紫甘薯SSR標(biāo)記遺傳圖譜構(gòu)建與重要農(nóng)藝性狀QTL定位

馬 猛 閆 會(huì) 高閏飛 后 猛 唐 維 王 欣 張?jiān)蕜?李 強(qiáng)

紫甘薯SSR標(biāo)記遺傳圖譜構(gòu)建與重要農(nóng)藝性狀QTL定位

馬 猛 閆 會(huì) 高閏飛 后 猛 唐 維 王 欣 張?jiān)蕜?李 強(qiáng)*

中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘薯研究所/ 江蘇徐淮地區(qū)徐州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所/ 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部甘薯生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 江蘇徐州 221131

理想農(nóng)藝性狀是甘薯育種的重要目標(biāo), 而選擇甘薯理想農(nóng)藝性狀的育種手段還很缺乏。本研究以分枝數(shù)多、蔓長(zhǎng)中等、高產(chǎn)紫肉甘薯品種徐紫薯8號(hào)為母本, 分枝數(shù)少、長(zhǎng)蔓、中等產(chǎn)量白肉甘薯品種美國(guó)紅為父本, 以F1代分離群體的274個(gè)單株為作圖群體, 利用SSR分子標(biāo)記技術(shù), 構(gòu)建了甘薯分子連鎖圖譜, 能夠加密已有的遺傳圖譜。其中母本圖譜包含24個(gè)連鎖群(linkage groups, LGs), 圖譜總長(zhǎng)1325.8 cM, 標(biāo)記間平均距離9.2 cM; 父本圖譜包含21個(gè)LGs, 圖譜總長(zhǎng)1088.6 cM, 標(biāo)記間平均距離8.2 cM。通過(guò)復(fù)合區(qū)間作圖法對(duì)甘薯地上部分枝數(shù)、莖蔓直徑、最長(zhǎng)蔓長(zhǎng)、葉柄長(zhǎng)度和節(jié)間長(zhǎng)度5個(gè)重要農(nóng)藝性狀進(jìn)行QTL分析, 檢測(cè)到1個(gè)與分枝數(shù)相關(guān)的QTL, 解釋表型變異的53.2%; 1個(gè)與莖蔓直徑相關(guān)的QTL, 解釋表型變異的16.7%; 2個(gè)與最長(zhǎng)蔓長(zhǎng)相關(guān)的QTL, 解釋表型變異的9.5%和13.7%; 2個(gè)與葉柄長(zhǎng)度相關(guān)定位的重要農(nóng)藝性狀QTL, 可以開發(fā)與其連鎖的分子標(biāo)記, 輔助室內(nèi)早代苗期篩選具有理想農(nóng)藝性狀的株系, 從而提高田間選擇效率的QTL, 解釋表型變異的8.8%和11.3%; 5個(gè)與節(jié)間長(zhǎng)度相關(guān)的QTL, 解釋表型變異的9.6%～28.1%。利用定位的重要農(nóng)藝性狀QTL，可以開發(fā)與其連鎖的分子標(biāo)記，輔助室內(nèi)早代苗期篩選具有理想農(nóng)藝性狀的株系，從而提高田間選擇效率。。

甘薯; 分枝數(shù); 莖蔓直徑; 最長(zhǎng)蔓長(zhǎng); 葉柄長(zhǎng)度; 節(jié)間長(zhǎng)度; QTL

甘薯[(L.) Lam.]是一種用途廣泛的六倍體作物, 可作為糧食、飼料、工業(yè)原料及新型能源使用, 在我國(guó)占據(jù)重要的產(chǎn)業(yè)地位[1]。甘薯地下部塊根產(chǎn)量及品質(zhì)性狀與地上部的生長(zhǎng)有密切關(guān)系, 既相互促進(jìn)又相互制約[2]。有研究表明, 甘薯莖越粗, 蔓長(zhǎng)越短, 越有利于甘薯干物質(zhì)積累[3]; 基部分枝數(shù)和最長(zhǎng)蔓長(zhǎng)可作為高產(chǎn)品種選育的重要參考。在甘薯育種過(guò)程中, 品種基部分枝數(shù)較多、莖直徑較粗, 往往蔓長(zhǎng)相對(duì)較短, 既有利于甘薯田間管理及收獲, 又有利于提高薯塊產(chǎn)量。而葉柄的長(zhǎng)短對(duì)于甘薯長(zhǎng)勢(shì)及產(chǎn)量也有巨大影響, 葉柄較長(zhǎng)會(huì)減少葉片疊加, 能夠保持良好的葉面積和葉層結(jié)構(gòu), 以及提高葉片的光能利用率。因此, 加大對(duì)甘薯重要農(nóng)藝性狀的研究, 揭示甘薯重要性狀遺傳規(guī)律, 對(duì)于加快甘薯品種選育, 具有重要意義。

甘薯很多重要的農(nóng)藝性狀如分枝數(shù)、最長(zhǎng)蔓長(zhǎng)等都是多基因控制的數(shù)量性狀, 其表現(xiàn)型是基因型與環(huán)境共同作用的結(jié)果[4]。隨著分子生物學(xué)的發(fā)展, 以分子標(biāo)記技術(shù)為基礎(chǔ), 通過(guò)構(gòu)建甘薯分子連鎖圖譜, 進(jìn)而定位相關(guān)性狀的數(shù)量性狀位點(diǎn)(quantitative trait loci, QTL), 是目前甘薯分子育種的重要方向[5]。近年來(lái), 甘薯QTL定位的研究主要集中在淀粉含量、干物質(zhì)含量及β-胡蘿卜素含量等品質(zhì)性狀。唐道彬等[6]在萬(wàn)薯5號(hào)遺傳圖譜上定位到3個(gè)QTL, 在商丘52-7遺傳圖譜上定位到14個(gè)QTL, 17個(gè)QTL共解釋淀粉含量8.4%～ 40.5%的表型變異率; Zhao等[7]在徐薯18和徐781圖譜上共定位到27個(gè)與干物質(zhì)含量相關(guān)的QTL, 可解釋表型變異的9.0%～45.1%; 李愛(ài)賢等[8]在漯徐薯8號(hào)和鄭薯20圖譜上定位到10個(gè)和7個(gè)與β-胡蘿卜素含量相關(guān)的QTL, 可解釋表型變異的33.1%～62.1%。鮮薯產(chǎn)量性狀[9-10]以及抗性性狀[11-13]的遺傳圖譜構(gòu)建及QTL定位也有一些報(bào)道。但目前針對(duì)甘薯地上部地下部表型性狀的圖譜構(gòu)建及QTL定位研究還很少。

因此, 本研究利用徐紫薯8號(hào)和美國(guó)紅的F1分離群體為材料, 通過(guò)對(duì)分枝數(shù)、莖蔓直徑、最長(zhǎng)蔓長(zhǎng)、葉柄長(zhǎng)度、節(jié)間長(zhǎng)度5個(gè)重要農(nóng)藝性狀進(jìn)行QTL定位, 檢測(cè)相關(guān)性狀緊密連鎖的分子標(biāo)記, 以期為甘薯品種早期篩選及分子標(biāo)記輔助選擇育種提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 群體構(gòu)建

本研究以紫肉甘薯品種徐紫薯8號(hào)為母本, 白肉甘薯品種美國(guó)紅為父本配制雜交組合, 通過(guò)嚴(yán)格去雄授粉方式, 于2016—2018年雜交構(gòu)建包含274個(gè)分離單株的基礎(chǔ)作圖群體。徐紫薯8號(hào)是江蘇徐淮地區(qū)徐州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所育成的紫甘薯品種, 美國(guó)紅是從國(guó)外引進(jìn)的優(yōu)質(zhì)高淀粉品種。兩親本遺傳差異大, 除葉形、薯皮色、薯肉色等地上部地下部表型性狀外, 在花青苷含量、淀粉含量、干物質(zhì)含量、莖線蟲病及黑斑病抗性等方面也有顯著差異, 適于甘薯分子遺傳圖譜構(gòu)建及相關(guān)性狀的QTL定位。

1.2 材料種植

分離群體各株系及雙親于2019年和2020年6月中旬種植在徐州市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)試驗(yàn)示范基地, 采用3行區(qū)、每行10株的大田種植方式, 壟距85 cm, 株距23 cm, 試驗(yàn)設(shè)3次重復(fù); 10月中旬收獲。

1.3 重要農(nóng)藝性狀的調(diào)查

在生育期90 d, 參照《甘薯種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》[14], 調(diào)查雙親及274份作圖群體的分枝數(shù)、莖蔓直徑、最長(zhǎng)蔓長(zhǎng)、葉柄長(zhǎng)度、節(jié)間長(zhǎng)度5個(gè)地上部表型性狀。每個(gè)材料測(cè)量6次重復(fù), 取平均值進(jìn)行QTL分析。

1.4 甘薯基因組DNA提取與SSR分析

取雙親及分離群體各株系的幼嫩展開葉, 采用改良CTAB法[15]提取基因組DNA。參考Meng等[16]及徐紫薯8號(hào)轉(zhuǎn)錄組測(cè)序結(jié)果, 篩選多態(tài)性好的SSR引物, 由上海生工生物工程股份有限公司合成。SSR標(biāo)記的PCR反應(yīng)體系共20 μL, 包含模板DNA (50 ng μL-1) 1 μL、上下游引物(10 μmol L-1)各0.5 μL、2×Mix 8 μL、ddH2O 10 μL。PCR反應(yīng)程序?yàn)?5℃預(yù)變性5 min; 95℃變性30 s, 55℃復(fù)性30 s, 72℃延伸30 s, 35個(gè)循環(huán); 72℃繼續(xù)延伸5 min; 最后4℃降溫保存10 min。PCR產(chǎn)物用6%的聚丙烯酰胺凝膠電泳分離。參考高閏飛[17]的方法銀染顯色。

1.5 數(shù)據(jù)記載與標(biāo)記命名

利用雙親及其雜交F1代分離群體中隨機(jī)抽取的2個(gè)性狀差異大的分離單株篩選多態(tài)性好的SSR引物,然后利用篩選到的多態(tài)性引物對(duì)F1群體進(jìn)行標(biāo)記基因型檢測(cè)。多態(tài)性標(biāo)記按從上到下的順序, 分子量越大的標(biāo)號(hào)越小; 同一標(biāo)記處有條帶的記為1, 沒(méi)有的記為0, 模糊或缺失的記為2; 屬于單標(biāo)記(Simplex)、雙標(biāo)記(Duplex)、三標(biāo)記(Triplex)和共有標(biāo)記(Double-simplex)的多態(tài)性標(biāo)記, 其后綴分別用s、d、t和ds表示; 對(duì)每個(gè)多態(tài)性標(biāo)記的分離比進(jìn)行卡平方檢驗(yàn), 在α=0.05水平表現(xiàn)顯著差異的標(biāo)記以*表示, 在α=0.01水平表現(xiàn)極顯著差異的標(biāo)記以**表示[18]。例如SSR-78A-2s*表示引物78A的第2條多態(tài)性條帶, 屬于單標(biāo)記類型, 在α=0.05水平表現(xiàn)顯著差異。

1.6 分子遺傳圖譜構(gòu)建及相關(guān)QTL定位

1.6.1 雙親圖譜構(gòu)建 本研究利用JoinMap 4.0軟件, 選擇CP分析模型。首先利用Simplex和Double-simplex標(biāo)記構(gòu)建框架圖, LOD值≥5, 然后將Duplex和Triplex標(biāo)記插入到框架圖譜的每一個(gè)LGs中, 得到最終的分子遺傳圖譜[18]。

1.6.2 相關(guān)性狀QTL定位 利用QTL分析軟件MapQTL 5.0, 以復(fù)合區(qū)間作圖法(composite interval mapping, CIM)[18]進(jìn)行分枝數(shù)、莖蔓直徑、最長(zhǎng)蔓長(zhǎng)、葉柄長(zhǎng)度、節(jié)間長(zhǎng)度的QTL定位。

2 結(jié)果與分析

2.1 分子遺傳圖譜構(gòu)建

利用篩選的110對(duì)多態(tài)性好的SSR引物對(duì)F1群體進(jìn)行標(biāo)記基因型檢測(cè), 分別獲得220個(gè)和219個(gè)多態(tài)性標(biāo)記用于徐紫薯8號(hào)和美國(guó)紅圖譜構(gòu)建。其中母本徐紫薯8號(hào)圖譜由24個(gè)LGs組成, 包括144個(gè)標(biāo)記, 圖譜總長(zhǎng)1325.8 cM, 標(biāo)記間平均距離9.2 cM (圖1); 父本美國(guó)紅圖譜由21個(gè)LGs組成, 包括132個(gè)標(biāo)記, 圖譜總長(zhǎng)1088.6 cM, 標(biāo)記間平均距離8.2 cM (圖2)。

(圖1)

(圖1)

圖1 徐紫薯8號(hào)分子連鎖圖譜

(圖2)

(圖2)

圖2 美國(guó)紅分子連鎖圖譜

2.2 重要農(nóng)藝性狀的QTL定位

分別于2019年和2020年測(cè)定了徐紫薯8號(hào)、美國(guó)紅及其F1分離群體的分枝數(shù)、莖蔓直徑、最長(zhǎng)蔓長(zhǎng)、葉柄長(zhǎng)度、節(jié)間長(zhǎng)度。利用2019年、2020年及2年平均群體數(shù)據(jù)進(jìn)行QTL分析, 將至少在1年和2年平均數(shù)據(jù)中同時(shí)存在的QTL作為穩(wěn)定的QTL。

2.2.1 分枝數(shù)的表型分析與QTL初步定位 利用SAS 9.4軟件對(duì)甘薯分枝數(shù)雙親值及其在F1群體中的分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和作圖發(fā)現(xiàn), 分枝數(shù)在F1群體中明顯分離, 表現(xiàn)為連續(xù)分布, 且呈現(xiàn)明顯的單峰曲線, 表明甘薯分枝數(shù)是由多基因控制的數(shù)量性狀, 可以用于后續(xù)的QTL定位研究(表1和圖3)。

圖3 分枝數(shù)在F1分離群體中的頻率分布圖

表1 甘薯分枝數(shù)雙親值及其在F1群體中的分布

通過(guò)復(fù)合區(qū)間作圖法對(duì)甘薯分枝數(shù)進(jìn)行QTL分析, 在2019年和2年平均數(shù)據(jù)中共同檢測(cè)到1個(gè)控制甘薯分枝數(shù)的QTL, 命名為, 位于父本美國(guó)紅連鎖圖譜的第9 LGs的標(biāo)記SSR-Z135-3d**和SSR-234-1s**之間, 表現(xiàn)為正向效應(yīng), 可解釋表型變異的53.2% (圖4)。

2.2.2 莖蔓直徑的表型分析與QTL初步定位 莖蔓直徑在F1群體中明顯分離, 表現(xiàn)為連續(xù)分布, 且呈現(xiàn)明顯的單峰曲線, 表明甘薯莖蔓直徑是由多基因控制的數(shù)量性狀, 可以用于后續(xù)的QTL定位研究(表2和圖5)。

圖4 甘薯分枝數(shù)QTL在分子連鎖圖譜上的分布

表2 甘薯莖蔓直徑雙親值及其在F1群體中的分布

圖5 莖蔓直徑在F1分離群體中的頻率分布圖

對(duì)甘薯莖蔓直徑進(jìn)行QTL分析, 在2019年和2年平均數(shù)據(jù)中共同檢測(cè)到1個(gè)控制甘薯莖蔓直徑的QTL, 命名為, 位于父本美國(guó)紅連鎖圖譜的第9 LGs的標(biāo)記SSR-234-1s**和SSR-60-2d之間, 表現(xiàn)為負(fù)向效應(yīng), 可解釋表型變異的16.7% (圖6)。

2.2.3 最長(zhǎng)蔓長(zhǎng)的表型分析與QTL初步定位 最長(zhǎng)蔓長(zhǎng)在F1群體中明顯分離, 表現(xiàn)為連續(xù)分布, 且呈現(xiàn)明顯的單峰曲線, 表明甘薯最長(zhǎng)蔓長(zhǎng)是由多基因控制的數(shù)量性狀, 可以用于后續(xù)的QTL定位研究(表3和圖7)。

對(duì)甘薯最長(zhǎng)蔓長(zhǎng)進(jìn)行QTL分析, 共檢測(cè)到2個(gè)控制甘薯最長(zhǎng)蔓長(zhǎng)的QTL, 其中位于父本美國(guó)紅連鎖圖譜的第2 LGs的標(biāo)記SSR-121-4s和SSR-C30-1s之間, 且與標(biāo)記SSR-121-3s緊密連鎖, 表現(xiàn)為正向效應(yīng), 可解釋表型變異的13.7%;位于母本徐紫薯8號(hào)連鎖圖譜的第18 LGs的標(biāo)記SSR-62-3d和SSR-53B-4t之間, 表現(xiàn)為正向效應(yīng), 可解釋表型變異的9.5% (表4和圖8)。

圖6 甘薯莖蔓直徑QTL在分子連鎖圖譜上的分布

表3 甘薯最長(zhǎng)蔓長(zhǎng)雙親值及其在F1群體中的分布

圖7 最長(zhǎng)蔓長(zhǎng)在F1分離群體中的頻率分布圖

表4 甘薯最長(zhǎng)蔓長(zhǎng)的QTL分析

圖8 甘薯最長(zhǎng)蔓長(zhǎng)QTL在分子連鎖圖譜上的分布

2.2.4 葉柄長(zhǎng)度的表型分析與QTL初步定位 葉柄長(zhǎng)度在F1群體中明顯分離, 表現(xiàn)為連續(xù)分布, 且呈現(xiàn)明顯的單峰曲線, 表明甘薯葉柄長(zhǎng)度是由多基因控制的數(shù)量性狀, 可以用于后續(xù)的QTL定位研究(表5和圖9)。

對(duì)甘薯葉柄長(zhǎng)度進(jìn)行QTL分析, 共檢測(cè)到2個(gè)控制甘薯葉柄長(zhǎng)度的QTL, 其中位于母本徐紫薯8號(hào)連鎖圖譜的第1 LGs的標(biāo)記SSR-5A-4ds 和SSR-46-1d之間, 且與記SSR-5A-2緊密連鎖, 表現(xiàn)為正向效應(yīng), 可解釋表型變異的11.3%;位于母本徐紫薯8號(hào)連鎖圖譜的第18LGs的標(biāo)記SSR-SPGS1-5d和SSR-SPES1-1t之間, 且與標(biāo)記SSR-78-3t緊密連鎖, 表現(xiàn)為正向效應(yīng), 可解釋表型變異的8.8% (表6和圖10)。

圖9 葉柄長(zhǎng)度在F1分離群體中的頻率分布圖

表5 甘薯葉柄長(zhǎng)度雙親值及其在F1群體中的分布

2.2.5 節(jié)間長(zhǎng)度的表型分析與QTL初步定位 節(jié)間長(zhǎng)度在F1群體中明顯分離, 表現(xiàn)為連續(xù)分布, 且呈現(xiàn)明顯的單峰曲線, 表明甘薯節(jié)間長(zhǎng)度是由多基因控制的數(shù)量性狀, 可以用于后續(xù)的QTL定位研究(表7和圖11)。

對(duì)甘薯節(jié)間長(zhǎng)度進(jìn)行QTL分析, 共檢測(cè)到5個(gè)控制甘薯節(jié)間長(zhǎng)度的QTLs, 其中位于父本美國(guó)紅連鎖圖譜的第2 LGs的標(biāo)記SSR-121-4s和SSR-C30-1s之間, 且與標(biāo)記SSR-121-3s緊密連鎖, 表現(xiàn)為正向效應(yīng), 可解釋表型變異的9.6%; 另外4個(gè)位于母本徐紫薯8號(hào)連鎖圖譜上,位于第1 LGs的標(biāo)記SSR-5A-4ds和SSR-46-1d之間, 且與標(biāo)記SSR-5A-2d緊密連鎖, 表現(xiàn)為正向效應(yīng), 可解釋表型變異的15.8%;位于第2 LGs的標(biāo)記SSR-121-1s和SSR-C30-4ds之間, 且與標(biāo)記SSR-226-2s緊密連鎖, 表現(xiàn)為負(fù)向效應(yīng), 可解釋表型變異的16.1%;位于第9 LGs的標(biāo)記SSR-53B-4t和SSR-118-2s之間, 表現(xiàn)為負(fù)向效應(yīng), 可解釋表型變異的28.1%;位于第18 LGs的標(biāo)記SSR- 53B-4t和SSR-46-1d之間, 表現(xiàn)為正向效應(yīng), 可解釋表型變異的20.6% (表8和圖12)。

表6 甘薯葉柄長(zhǎng)度的QTL分析

圖10 甘薯葉柄長(zhǎng)度QTL在分子連鎖圖譜上的分布

表7 甘薯節(jié)間長(zhǎng)度雙親值及其在F1群體中的分布

圖11 節(jié)間長(zhǎng)度在F1分離群體中的頻率分布圖

表8 甘薯節(jié)間長(zhǎng)度的QTL分析

圖12 甘薯節(jié)間長(zhǎng)度QTL在分子連鎖圖譜上的分布

3 討論

甘薯是高度雜合的六倍體塊根類作物[19], 地下部塊根的發(fā)育與地上部的生長(zhǎng)存在復(fù)雜的相關(guān)性。趙大偉等[20]通過(guò)測(cè)定不同環(huán)境下文薯2號(hào)的產(chǎn)量和農(nóng)藝性狀認(rèn)為, 分枝數(shù)與商品薯率呈顯著正相關(guān), 淀粉含量和干率與莖粗呈顯著負(fù)相關(guān); 崔翠等[21]的研究表明, 鮮薯產(chǎn)量與分枝數(shù)之間呈極顯著負(fù)相關(guān), 可通過(guò)適當(dāng)減少蔓長(zhǎng)、分枝數(shù), 穩(wěn)定藤葉重, 增加大中薯數(shù)等手段來(lái)達(dá)到高產(chǎn)育種的目的; 鄭光武等[22]的研究則認(rèn)為分枝數(shù)較多有利于提高甘薯產(chǎn)量; 后猛等[23]認(rèn)為, 選擇莖粗適中、蔓長(zhǎng)適中、分枝數(shù)多、結(jié)薯數(shù)多、莖葉鮮重較大以及莖葉干率較低的株系可達(dá)到甘薯高產(chǎn)育種的目的; 余金龍[24]認(rèn)為, 在甘薯育種中, 分枝數(shù)及主莖與分枝數(shù)的關(guān)系(最長(zhǎng)蔓長(zhǎng)/平均分枝長(zhǎng))可作為高產(chǎn)品種選育的重要參考。因此, 加大甘薯重要農(nóng)藝性狀的研究對(duì)于甘薯品種選育具有重要意義。

甘薯很多重要的農(nóng)藝性狀都是多基因控制的數(shù)量性狀, 數(shù)量性狀的表達(dá)是許多QTL以不同大小、方向共同作用的結(jié)果[25]。通過(guò)研究不同QTL的遺傳效應(yīng)大小及方向, 找到控制數(shù)量性狀的主效基因和微效基因, 采用標(biāo)記輔助選擇及轉(zhuǎn)基因技術(shù), 有可能將同一效應(yīng)的不同基因聚合在一起, 從而培育出超親遺傳個(gè)體。由于甘薯遺傳背景復(fù)雜, 甘薯遺傳圖譜構(gòu)建及QTL定位研究相對(duì)較少, 遠(yuǎn)落后于水稻、小麥等其他主要作物[26]。直到20世紀(jì)90年代末, Ukoskit和Thompson才構(gòu)建了第一張甘薯RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA)分子遺傳圖譜[27]。此后, 越來(lái)越多的研究者根據(jù)Grattapaglia和Sederoff提出的“雙假測(cè)交” (pseudo-testcross)策略[28]以及甘薯顯性標(biāo)記遺傳預(yù)期分離比例[29]相繼構(gòu)建了針對(duì)不同性狀的分子遺傳連鎖圖譜, 并進(jìn)行了相關(guān)性狀的QTL定位。Kim等[30]2017年報(bào)道了甘薯重要農(nóng)藝性狀QTL定位的研究, 從15個(gè)主要農(nóng)藝性狀中只檢測(cè)到4個(gè)性狀的21個(gè)QTL位點(diǎn), 其中3個(gè)與節(jié)間長(zhǎng)度相關(guān), 1個(gè)與薯皮厚度相關(guān), 15個(gè)與薯皮主要顏色相關(guān), 2個(gè)與薯皮次要顏色相關(guān)。其定位到的QTL主要是與薯皮、薯肉等相關(guān)的地下部性狀, 對(duì)于地上部相關(guān)性狀, 僅僅在節(jié)間長(zhǎng)度中檢測(cè)到了QTL位點(diǎn)。而本研究定位到的QTL是與甘薯產(chǎn)量密切相關(guān)的分枝數(shù)、莖蔓直徑、最長(zhǎng)蔓長(zhǎng)、葉柄長(zhǎng)度、節(jié)間長(zhǎng)度等重要地上部農(nóng)藝性狀, 在育種上有較好的應(yīng)用前景, 且以兩年數(shù)據(jù)進(jìn)行QTL分析, 增加了QTL定位的準(zhǔn)確性。

本研究以地上部表型性狀差異顯著的徐紫薯8號(hào)和美國(guó)紅為親本構(gòu)建甘薯分子遺傳圖譜, 從而開展相關(guān)性狀QTL定位的研究。在構(gòu)建圖譜過(guò)程中, 存在著標(biāo)記偏分離現(xiàn)象。出現(xiàn)這種現(xiàn)象主要是由于分離群體中的等位基因分離比例不符合預(yù)期的孟德?tīng)柗蛛x比例造成的[31]。這種現(xiàn)象在自然界中是普遍存在的, 是生物進(jìn)化的一種重要?jiǎng)恿32-33]。本研究用于構(gòu)建母本圖譜的144個(gè)SSR標(biāo)記中, 有32個(gè)偏分離標(biāo)記, 占22.2%; 用于構(gòu)建父本圖譜的132個(gè)SSR標(biāo)記中, 有52個(gè)偏分離標(biāo)記, 占39.4%。偏分離標(biāo)記比例過(guò)高, 會(huì)在一定程度上影響圖譜的準(zhǔn)確性和可靠度, 因此, 后續(xù)可通過(guò)增加標(biāo)記數(shù)量或剔除一些對(duì)圖譜影響較大的標(biāo)記來(lái)降低偏分離標(biāo)記比例[34]。

雙親圖譜由于標(biāo)記數(shù)量較少, 無(wú)法覆蓋90條染色體, 對(duì)于一些不在圖譜上的QTL無(wú)法檢測(cè)到。同時(shí), 本研究QTL分析的數(shù)據(jù)是在2年的同一環(huán)境中得到的, 沒(méi)有多點(diǎn)鑒定。因此, 下一步的工作除了構(gòu)建更加精密的遺傳圖譜, 還要對(duì)相關(guān)性狀進(jìn)行不同環(huán)境的分析, 從而增加QTL定位的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)論

本研究初步構(gòu)建了紫肉甘薯品種徐紫薯8號(hào)和白肉甘薯品種美國(guó)紅的SSR分子連鎖圖譜, 可以提高已有遺傳圖譜的分子標(biāo)記密度。定位出的與甘薯分枝數(shù)、莖蔓直徑、最長(zhǎng)蔓長(zhǎng)、葉柄長(zhǎng)度、節(jié)間長(zhǎng)度等重要農(nóng)藝性狀相關(guān)的QTL, 可以開發(fā)與其連鎖的分子標(biāo)記, 輔助室內(nèi)早代苗期篩選具有理想農(nóng)藝性狀的株系, 從而提高田間選擇效率。

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Construction linkage maps and identification of quantitative trait loci associated with important agronomic traits in purple-fleshed sweetpotato

MA Meng, YAN Hui, GAO Run-Fei, KOU Meng, TANG Wei, WANG Xin, ZHANG Yun-Gang, and LI Qiang*

Sweetpotato Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences / Xuzhou Institute of Agricultural Sciences in Jiangsu Xuhuai District / Key Laboratory of Biology and Genetic Breeding of Sweetpotato, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Xuzhou 221131, Jiangsu, China

Ideal agronomic traits are the important objectives in sweetpotato breeding, but the breeding methods are still lacking. We constructed linkage maps using a mapping population of 274 individuals derived from a cross between the female parent Xuzishu 8 (a purple-fleshed cultivar with many branches, medium vine, and high yield) and the male parent Meiguohong (a white-fleshed cultivar with few branches, long vine, and medium yield) by simple sequence repeats (SSR) markers in this study. The female parent map contained 24 linkage groups, and covered 1325.8 cM with an average marker interval of 9.2 cM. The male parent map contained 21 linkage groups, and covered 1088.6 cM with an average marker interval of 8.2 cM. The maps could increase the density of existing genetic maps. Using the composite interval mapping, we analyzed five important agronomic traits, including branch number, vine diameter, longest vine length, petiole length, and internode length in sweetpotato, thus identified one QTL related to branch number explaining the phenotypic variance of 53.2%, one QTL related to internode diameter explaining the phenotypic variance of 16.7%, two QTLs related to longest vine length explaining the phenotypic variance of 9.5% and 13.7%, two QTLs related to petiole length explaining the phenotypic variance of 8.8% and 11.3%, and five QTLs related to internode length explaining the phenotypic variance of 9.6%–28.1%. The QTLs can be used to develop molecular markers and assist the screening of plants with ideal agronomic traits at early seedling stage, thus improved the efficiency of field selection.

sweetpotato; the number of branches; vine diameter; the longest vine length; petiole length; internode length; QTLs

10.3724/SP.J.1006.2021.04271

本研究由國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2019YFD1001300, 2019YFD1001304)和國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)(CARS-10, 甘薯)資助。

This study was supported by the National Key Research and Development Program of China (2019YFD1001300, 2019YFD1001304) and the China Agriculture Research System (CARS-10, Sweetpotato).

李強(qiáng), E-mail: instrong@163.com

E-mail: 1325428037@qq.com

2020-12-13;

2021-03-19;

2021-04-12.

URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20210409.1619.002.html