一个甜瓜短侧蔓突变体的遗传及相关分析

杨森要，高路银，王艳玲，夏双华，杨路明，朱华玉，胡建斌

（河南农业大学园艺学院 郑州 450002）

一个甜瓜短侧蔓突变体的遗传及相关分析

杨森要，高路银，王艳玲，夏双华，杨路明，朱华玉，胡建斌

（河南农业大学园艺学院 郑州 450002）

从西亚甜瓜种质‘PI351131’中发现一个短侧蔓突变单株‘D581-1’，对该突变性状进行遗传分析和相关分析。结果表明，‘D581-1’的侧蔓总长和侧蔓均长分别为‘H465’的13.40%和17.10%，该性状表现稳定，不受季节影响。对‘D581-1’（母本）与普通长侧蔓种质‘H465’（父本）杂交的F1和F2代进行遗传分析表明，F1的性状明显偏向‘H465’，侧蔓总长和侧蔓均长在F2群体中均呈双峰偏正态分布，说明短侧蔓性状受单个主效基因的调控，倾向隐性单基因遗传。相关分析显示，该性状与株高呈中等相关，与果实鲜质量的相关性较强。

甜瓜；短侧蔓；突变体；遗传分析；相关分析

甜瓜分枝能力极强，其侧蔓在整个生育期可持续生长[1]。在栽培上通常以人工整枝的方式来控制侧蔓生长，使营养集中供应雌花发育，促使侧蔓早开花、多结瓜，以达到早熟、丰产的目的。随着日光温室等园艺设施的推广普及，甜瓜设施栽培面积越来越大[2]，设施栽培环境要求的株间通风透光对侧蔓的管理提出了更高的要求[3]。因此，培育和推广短侧蔓的甜瓜品种可减少甚至省去栽培管理过程中的整枝工作，提高栽培密度，是当前简约化栽培的重要途径。然而，目前有关甜瓜短侧蔓性状的报道甚少，在实际育种中还缺乏具有该性状的资源。笔者所在课题组对大量甜瓜种质资源进行了多年的田间考察，从西亚甜瓜种质‘PI351131’中发现了一个短侧蔓突变单株，分析短侧蔓性状的遗传规律及其性状相关性，旨在为甜瓜短侧蔓性状基因发掘及株型改良提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料

供试材料为短侧蔓材料‘D581-1’、普通长蔓材料‘Cantaloupe chaudo’（‘H465’）（图1）及其F1（♀‘D581-1’×♂‘H465’）、F2群体。其中‘H465’由国家西瓜甜瓜中期库（中国农业科学院郑州果树研究所）提供，‘D581-1’及 F1、F2群体由河南农业大学园艺学院西甜瓜课题组提供。

1.2 田间试验

图 1 定植后 45 d的‘D581-1’（左）和‘H465’（右）

田间试验于2016年春、秋两季于河南农业大学毛庄科教园区进行。分别于3月2日和7月18日在日光温室和遮阳棚中播种、育苗，‘D581-1’‘H465’和F1各30株左右，F2群体约200株。春秋两季苗龄分别32、18 d，于塑料大棚中定植，株行距40 cm×50 cm，一垄双行定植，亲本及其F1各设置2次重复，每个重复14～16株。植株在10节以上不进行整枝，每株留1～2个瓜，水肥常规管理。

1.3 数据统计

参照Fukino等[4]方法，所有材料定植后45 d调查侧蔓总长、侧蔓均长、株高、茎粗和节间长。其中，侧蔓总长为第11节及以上各侧蔓长度的总和，侧蔓均长为第11节至25节侧蔓的平均长度；株高为子叶以上主蔓长度；茎粗为11节至25节主蔓直径，每节测定1次，取平均值；节间长为第11至第25节主蔓节间的平均长度。在果实成熟期测量果实长度、果实宽度和果实鲜质量。所有性状都进行单株测量，长度用直尺测量，茎粗用游标卡尺测量，果实鲜质量用电子秤(ACS-30)测量。采用DPS 7.05软件统计各性状的平均值和标准差，并进行生物学统计和相关分析。

2 结果与分析

2.1 侧蔓及相关性状的表型分析

与普通甜瓜植株相比，短侧蔓突变单株‘D581-1’植株矮小、株型紧凑，侧蔓发育缓慢，其长度明显变短，但叶片、花器官、果实等均发育正常，能够正常受精和坐果(图2)，产生可育后代。

图2 授粉20 d后‘D581-1’的果实

表1 亲本和F1侧蔓及相关性状在春秋两季的表现

由表1可知，无论是春季还是秋季，‘D581-1’侧蔓总长和侧蔓均长都显著低于‘H465’，分别约为‘H465’的13.40%和17.10%，F1则处于二者之间，但明显偏向长蔓亲本‘H465’，说明短侧蔓可能是隐性性状；‘D581-1’比‘H465’植株矮(下降约 50%)、节间短，但主蔓略粗，春季F1的株高、茎粗和节间长基本居中，但秋季指标偏向亲本‘H465’，说明这3个性状容易受到环境因素影响；‘D581-1’的果实明显小于‘H465’，其果实长度、果实宽度和果实鲜质量显著低于‘H465’，F1的果实性状明显偏向‘H465’，且果实形状也基本与亲本‘H465’相同，春秋两季表现一致。

对同一亲本各性状在不同季节进行差异显著性分析，结果表明，亲本‘D581-1’的春季侧蔓比秋季稍短，但差异不显著；春季节间长显著低于秋季，株高和茎粗差异不显著；春季果实长度、果实宽度和果实鲜质量高于秋季，但差异不显著。亲本‘H465’的春季侧蔓比秋季稍短，但差异不显著，株高、茎粗和节间长春、秋两季基本相同，春季果实要大于秋季(果实长度、果实宽度和果实鲜质量)。

2.2 侧蔓及相关性状在F2群体中的变异分析

对侧蔓总长、侧蔓均长、株高和果实鲜质量在F2群体中的变异进行统计，结果见图3。所有性状在F2群体中出现了连续变异，且超出2个亲本的范围，说明它们属于数量性状。其中，侧蔓总长和侧蔓均长频率均属于双峰分布，一个峰出现在短侧蔓亲本‘D581-1’附近，另一个在长侧蔓亲本‘H465’附近，且‘H465’附近植株数要明显多于‘D581-1’附近植株数，说明短侧蔓性状受到单个主效基因的控制，且长侧蔓对短侧蔓为显性。‘H465’附近植株数与‘D581-1’附近植株数的比例比大致符合3∶1遗传规律。

图3 侧蔓总长（A）、侧蔓均长（B）、株高（C）和果实鲜质量（D）频率在F2群体中的分布

株高和果实鲜质量在F2群体中的频率表现为典型的正态分布，属于数量性状，其遗传基础受到多个基因的影响。此外，茎粗、节间长、果实长度和果实宽度4个性状在F2群体中也表现出连续变异，其频率也服从正态分布(图略)。

2.3 侧蔓及相关性状在季节内的相关性分析

由表2可知，在同一季节，侧蔓总长与侧蔓均长之间的相关性最强(春季r=0.92，秋季r=0.95)，且均达到显著水平，说明这2个指标均可以衡量甜瓜侧蔓长度。侧蔓总长、侧蔓均长与果实鲜质量存在较强的相关性(r＞0.6；P＜0.05)，与株高、节间长、果实长度的之间存在中等相关性(r介于0.29和0.5之间)，与茎粗、果实宽度的相关性较低(r介于-0.24和0.29之间)，春、秋两季表现相似。

表2 侧蔓及相关性状的相关分析

3 讨论与结论

侧蔓长度是甜瓜植株株型的重要指标之一。合理的株型可以增加植株受光面积、改善植株通风性、合理分配光合营养物质、提高植株种植密度，对于提高果实的品质和产量、降低生产成本具有重要意义[5]。因此，株型改良已经成为葫芦科作物育种发展的一个新方向。

葫芦科作物株型遗传研究主要涉及到矮生[6-7]、短蔓[8-9]、自封顶[10-11]、无卷须[12]等性状的遗传分析及基因定位，侧蔓长度的研究主要集中在黄瓜上。蒋苏等[13-14]发现黄瓜无侧枝品系‘S61’由单隐性基因nlb控制，该品系与有侧枝品系‘S06’杂交后代的分离符合孟德尔遗传定律，并利用‘S94’(弱侧枝)בS06’(强侧枝)衍生的重组自交系检测到控制黄瓜4个侧枝性状(侧枝均长、侧枝总长、侧枝数目和第一侧枝节位)的36个QTL，主要分布在第1、2连锁群上(分别对应第1、7染色体)。最近，张微微等[15]对相同的作图群体进行表型鉴定和SSR标记加密，共检测到45个侧枝性状QTL，分布在黄瓜全部7条染色体上。不同研究者针对黄瓜同一作图群体的侧枝性状QTL定位结果差异较大，说明黄瓜侧枝性状容易受到环境因素的影响。甜瓜短侧蔓性状的研究报道甚少。Ohara等[16]报道了存在于甜瓜品种‘Nou-4’中一个控制短侧蔓的基因slb，该基因为隐性或不完全显性，其表达容易受到高温、强光等环境因素的影响。随后，Fukino等[14]通过对‘Nou-4’(短侧枝)בHarukei-3’(长侧枝)的 F2群体进行 QTL分析，发现了2个与甜瓜侧枝相关的QTL，其中一个位于第11染色体(表型解释率50.9%)，可能是slb基因的候选区域，另一个位于第3染色体(表型解释率9.9%)，为slb基因的精细定位与图位克隆奠定了基础。

笔者所报道的‘D581-1’是从西亚甜瓜种质‘PI351131’中发现的短侧蔓变异材料，经过多年的田间观察，该性状表现稳定，不易受到环境条件的影响，这与前人在甜瓜、黄瓜中报道的短侧蔓(枝)基因的表现不同，为甜瓜短侧蔓基因图位克隆提供了便利。通过对亲本、F1和F2群体的遗传分析发现，该性状受到一个主效基因的调控，符合隐性遗传的特点，在不同的遗传背景[‘D581-1’בHNA02’(黄河蜜)]下也表现相似(数据略)。相关性分析表明，甜瓜侧蔓长度与株高、茎粗相关性弱，与果实鲜质量显著相关，春、秋两季表现相似，因此，短侧蔓基因可能与控制株高的基因独立或连锁不紧密，但与果实发育基因存在一定的相关性。从其他葫芦科植物的研究报道来看，短侧蔓(枝)性状往往伴随植株矮化、节间变短、叶面积和果实变小[6-7]，其调控基因可能通过影响植株光合作用来控制侧蔓发育。在本研究中，通过对F2群体的观察，短侧蔓性状仅与果实质量相关，而与株高、节间长、叶面积和花器官大小的相关性不大，该短侧蔓性状基因可能通过影响侧蔓的发育来影响侧蔓上果实的生长。因此，‘D581-1’的短侧蔓性状可能受控于不同的slb基因，在甜瓜株型及果型改良中有特殊应用价值。

[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]马跃．我国甜瓜设施栽培生产的现状与发展[J]．中国西瓜甜瓜，2001，14（2）：38-40．

[3]薛玉霞．甜瓜优质丰产整枝技术[J]．中国瓜菜，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]李玉红，WENG Y．黄瓜矮生基因（cp）的遗传分析和精细定位[J]．园艺学报，2011，38（S）：2589．

[7]李国申，许爱娇，董薇，等．西瓜矮化小果突变体的遗传研究[J].园艺学报，2016，43（3）：571-577．

[8]王建设，张立杰，唐晓伟，等．甜瓜短蔓性状的遗传分析[J]．华北农学报，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]蒋苏．黄瓜侧枝相关性状的QTL定位分析和nlb基因的初步定位[D]．上海：上海交通大学，2009．

[14]蒋苏，袁晓君，潘俊松，等．利用重组自交系群体对黄瓜侧枝相关性状进行 QTL 定位分析[J]．中国科学：C 辑，2008，38（10）：982-990．

[15] 张微微，潘俊松，蒋苏，等．黄瓜RIL群体侧枝相关性状QTL定位[J]．江苏农业学报，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

国家自然科学基金项目（31101544）

杨森要，男，在读硕士研究生，研究方向为西甜瓜遗传育种。E-mail：YsY147a@163.com

胡建斌，男，教授，研究方向为西甜瓜遗传育种。E-mail：jianbinhu@henau.edu.cn