胡萝卜回交渐渗系表型遗传变异研究

孙婷婷曹文姬欧承刚刘 波赵志伟庄飞云*

（1农业部园艺作物生物学与种质创制重点实验室，中国农业科学院蔬菜花卉研究所，北京 100081；2甘肃省酒泉市种子管理站，甘肃酒泉735000）

胡萝卜回交渐渗系表型遗传变异研究

孙婷婷1曹文姬2欧承刚1刘 波1赵志伟1庄飞云1*

（1农业部园艺作物生物学与种质创制重点实验室，中国农业科学院蔬菜花卉研究所，北京 100081；2甘肃省酒泉市种子管理站，甘肃酒泉735000）

以野生胡萝卜品种松滋野生（Ws）和欧洲橘色栽培品种Amsterdam（Af）为亲本构建的223个回交渐渗系为试材，深入分析Ws染色体片段在回交渐渗系后代中的遗传表现。通过两年对12个农艺性状的调查，结果表明，叶片质量、根质 量、根肩宽、根中宽、根尖宽、绿肩、干物质含量、单株质量、叶片质量/根质量、根中宽/根长在两年间呈极显著差异，2014年和2015年前4个主成分累积贡献率分别达到80.36%和83.28%。相关性分析结果表明，根质量和单株质量均与其他性状呈极显著或显著相关；而干物质含量除了与叶片质量/根质量呈极显著正相关外，与根质量、根肩宽、根中宽、根尖宽、单株质量、根中宽/根长均呈极显著或显著负相关。基因型分析与聚类结果表明Ws染色体被随机导入了Af中。

胡萝卜；回交渐渗系；表型遗传

目前关于胡萝卜遗传图谱构建及农艺性状的遗传定位主要采用F2群体，大多围绕根色、类胡萝卜素合成（Just et al.，2007；欧承刚 等，2010）、雄性不育（Alessandro et al.，2013）、花青素（Yildiz et al.，2013）等进行研究，而关于肉质根的遗传研究非常薄弱。Nie等（2015）利用54个棉花回交渐渗系（backcrossing introgression lines，BILs）定位了58个与纤维性状、田间农艺性状相关的位点。Thomson等（2003）利用水稻野生种与栽培种构建的渐渗系将与驯化过程相关的株高、分蘖型、芒长性状定位到了1号和4号染色体上。本试验以胡萝卜野生种松滋野生（Ws）为供体，以欧洲橘色栽培品种Amsterdam（Af）为受体构建了一套BILs，初步对胡萝卜叶和根相关农艺性状遗传变异进行调查，以期为胡萝卜农艺性状的遗传定位研究提供重要数据。

1 材料与方法

1.1试验材料

以白色木质化的胡萝卜野生种松滋野生（Ws）和欧洲橘色栽培品种Amsterdam（Af）为亲本进行杂交，并以Af为轮回亲本，连续回交2代获得BC2，再单株自交6代得到回交渐渗系（BC2S6），群体大小为223个株系，分别于2014年和2015年的8月上旬在中国农业科学院蔬菜花卉研究所南口农场进行露地播种，每个株系种植80～130株，常规管理。同年10月初，每个株系随机选取5株鲜叶，液氮速冻，置于-80℃超低温冰箱中贮存待用。

1.2田间农艺性状调查及数据分析

2014年和2015年分别于播种后110 d，每个BILs株系随机选取3～5株，3次重复。测量最大叶长、叶片质量、根长、根质量、根肩宽、根中宽、根尖宽、绿肩、干物质含量、单株质量，并计算叶片质量/根质量、根中宽/根长，具体测定标准参照胡萝卜种质资源描述规范和数据标准（庄飞云和朱德蔚，2007）。利用SPSS 19.0软件计算数据平均值、标准误，采用D检验方法检测正态分布，采用ANOVA软件的Duncan法对各性状进行方差分析，采用双侧检验法分析各农艺性状间的相关性，采用因子分析法进行主成分分析，参照马振国等（2015）的方法计算农艺性状多样性指数（H’）。

1.3回交渐渗系与亲本间的亲缘关系分析

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从223份BILs中随机选取110份材料，以及亲本Ws和Af，参照Briard等（2000）的CTAB法提取DNA，由北京百迈客生物科技公司在Illumina HiSeq 2500平台上进行基因组重测序。亲本Af共得到5.6 Gbp的clean碱基，平均深度7.0×；亲本Ws共得到5.6 Gbp的clean碱基，平均深度7.0×；110个子代总数据量为77.51 Gbp，平均深度1.5×，Q30＞85%。参照胡萝卜基因组数据（Xu et al.，2014），采用BWA软件进行序列比对，并采用GATK（Genome Analysis Toolkit）软件检测SNP。选取1 976个具有多态性的SNP标记，根据标记分型计算亲本分型占群体基因分型的覆盖率。利用PowerMarker v3.25软件（Liu & Muse，2005）的UPGMA方法进行聚类，采用MEGA5软件（Tamura et al.，2011）显示结果。

2 结果与分析

2.1胡萝卜BILs 12个主要农艺性状的表型分析

从图1和表1可以看出，最大叶长、根长、根质量、根肩宽、单株质量、根中宽/根长在两年间均符合正态分布。除最大叶长与根长外，叶片质量、根质量、根肩宽、根中宽、根尖宽、干物质含量、绿肩、单株质量、叶片质量/根质量、根中宽/根长在两年间呈极显著差异水平，其中叶片质量、根质量和单株质量2015年最大值分别为2014年的2.2、1.8和1.9倍。除绿肩、干物质含量、叶片质量/根质量外，其他性状的多样性指数在两年间基本一致。

2.2胡萝卜BILs 12个主要农艺性状的主成分分析

从表2可以看出，2014年和2015年12个性状的前4个主成分累积贡献率分别达到80.36%和83.28%，其中根质量、根肩宽、根中宽、单株质量均在第1主成分中。

2.3胡萝卜BILs 12个主要农艺性状的相关性分析

从表3可以看出，各性状之间的相关性很强，其中根质量和单株质量在两年间与干物质含量、叶片质量/根质量均呈极显著或显著负相关，而与其他性状均呈极显著或显著正相关。根肩宽、根中宽、根尖宽在两年间均呈极显著正相关，并且根肩宽和根中宽之间的相关系数明显高于根肩宽和根尖宽之间的相关系数，说明胡萝卜肉质根的根肩部和中部的膨大同步性较强。干物质含量两年间除了与叶片质量/根质量呈极显著正相关外，与根质量、根肩宽、根中宽、根尖宽、单株质量、根中宽/根长均呈极显著或显著负相关，说明肉质根膨大速度越快，干物质含量积累越低。

表1胡萝卜BILs群体12个主要农艺性状遗传变异和方差分析

图1胡萝卜BILs群体12个主要农艺性状频次分布与正态分布

2.4胡萝卜BILs 12个主要农艺性状的亲缘关系分析

从图2可以看出，110个BILs株系中，亲本Af基因型覆盖率为60.93%～98.56%，均值为88.18%；Ws基因型覆盖率为1.38%～38.34%，均值为11.34%；杂合型覆盖率为0～1.95%，均值为0.48%。说明亲本分型在群体株系间所占的基因型覆盖率存在明显差异。从图3可以看出，供体野生种Ws位于群体最外围，受体栽培种Af位于最内侧，BILs之间呈梯度型聚类分布，说明Ws染色体通过多代回交和自交被随机导入了Af中。与野生种Ws亲缘关系最近的为E5401、E5506、E5003、E52015 4个株系，并且这4个BILs株系的根形根色存在较大差异，其中E5401为橘色锥形，E5506和E5003为黄色锥形，E52015则为黄色柱锥形。与栽培种Af亲缘关系最近的为E2903，根色根形与Af相似。

表2胡萝卜BILs群体12个主要农艺性状的主成分分析

表3胡萝卜BILs群体12个主要农艺性状的相关性分析

图2胡萝卜BILs群体亲本与110个株系基因型分析

图3胡萝卜BILs群体的UPGMA聚类分析

3 结论与讨论

将野生种染色体片段导入到栽培种中培育渐渗系，可在单一遗传背景下进行基因定位和挖掘。水稻野生种O. ruf i pogon与栽培种Jefferson通过2次回交构建258个渐渗系，将与水稻驯化过程直接相关的株高、分蘖型、芒长性状定位到了1号和4号染色体上（Thomson et al.，2003）。邱树亮等（2011）以鲜食栽培番茄1052和野生潘那利番茄LA0716为材料，通过1次杂交、5次回交、5次苗期分子标记辅助选择构建的潘那利番茄渐渗系群体，将6个果实差异性状定位到植株共同含有的染色体区段上，大大提高了定位的准确度。本试验通过对两年223个胡萝卜BILs的12个性状方差分析表明，叶片质量、根质量、根肩宽、根中宽、根尖宽、绿肩、干物质含量、单株质量、叶片质量/根质量、根中宽/根长在两年间呈极显著差异，受环境影响较大。主成分分析表明，2014年和2015年的前4个主成分累积贡献率分别达到80.36%和83.28%，其中两年第1主成分中均包含根质量、根肩宽、根中宽、单株质量等4个根部性状。最大叶长、根长、根中宽多样性指数在两年间基本一致，介于1.77～1.79间，略低于我国地方资源多样性指数（马振国 等，2015），表明本试验的渐渗系群体变异较大，部分性状的变异系数达到30%以上。相关性分析表明，胡萝卜干物质含量与根质量、根肩宽、根中宽、根尖宽、单株质量、根中宽/根长均呈极显著或显著负相关，说明肉质根膨大速度越快，干物质含量积累越低。Hole等（1984）的研究也表明胡萝卜干物质积累量随肉质根膨大而增多，但干物质含量随肉质根膨大期间水分的增加而减少。基因型分析与聚类结果表明，胡萝卜亲本分型在群体株系间所占的基因型覆盖率存在明显差异，Ws染色体被随机导入了Af中，与Rong等（2014）得出的胡萝卜栽培种遗传多样性与驯化过程中野生片段导入有关观点一致。下一步将针对胡萝卜BILs群体性状的遗传特点，利用BILs群体进行肉质根相关性状的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

孙婷婷，女，硕士研究生，专业方向：蔬菜遗传育种，E-mail：453432783@qq.com

*通讯作者（Corresponding author）：庄飞云，男，博士，副研究员，硕士生导师，专业方向：蔬菜遗传育种，E-mail：zhuangfeiyun@caas.cn

2016-12-08；接受日期：2017-03-08

国家科技支撑计划项目（2013BAD01B04），国家自然科学基金项目（31272162），中国农业科学院创新工程项目