with leaf weight/root weight. The genotyping and cluster analysis indicated that Ws chromosome fragments were randomly introgressed into Af.

Carrot；Backcrossing introgression line；Phenotypic genetic

孫婷婷，女，碩士研究生，專業方向：蔬菜遺傳育種，E-mail：453432783@qq.com

*通訊作者（Corresponding author）：莊飛云，男，博士，副研究員，碩士生導師，專業方向：蔬菜遺傳育種，E-mail：zhuangfeiyun@caas.cn

2016-12-08；接受日期：2017-03-08

國家科技支撐計劃項目（2013BAD01B04），國家自然科學基金項目（31272162），中國農業科學院創新工程項目