紫薇几个表型性状的QTLs定位1)

贺 丹 王晓娇

(河南农业大学，郑州，450002) (国家花卉工程技术研究中心(北京林业大学))

刘 阳 蔡 明 潘会堂 张启翔

紫薇几个表型性状的QTLs定位1)

贺 丹 王晓娇

(河南农业大学，郑州，450002) (国家花卉工程技术研究中心(北京林业大学))

刘 阳 蔡 明 潘会堂 张启翔

(花卉种质创新与分子育种北京市重点实验室(北京林业大学)) (国家花卉工程技术研究中心(北京林业大学))

以尾叶紫薇与紫薇‘香雪云’作为亲本进行杂交得到的192株F1为材料，构建了全长为1 162.1 cm的包括20个连锁群、173个标记位点的紫薇遗传连锁图谱。对叶长、叶宽、叶长宽比、叶面积、株高、地径等6个表型性状进行了复合区间QTL定位，共检测到控制这6个性状的11个QTL位点，LOD值最大的为5.1，最小值为2.3，其中找到了3个控制地径性状的QTL位点，叶长、叶宽各1个，叶长宽比、叶面积、株高各2个，最高解释表型变异率为25.17%，位于ssr11-ssr17，LG13上，最低解释表型变异率为4.48%，位于E33M61-195-M19E33-97，LG1上。

紫薇；表型性状；QTL定位

Journal of Northeast Forestry University.-2014,42(7).-108～111

We used a population with 192 F1from the cross betweenLagerstroemiacaudateandL.indica‘Xiang Xueyun’ to establish a genetic linkage map ofL.indica, mapped 173 marker loci into 20 linkage groups which spanned a total map length of 1 162.1 cm. We used composite interval mapping to search QTLs, and detected 11 QTLs for these traits. The max LOD was 5.1 and the min LOD was 2.3. Three QTLs were detected for diameter. One QTL for leaf length and leaf width was detected, respectively. For the length-width ratio, leaf area and plant height, two QTLs were detected, respectively. The highest phenotypic variation was 25.17%, and the site was between ssr11-ssr17 on LG13. The lowest phenotypic variation was 4.48%, and the site was between M19E33-195-M19E33-97 on LG1.

KeywordsLagerstroemia; Phenotypic traits; Quantitative trait loci (QTL) mapping

植物的大部分性状都是数量性状，掌握数量性状的基因型和表型是育种工作的基础[1]。数量遗传的多因子假说是在20世纪初提出的重要的遗传学理论之一，有人指出数量性状是由多基因控制，并受到环境的影响，这些基因位点即数量性状位点(Quantitative trait locus Or loci，QTL)。传统的数量性状定位主要借助于形态学标记进行研究，由于形态学标记数量太少且易受环境影响，使得系统、精确地进行QTL定位十分困难。统计学方法无法鉴别出单个基因的效应及位置、基因间的相互作用，也无法深入了解与环境效应有关的等位基因差异，从而限制了育种中对数量性状的遗传操作能力。利用分子标记进行QTL定位是通过将数量性状观察值与标记间的关联分析，来确定各个数量性状位点在染色体上的位置、效应，甚至各QTL间的相互作用，为数量性状遗传分析提供了新手段，能够更精确、有效地选择优良基因型。利用分子标记辅助育种已成为目前研究的热点，迄今，在番茄[2]、玉米[3]等农作物上已经有利用性状定位获得相关基因进行品种改良的报道，而在观赏植物中少有报道[4]。

紫薇(Lagerstroemiaindica)隶属于千屈菜科(Lythraceae)紫薇属，落叶灌木或小乔木，是我国夏季重要的观赏花木，与其他观赏花木相比，它具有花期长，花色艳丽且种类繁多，树干光滑，枝条柔软，以及抗污染等优点[5]。目前，紫薇品种改良目标多集中在花色、花期、花径、株型、抗性等方面，采用技术多为常规杂交、远缘杂交和诱变育种，已经培育出了近50个紫薇新品种，但尚未对重要观赏性状进行深入的遗传分析[6-8]。本试验中借助AFLP和SSR多态性标记构建紫薇分子遗传图谱，进行表型性状QTL定位分析，探索紫薇表型性状遗传的分子生物学机理，这对提高紫薇育种的选择效率，以及分子标记辅助育种等都具有一定的科学意义。

1 材料与方法

2009年7月份，以尾叶紫薇为母本，紫薇‘香雪云’为父本进行人工杂交，得到的种子于2010年1月份播种，共获得300株杂种植株，4月份定植于国家花卉工程中心小汤山试验基地，行距0.5 m，株距0.3 m。由于紫薇属于天然异交植物，亲本高度杂合，因此，F1为分离群体。于苗期随机提取F1群体192个单株的叶片DNA，用于构建分子标记连锁图谱。

表型检测：2011年在植株生长旺盛期测量叶长、叶宽、叶面积(每株重复3次)以及株高、地径，叶面积使用CI-203 Laser Area Meter(CID，美国)进行测量。叶片指标测量，挑选植株由上往下数第3～4片叶片进行测量，株高为地上部分高度，即地面至植株最高点的距离。地径选取地面以上2～3 mm处进行测量。

遗传连锁图谱的构建：采用新型植物基因组DNA提取试剂盒(天根)提取幼苗DNA。利用两个亲本和8个子代从150对SSR引物和384对AFLP引物中筛选出具有多态性标记的引物。利用筛选获得的SSR和AFLP多态性标记，在F1群体中随机挑选192个单株进行分析。所获得的数据采用Joinmap4.1软件，进行F1群体的图谱构建。采用Kosambi函数进行计算分组。得到数据后使用Calculate map命令，绘制出图谱。

QTL分析：利用Windows QTL Cartographer 2.5中的composite interval mapping进行复合区间作图，Permutation times设为1 000次。步长设置为2.0 cM，采用Standard Model和Forward Regressin Method的计算模型进行QTL位点的搜索。

2 结果与分析

2.1 紫薇遗传连锁图谱的构建

从150对SSR引物和384对AFLP引物中共筛选出50对SSR引物和29对AFLP引物用于紫薇遗传连锁图谱的构建。在F1群体中共检测出367个AFLP多态性位点和50个SSR标记位点，经卡方检测后得到了符合孟德尔分离规律的284个AFLP多态性位点和46个SSR标记位点。构建了包含160个AFLP标记及13个SSR标记的20个连锁群，及157个未连锁上的标记，覆盖紫薇的基因组总长1 162.1 cm，平均每两个标记之间的距离为10.69 cm。

2.2 紫薇F1代杂种数量性状QTLs分析

利用复合区间作图法检测到控制叶长的1个QTL，位于LG1的E33M61-195～M19E33-97的88.1 cM处，解释表型变异率为4.87%。控制叶宽的1个QTL，位于LG11连锁群上，标记M24E44-129～M71E33-145的23.72 cM处，解释表型变异率为9.33%。控制叶长宽比的2个QTL，位于LG2和LG13连锁群上，分别位于标记E33M52-417～E33M52-411的13.84 cM处和ssr11～ssr17的15.12 cM处，解释表型变异率分别为7.99%和25.17%。控制叶面积的2个QTL，位于LG6和LG20连锁群上，分别位于标记M24E46-275～M24E38-54的51.38 cM处和E33M53-156～E33M53-419的12.01 cM处，解释表型变异率分别为8.99%和11.37%。控制株高的2个QTL，位于LG1和LG7连锁群上，分别位于标记E33M61-195～M19E33-97的88.1 cM处和M19E36-91～M24E41-10的13.73 cM处，解释表型变异率分别为4.48%和11.78%。控制地径的3个QTL，位于LG1和LG3连锁群上，分别位于标记M24E45-293～M24E46-177的13.1 cM处、M24E45-340～M24E44-340的37.5 cM处和E33M52-417～E33M52-411的23.29 cM处，解释表型变异率分别为9.87%、5.98%和8.31%(表1)。

表1 复合区间作图检测的QTLs位点

控制性状的具体位点信息和QTL在连锁群上的分布见图1。

控制叶长的QTL位点和控制株高一个QTL位点相同，均位于E33M61-195～M19E33-97位点中，这一个位点可能同时控制叶长和株高2个性状。

图1 性状QTLs在连锁群上的位置

3 结束语

从图1中可以看出，控制这6个性状的QTL在遗传连锁群上的分布多集中在LG1。控制叶长的QTL位点和控制株高的一个QTL位点相同，均位于E33M61-195～M19E33-97位点中，这可能由于叶长和株高之间存在生物学相关性，也可能是该遗传连锁图谱密度较小，标记之间还有较多未定位的基因[9]。控制相关性状的基因在染色体上集中分布可能是生物界基因表达与调控的一个现象[11]。目前，QTL成簇分布现象在蝴蝶兰[12]、棉花[13]、茄子[14]等植物中均有报道；Sumugat et al.[15]在研究中指出，西红柿的花期基因可能还与其他一些性状相关；Yuanet al.[16]研究黄瓜果实性状，如果质量、果长等性状位于连锁群2和4的同一区间内。从生物个体发育的整体观念出发，多因一效和一因多效现象是存在的，一方面，一个性状的发育是由许多基因所控制的许多生化过程连续作用的结果；另一方面，如果某一基因发生了改变，也会影响其他性状的发育[11]。本研究的结果也说明在紫薇的发育过程中，控制其不同性状的基因，相互作用共同调控整个植株的发育过程。

本研究的6个表型性状是在同一环境条件下测量得到的。大量研究发现[17-19]，在不同环境条件下得到的QTL数量、效应具有一定的差异[20-22]，这可能是由于在数量性状之间存在着基因与环境之间的互作。巨伟等[23]在3种环境下共检测到了21个与叶片膜透性相关的位点，并且不同环境下位点的贡献率也不同。也有一些位点受环境影响较小，苗晗等[24]在研究不同季节的黄瓜复雌花性状的QTL中，发现该位点受环境影响较小，表现基本稳定。同时利用不同的作图亲本和作图群体，以及不同类型的作图标记类型，得到的QTL数量也有一定的差异[25]。因此，在多年、多个环境下对QTL进行定位分析，才能得到更加准确的QTL作图结果[26]。今后本研究还可以选择不同的分离群体以及不同的环境条件来进一步确定表型性状的相关QTL定位。此外，对于本试验发现的QTLs，应在该区段进一步增加标记以缩小QTL与两端标记的距离，得到与QTL紧密连锁的标记，为紫薇分子标记辅助选择育种奠定基础。

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QTL Mapping of Phonotypic Traits inLagerstroemiaindica/

He Dan(Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, P. R. China); Wang Xiaojiao(National Engineering Research Center for Floriculture, Beijing Forestry University); Liu Yang(Beijing Key Laboratory of Ornamental Plants Germplasm Innovation and Molecular Breeding, Beijing Forestry University); Cai Ming, Pan Huitang, Zhang Qixiang(National Engineering Research Center for Floriculture, Beijing Forestry University)//

1) “十二五”国家科技支撑计划课题(2012BAD01B07)、北京市共建项目专项资助(2013BJFU)。

贺丹，女，1983年9月生，河南农业大学林学院，讲师。

张启翔，国家花卉工程技术研究中心(北京林业大学)、北京林业大学园林学院，教授。E-mail:zqxbjfu@126.com。

2013年11月18日。

S685； Q343.1+5

责任编辑：任 俐。