一個甜瓜短側(cè)蔓突變體的遺傳及相關(guān)分析

楊森要，高路銀，王艷玲，夏雙華，楊路明，朱華玉，胡建斌

（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院 鄭州 450002）

一個甜瓜短側(cè)蔓突變體的遺傳及相關(guān)分析

楊森要，高路銀，王艷玲，夏雙華，楊路明，朱華玉，胡建斌

（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院 鄭州 450002）

從西亞甜瓜種質(zhì)‘PI351131’中發(fā)現(xiàn)一個短側(cè)蔓突變單株‘D581-1’，對該突變性狀進行遺傳分析和相關(guān)分析。結(jié)果表明，‘D581-1’的側(cè)蔓總長和側(cè)蔓均長分別為‘H465’的13.40%和17.10%，該性狀表現(xiàn)穩(wěn)定，不受季節(jié)影響。對‘D581-1’（母本）與普通長側(cè)蔓種質(zhì)‘H465’（父本）雜交的F1和F2代進行遺傳分析表明，F(xiàn)1的性狀明顯偏向‘H465’，側(cè)蔓總長和側(cè)蔓均長在F2群體中均呈雙峰偏正態(tài)分布，說明短側(cè)蔓性狀受單個主效基因的調(diào)控，傾向隱性單基因遺傳。相關(guān)分析顯示，該性狀與株高呈中等相關(guān)，與果實鮮質(zhì)量的相關(guān)性較強。

甜瓜；短側(cè)蔓；突變體；遺傳分析；相關(guān)分析

甜瓜分枝能力極強，其側(cè)蔓在整個生育期可持續(xù)生長[1]。在栽培上通常以人工整枝的方式來控制側(cè)蔓生長，使?fàn)I養(yǎng)集中供應(yīng)雌花發(fā)育，促使側(cè)蔓早開花、多結(jié)瓜，以達到早熟、豐產(chǎn)的目的。隨著日光溫室等園藝設(shè)施的推廣普及，甜瓜設(shè)施栽培面積越來越大[2]，設(shè)施栽培環(huán)境要求的株間通風(fēng)透光對側(cè)蔓的管理提出了更高的要求[3]。因此，培育和推廣短側(cè)蔓的甜瓜品種可減少甚至省去栽培管理過程中的整枝工作，提高栽培密度，是當(dāng)前簡約化栽培的重要途徑。然而，目前有關(guān)甜瓜短側(cè)蔓性狀的報道甚少，在實際育種中還缺乏具有該性狀的資源。筆者所在課題組對大量甜瓜種質(zhì)資源進行了多年的田間考察，從西亞甜瓜種質(zhì)‘PI351131’中發(fā)現(xiàn)了一個短側(cè)蔓突變單株，分析短側(cè)蔓性狀的遺傳規(guī)律及其性狀相關(guān)性，旨在為甜瓜短側(cè)蔓性狀基因發(fā)掘及株型改良提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為短側(cè)蔓材料‘D581-1’、普通長蔓材料‘Cantaloupe chaudo’（‘H465’）（圖1）及其F1（♀‘D581-1’×♂‘H465’）、F2群體。其中‘H465’由國家西瓜甜瓜中期庫（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹研究所）提供，‘D581-1’及 F1、F2群體由河南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院西甜瓜課題組提供。

1.2 田間試驗

圖 1 定植后 45 d的‘D581-1’（左）和‘H465’（右）

田間試驗于2016年春、秋兩季于河南農(nóng)業(yè)大學(xué)毛莊科教園區(qū)進行。分別于3月2日和7月18日在日光溫室和遮陽棚中播種、育苗，‘D581-1’‘H465’和F1各30株左右，F(xiàn)2群體約200株。春秋兩季苗齡分別32、18 d，于塑料大棚中定植，株行距40 cm×50 cm，一壟雙行定植，親本及其F1各設(shè)置2次重復(fù)，每個重復(fù)14～16株。植株在10節(jié)以上不進行整枝，每株留1～2個瓜，水肥常規(guī)管理。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

參照Fukino等[4]方法，所有材料定植后45 d調(diào)查側(cè)蔓總長、側(cè)蔓均長、株高、莖粗和節(jié)間長。其中，側(cè)蔓總長為第11節(jié)及以上各側(cè)蔓長度的總和，側(cè)蔓均長為第11節(jié)至25節(jié)側(cè)蔓的平均長度；株高為子葉以上主蔓長度；莖粗為11節(jié)至25節(jié)主蔓直徑，每節(jié)測定1次，取平均值；節(jié)間長為第11至第25節(jié)主蔓節(jié)間的平均長度。在果實成熟期測量果實長度、果實寬度和果實鮮質(zhì)量。所有性狀都進行單株測量，長度用直尺測量，莖粗用游標(biāo)卡尺測量，果實鮮質(zhì)量用電子秤(ACS-30)測量。采用DPS 7.05軟件統(tǒng)計各性狀的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，并進行生物學(xué)統(tǒng)計和相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 側(cè)蔓及相關(guān)性狀的表型分析

與普通甜瓜植株相比，短側(cè)蔓突變單株‘D581-1’植株矮小、株型緊湊，側(cè)蔓發(fā)育緩慢，其長度明顯變短，但葉片、花器官、果實等均發(fā)育正常，能夠正常受精和坐果(圖2)，產(chǎn)生可育后代。

圖2 授粉20 d后‘D581-1’的果實

表1 親本和F1側(cè)蔓及相關(guān)性狀在春秋兩季的表現(xiàn)

由表1可知，無論是春季還是秋季，‘D581-1’側(cè)蔓總長和側(cè)蔓均長都顯著低于‘H465’，分別約為‘H465’的13.40%和17.10%，F(xiàn)1則處于二者之間，但明顯偏向長蔓親本‘H465’，說明短側(cè)蔓可能是隱性性狀；‘D581-1’比‘H465’植株矮(下降約 50%)、節(jié)間短，但主蔓略粗，春季F1的株高、莖粗和節(jié)間長基本居中，但秋季指標(biāo)偏向親本‘H465’，說明這3個性狀容易受到環(huán)境因素影響；‘D581-1’的果實明顯小于‘H465’，其果實長度、果實寬度和果實鮮質(zhì)量顯著低于‘H465’，F(xiàn)1的果實性狀明顯偏向‘H465’，且果實形狀也基本與親本‘H465’相同，春秋兩季表現(xiàn)一致。

對同一親本各性狀在不同季節(jié)進行差異顯著性分析，結(jié)果表明，親本‘D581-1’的春季側(cè)蔓比秋季稍短，但差異不顯著；春季節(jié)間長顯著低于秋季，株高和莖粗差異不顯著；春季果實長度、果實寬度和果實鮮質(zhì)量高于秋季，但差異不顯著。親本‘H465’的春季側(cè)蔓比秋季稍短，但差異不顯著，株高、莖粗和節(jié)間長春、秋兩季基本相同，春季果實要大于秋季(果實長度、果實寬度和果實鮮質(zhì)量)。

2.2 側(cè)蔓及相關(guān)性狀在F2群體中的變異分析

對側(cè)蔓總長、側(cè)蔓均長、株高和果實鮮質(zhì)量在F2群體中的變異進行統(tǒng)計，結(jié)果見圖3。所有性狀在F2群體中出現(xiàn)了連續(xù)變異，且超出2個親本的范圍，說明它們屬于數(shù)量性狀。其中，側(cè)蔓總長和側(cè)蔓均長頻率均屬于雙峰分布，一個峰出現(xiàn)在短側(cè)蔓親本‘D581-1’附近，另一個在長側(cè)蔓親本‘H465’附近，且‘H465’附近植株數(shù)要明顯多于‘D581-1’附近植株數(shù)，說明短側(cè)蔓性狀受到單個主效基因的控制，且長側(cè)蔓對短側(cè)蔓為顯性。‘H465’附近植株數(shù)與‘D581-1’附近植株數(shù)的比例比大致符合3∶1遺傳規(guī)律。

圖3 側(cè)蔓總長（A）、側(cè)蔓均長（B）、株高（C）和果實鮮質(zhì)量（D）頻率在F2群體中的分布

株高和果實鮮質(zhì)量在F2群體中的頻率表現(xiàn)為典型的正態(tài)分布，屬于數(shù)量性狀，其遺傳基礎(chǔ)受到多個基因的影響。此外，莖粗、節(jié)間長、果實長度和果實寬度4個性狀在F2群體中也表現(xiàn)出連續(xù)變異，其頻率也服從正態(tài)分布(圖略)。

2.3 側(cè)蔓及相關(guān)性狀在季節(jié)內(nèi)的相關(guān)性分析

由表2可知，在同一季節(jié)，側(cè)蔓總長與側(cè)蔓均長之間的相關(guān)性最強(春季r=0.92，秋季r=0.95)，且均達到顯著水平，說明這2個指標(biāo)均可以衡量甜瓜側(cè)蔓長度。側(cè)蔓總長、側(cè)蔓均長與果實鮮質(zhì)量存在較強的相關(guān)性(r＞0.6；P＜0.05)，與株高、節(jié)間長、果實長度的之間存在中等相關(guān)性(r介于0.29和0.5之間)，與莖粗、果實寬度的相關(guān)性較低(r介于-0.24和0.29之間)，春、秋兩季表現(xiàn)相似。

表2 側(cè)蔓及相關(guān)性狀的相關(guān)分析

3 討論與結(jié)論

側(cè)蔓長度是甜瓜植株株型的重要指標(biāo)之一。合理的株型可以增加植株受光面積、改善植株通風(fēng)性、合理分配光合營養(yǎng)物質(zhì)、提高植株種植密度，對于提高果實的品質(zhì)和產(chǎn)量、降低生產(chǎn)成本具有重要意義[5]。因此，株型改良已經(jīng)成為葫蘆科作物育種發(fā)展的一個新方向。

葫蘆科作物株型遺傳研究主要涉及到矮生[6-7]、短蔓[8-9]、自封頂[10-11]、無卷須[12]等性狀的遺傳分析及基因定位，側(cè)蔓長度的研究主要集中在黃瓜上。蔣蘇等[13-14]發(fā)現(xiàn)黃瓜無側(cè)枝品系‘S61’由單隱性基因nlb控制，該品系與有側(cè)枝品系‘S06’雜交后代的分離符合孟德爾遺傳定律，并利用‘S94’(弱側(cè)枝)בS06’(強側(cè)枝)衍生的重組自交系檢測到控制黃瓜4個側(cè)枝性狀(側(cè)枝均長、側(cè)枝總長、側(cè)枝數(shù)目和第一側(cè)枝節(jié)位)的36個QTL，主要分布在第1、2連鎖群上(分別對應(yīng)第1、7染色體)。最近，張微微等[15]對相同的作圖群體進行表型鑒定和SSR標(biāo)記加密，共檢測到45個側(cè)枝性狀QTL，分布在黃瓜全部7條染色體上。不同研究者針對黃瓜同一作圖群體的側(cè)枝性狀QTL定位結(jié)果差異較大，說明黃瓜側(cè)枝性狀容易受到環(huán)境因素的影響。甜瓜短側(cè)蔓性狀的研究報道甚少。Ohara等[16]報道了存在于甜瓜品種‘Nou-4’中一個控制短側(cè)蔓的基因slb，該基因為隱性或不完全顯性，其表達容易受到高溫、強光等環(huán)境因素的影響。隨后，F(xiàn)ukino等[14]通過對‘Nou-4’(短側(cè)枝)בHarukei-3’(長側(cè)枝)的 F2群體進行 QTL分析，發(fā)現(xiàn)了2個與甜瓜側(cè)枝相關(guān)的QTL，其中一個位于第11染色體(表型解釋率50.9%)，可能是slb基因的候選區(qū)域，另一個位于第3染色體(表型解釋率9.9%)，為slb基因的精細定位與圖位克隆奠定了基礎(chǔ)。

筆者所報道的‘D581-1’是從西亞甜瓜種質(zhì)‘PI351131’中發(fā)現(xiàn)的短側(cè)蔓變異材料，經(jīng)過多年的田間觀察，該性狀表現(xiàn)穩(wěn)定，不易受到環(huán)境條件的影響，這與前人在甜瓜、黃瓜中報道的短側(cè)蔓(枝)基因的表現(xiàn)不同，為甜瓜短側(cè)蔓基因圖位克隆提供了便利。通過對親本、F1和F2群體的遺傳分析發(fā)現(xiàn)，該性狀受到一個主效基因的調(diào)控，符合隱性遺傳的特點，在不同的遺傳背景[‘D581-1’בHNA02’(黃河蜜)]下也表現(xiàn)相似(數(shù)據(jù)略)。相關(guān)性分析表明，甜瓜側(cè)蔓長度與株高、莖粗相關(guān)性弱，與果實鮮質(zhì)量顯著相關(guān)，春、秋兩季表現(xiàn)相似，因此，短側(cè)蔓基因可能與控制株高的基因獨立或連鎖不緊密，但與果實發(fā)育基因存在一定的相關(guān)性。從其他葫蘆科植物的研究報道來看，短側(cè)蔓(枝)性狀往往伴隨植株矮化、節(jié)間變短、葉面積和果實變小[6-7]，其調(diào)控基因可能通過影響植株光合作用來控制側(cè)蔓發(fā)育。在本研究中，通過對F2群體的觀察，短側(cè)蔓性狀僅與果實質(zhì)量相關(guān)，而與株高、節(jié)間長、葉面積和花器官大小的相關(guān)性不大，該短側(cè)蔓性狀基因可能通過影響側(cè)蔓的發(fā)育來影響側(cè)蔓上果實的生長。因此，‘D581-1’的短側(cè)蔓性狀可能受控于不同的slb基因，在甜瓜株型及果型改良中有特殊應(yīng)用價值。

[1]ZALAPA J E，STAUB J E，MCCREIGHT J D．Generation means analysis of plant architectural traits and fruit yield in melon[J]．Plant Breeding，2006，125（5）：482-487．

[2]馬躍．我國甜瓜設(shè)施栽培生產(chǎn)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J]．中國西瓜甜瓜，2001，14（2）：38-40．

[3]薛玉霞．甜瓜優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)整枝技術(shù)[J]．中國瓜菜，2013，26（2）：70.

[4]FUKINO N，OHARA T，SUGIYAMA M，et al．Mapping of a gene that confers short lateral branching（slb）in melon（Cucumis melo L.）[J]．Euphytica，2012，187（1）：133-143．

[5]DONALD C M．The breeding of crop ideotypes[J]．Euphytica，1968，17：385-403．

[6]李玉紅，WENG Y．黃瓜矮生基因（cp）的遺傳分析和精細定位[J]．園藝學(xué)報，2011，38（S）：2589．

[7]李國申，許愛嬌，董薇，等．西瓜矮化小果突變體的遺傳研究[J].園藝學(xué)報，2016，43（3）：571-577．

[8]王建設(shè)，張立杰，唐曉偉，等．甜瓜短蔓性狀的遺傳分析[J]．華北農(nóng)學(xué)報，2003，18（4）：58-60．

[9]HWANG J，OH J，KIM Z，et al．Fine genetic mapping of a locus controlling short internode length in melon（Cucumis melo L ．）[J]．Molecular Breeding，2014，34（3）：949-961．

[10]DENNA D．Expression of determinate habit in cucumbers[J]．Journal of the American Society for Horticultural Science，1971，96：277-279．

[11]NYEON K S．Inheritance of determinate growth habit in Cucurbita moschata Poir[J]．Horticulture Environment and Biotechnology，1995，36（6）：780-784．

[12]MIZUNO S，SONODA M，TAMURA Y，et al．Chiba Tendril-Less locus determines tendril organ identity in melon（Cucumis melo L.）and potentially encodes a tendril-specific TCP homolog[J]．Journal of Plant Research，2015，128（6）：941-951．

[13]蔣蘇．黃瓜側(cè)枝相關(guān)性狀的QTL定位分析和nlb基因的初步定位[D]．上海：上海交通大學(xué)，2009．

[14]蔣蘇，袁曉君，潘俊松，等．利用重組自交系群體對黃瓜側(cè)枝相關(guān)性狀進行 QTL 定位分析[J]．中國科學(xué)：C 輯，2008，38（10）：982-990．

[15] 張微微，潘俊松，蔣蘇，等．黃瓜RIL群體側(cè)枝相關(guān)性狀QTL定位[J]．江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報，2017，33（1）：174-180．

[16]OHARA T，WAKO T，KOJIMA A，et al．Breeding of suppressed-branching melon line‘Melon chukanbohon nou 4’（‘Melon parental line 4’）and its characteristics[J]．Acta Horticulturae，2002（588）：227-231．

Genetic analysis and correlation analysis of a novel short-lateralbranching mutant in melon

YANG Senyao,GAO Luyin,WANG Yanling,XIA Shuanghua,YANG Luming,ZHU Huayu,HU Jianbin
(College of Horticulture，Henan Agricultural University，Zhengzhou 450002，Henan，China)

A novel short-lateral-branching mutant was selected from the west Asian melon PI169329 and used for genetic analysis and correlation analysis of the mutant trait,short lateral branching.The result showed that the total length(TLL)and mean length(MLL)of lateral branches of‘D581-1’were about 13.40%and 17.10%of the common melon germplasm,respectively,and had a stable phenotype during the consecutive seasons.Genetic analysis of F1and F2generations of‘D581-1’(female)crossed with the long-lateral-branching germplasm‘H465’(male)showed that all the F1individuals revealed a tendency to‘H465’,and TLL and MLL exhibited a skewed normal distribution with double peaks.These findings inferred that the short-lateral-branchingtraitwascontrolledbyamajorgeneandtendedtoinheritasasinglenucleargene.Correlation analysis of the mutant trait in F2population demonstrated a moderate correlation with the plant height and a high correlation withfruitfreshweight.

Melon;Short lateral branching;Mutant;Genetic analysis;Correlation analysis

2017-08-04；

2017-10-04

國家自然科學(xué)基金項目（31101544）

楊森要，男，在讀碩士研究生，研究方向為西甜瓜遺傳育種。E-mail：YsY147a@163.com

胡建斌，男，教授，研究方向為西甜瓜遺傳育種。E-mail：jianbinhu@henau.edu.cn