芥蓝产量性状QTL定位

李桂花　陈汉才　张艳　黎庭耀　刘凯

摘 要 芥蓝的丰产性状是育种的重要目标性状，由于控制芥蓝的产量性状均为数量性状，常规育种进展缓慢，基因定位及分子标记辅助育种可提高选择效率。本研究利用2个产量差异大的芥蓝自交不亲和系冬强♀（产量高）与Lb07M（产量低）为亲本，构建F2分离群体，F2自交获得F2 ∶ 3家系，对产量性状进行了QTL定位分析。对F2 ∶ 3家系中单株重、单薹重、株高、薹高、叶长、叶宽、薹粗进行了调查，利用已构建首张芥蓝变种内的SSR和SRAP遗传图谱，结合田间性状调查数据，用QTLNetwork2.0软件通过混合线性复合区间作图法（MCIM）对7个产量性状进行了QTL分析。在10个连锁群中共定位了8个QTL位点，其中控制单薹重、单株重、株高、叶宽的QTL各1个，分别解释表型变异的18.4%，17.8%，19.1%，15.1%；控制主薹高和叶长的QTL各为2个，共解释表型变异的23.8%、22.1%。芥蓝产量性状的QTL定位结果可为分子标记辅助选择高产品种提供参考。

关键词 芥蓝；连锁群； 表型变异；QTL定位

中图分类号 S635.9 文献标识码 A

Abstract A segregating F2 population was generated from two Brassica oleracea var. alboglabra parents Dongqiang ♀（high yield）and Lb07M（low yield）. F2 ∶ 3 families were obtained by selfing each individual of the F2 population. EST-SSR，SSR and SRAP markers were used to construct the first intraspecific genetic linkage map for Brassica oleracea var. alboglabra. Plant weight， sprout weight， plant height， sprout height， leaf length， leaf width and sprout thickness in the F2 ∶ 3 families were investigated. Using the established SSR and SRAP genetic map of Brassica oleracea in combination with field data， QTL analysis of the 7 characteristics was performed by Mixed Composite Interval Mapping with software QTLNetwork 2.0. Eight QTL were detected in 10 linkage groups， including those for sprout weight， plant weight， plant height， leaf width， which explained 18.4%， 17.8%， 19.1% and 15.1% of the phenotypic variation， respectively； Two QTL were detected for sprout height， leaf length， which explained 23.8% and 22.1% of the phenotypic variation， while no QTL were detected for controlling sprout thickness. Our findings can be used to identify markers linking to the QTLs for marker-assisted selection in the practical breeding program.

Key words Chinese kale（Brassica oleracea var. alboglabra）； Linkage group； Phenotypic variation； QTL locations

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2015.07.006

芥蓝（Brassica oleracea var. alboglabra）属十字花科芸薹属一二年生草本植物，是甘蓝的一个变种[1]，以肉质菜薹或叶片为食用器官，肉质脆嫩，风味清甜，营养丰富。芥蓝是起源于中国华南地区的一种特色蔬菜[2]，主产区有广东、广西、福建和台湾等省（区），沿海及北方大城市郊区也有少量栽培。主产区芥蓝除市销、北运外，还远销港澳及东南亚、欧美等国家和地区，深受广大消费者喜爱[3]。构成芥蓝产量性状的因素如单株重、单薹重、株高、薹高、叶长、叶宽等性状均为数量性状，数量性状的选择周期长，见效慢。迄今仍不清楚有几个基因作用于芥蓝的一个数量性状及其所处的位置。分子标记遗传图谱的构建及数量性状QTL定位为解决上述问题提供了新的途径和思路。芸薹属甘蓝种最早的连锁图谱是Slocum等[4]以broccoli×cabbage F2群体为作图群体，利用258个RFLP标记构建的一张覆盖甘蓝基因组长度820 cM的连锁图谱。随后不同实验室利用甘蓝种内或变种间材料构建了各自的遗传图谱[5-8]。在构建遗传图谱的基础上，前人对芸薹属的数量性状研究较多的主要有抽薹开花[9]、商品菜的颜色[10]、抗性[11]等，对产量性状研究较少，而芥蓝在这些方面的研究几乎空白。丰产性状是芥蓝育种的重要目标，采用分子遗传图谱对单薹重、单株重、株高、薹高、叶长、叶宽、薹粗等产量性状进行QTL定位，为分子标记辅助选择丰产芥蓝品种提供了重要的技术依托。

1 材料与方法

1.1 材料

本研究用于芥蓝主要产量性状调查及QTL定位群体为F2 ∶ 3家系。F2 ∶ 3家系是以广东省农业科学院蔬菜研究所育成的自交不亲和系冬强♀作为母本，Lb07M作为父本，杂交得到F1，F1自交得到F2，每个F2代植株自交获得F2 ∶ 3家系。由于双亲均为自交不亲和系，F2全部采用蕾期人工授粉，造成个别单株种子量不足。本研究中除去种子量少的3株（少于30粒）及F2群体中死苗的3株共171个家系。

上述F2 ∶ 3家系于2014年1月7日播种，2014年2月6日定植于广东省农业科学院蔬菜研究所白云基地，为减少实验中边行优势带来的误差，每畦地种植2行，每个F2 ∶ 3家系设2个重复，每个重复种植15株，田间种植为随机区组设计。

1.2 方法

主要产量性状的调查从第一朵花完全开放开始收获并进行调查，考察及记载标准按广东省芥蓝区域试验标准及芥蓝种质资源描述规范和数据标准[12]，具体如下：

单株重：去根后单株重。

单薹重：从倒数第三叶至花薹的重量。

株高：植株基部与地面接触处量至植株顶叶片最高处的自然高度。

薹高：从倒数第三叶至花薹的长度。

薹粗：薹最粗处的粗度。

最大叶长：自叶片基部量至叶片先端（不包括叶柄）的长度。

最大叶宽：叶片最宽处的宽度。

1.3 数据处理

数据调查为F2 ∶ 3群体171家系，每个家系调查2个重复，每个重复15株，取15株平均值，分别得到2个重复的数据后，再使用2个重复的平均数，获得171个家系各产量性状2个重复平均值数据。将上述数据采用Microsoft Excel工作表统计芥蓝单株重、单薹重、株高、薹高、叶长、叶宽、薹粗等性状进行表型数据统计分析，采用本研究室已构建的芥蓝 SSR、SRAP遗传图谱和QTL Network 2.0软件，根据混合线性复合区间作图法[13]进行 QTL作图。利用Mapchart软件[14]绘制QTL分布图。QTL的命名采用“英文简写+QTL序号”的方法，例如单薹重（sprout weight，sw）sw.1表示检测到的单薹重的第1个QTL。

2 结果与分析

2.1 芥蓝产量性状表型及差异

亲本及F1和作图群体F2 ∶ 3的表型见表1。从表1可知，双亲性状差异极为明显，其中P1的单薹重、单株重、薹粗、主薹高、株高等性状均明显高于亲本P2。单薹重、单株重、薹粗、主薹高、株高的F1在两亲本之间。F2 ∶ 3分离群体除株高、主薹高、叶长、叶宽有低于低值亲本外，其余也均在两亲本之间。F2 ∶ 3的7个产量性状在群体中均发生明显分离，表现为连续变化，单一峰值，并且偏度值均小于2。单株重、单薹重偏向于母本，所有调查的产量性状基本符合正态分布（图1）是数量性状，由微效多基因控制，可以对其作进一步的QTL定位研究。

2.2 芥蓝SSR和SRAP连锁图谱的构建

利用芥蓝自交系间杂交的F1经自交后得到的F2为作图群体，利用前期研究的SSR和SRAP分子标记方法构建的首张芥蓝变种内分子遗传图谱。采用Joinmap 4.0[15]软件对F2分离群体进行分子连锁图谱构建，该遗传图谱包含了10个连锁群，共有144个标记位点（其中包含72个SSR标记，72个SRAP标记），另外有45个标记未上任何连锁群。连锁群长度为18.8～182.0 cM，覆盖基因组长度为1 173.8 cM，平均图距为8.15 cM，连锁群上的标记数为4～29个。

2.3 芥蓝产量性状的QTL定位

利用本研究室已构建的芥蓝遗传图谱，结合田间性状调查数据，用QTL Network 2.0软件通过MCIM对芥蓝7个产量性状进行了QTL分析，共检测到8个QTL（表3，图2），其中单株重1个QTL、单薹重1个QTL、株高1个QTL、薹高2个QTL、叶长2个QTL、叶宽1个QTL、薹粗未能检测出QTL。

检测出控制单薹重QTL1个，即sw.1，其中sw.1位于LG6上，介于分子标记08c0096～08c0953之间，与08c0096共分离，遗传贡献率为18.44%，该位点上的等位基因为增效基因，其加性效应、显性效应均为正值，分别为6.83、0.87。

控制单株重QTL1个，即pw.1，其中pw.1位于LG6上，介于分子标记08c0096～08c0953之间，与08c0096共分离，与控制单薹重的sw.1在于同一位置，遗传贡献率为17.79%。该位点上的等位基因为增效基因，其加性效应、显性效应均为正值，分别为7.19、0.999。

控制单株重QTL2个，即sh.1、sh.2，其中sh.1位于LG6上，sh.1介于分子标记08c0096～08c0953之间，与08c0953相对较近，相距2.4 cM。遗传贡献率为14.07%，该位点上的等位基因为增效基因，其加性效应、显性效应均为正值，分别为1.53、0.77。sh.2位于LG7上，介于分子标记08c0687～08c0226之间，与08c0226相对较近，相距4.0 cM。遗传贡献率为7.51%，该位点上的等位基因为减效基因，其加性效应、显性效应均为负值，分别为-1.25、-0.60。2个QTL共解释表型变异的23.79%。

控制株高QTL1个，即ph.1，位于LG6上，ph.1介于分子标记08c0096～08c0953之间，与08c0096相对较近，相距2.4 cM。遗传贡献率为19.06%，该位点上的等位基因为增效基因，其加性效应、显性效应均为正值，分别为1.95、0.92。株高与薹高检测到的ph.1和 sh.1位于LG6的同一位置。

控制叶长QTL2个，即ll.1、ll.2，其中ll.1位于LG6上，ll.1介于分子标记08c0096～08c0953之间，与08c0096共分离。遗传贡献率为11.16%，其加性效应正值、显性效应为负值，分别为1.02、-0.05。ll.2位于LG1上，ll.2与08c0020-350共分离，遗传贡献率为10.59%，该位点上的等位基因加性效应正值、显性效应均为负值，分别为0.85、-0.23。2个QTL共解释表型变异的22.10%。

控制叶宽QTL1个，即lw.1，位于LG6上，lw.1介于分子标记08c0096～08c0953之间，与08c0096共分离。遗传贡献率为15.03%，该位点上的等位基因为增效基因，其加性效应、显性效应均为正值，分别为0.897、0.117。叶长、叶宽、单株重、单薹重检测到的ll.1、lw.1、pw.1、sw.1位于LG6的同一位置，且与08c0096共分离。

2.4 芥蓝主要产量构成因素相关性分析

作物各种产量性状是相互作用的结果，各性状间存在着不同程度的相关，对一个性状的选择必然会影响到另一性状的选择效果。因此，了解各主要产量性状的相关性，有助于提高选择效果和对品种资源的正确评价等。本试验调查的6个与产量有关的性状在F2 ∶ 3群体中表现出不同程度的极显著正相关（表2），单株重与单薹重、株高、薹高、叶长、叶宽呈极显著正相关，其中表型遗传相关大小依次为单薹重﹥叶宽﹥叶长﹥薹高﹥株高；单薹重也与株高、薹高、叶长、叶宽呈极显著正相关，表型遗传相关大小依次为叶宽﹥叶长﹥薹高﹥株高；说明要提高芥蓝的丰产性，同时改良这5个性状是可行的，这些结果对芥蓝丰产性的选育无疑具有积极的指导意义。

3 讨论与结论

许多研究发现，相关性紧密的性状，其QTL常位于基因组相同或相近的区域。Tuberosa等[16]认为，QTL分析为阐明性状间的相关提供了有用的信息，并提出了性状相关可能存在的4种原因：（1）控制不同性状的两个基因紧密连锁，分布在染色体的相同或相邻区域；（2）同一个单一功能的基因，对一系列的基因起调控作用；（3）同一个基因能控制两个或多个不同的性状；（4）两个紧密连锁的基因同时控制不同的性状。推测数量性状间表型的相关可能源于控制数量性状的QTL位点的相关[17-18]。

本研究表明单薹重与单株重二者的相关系数达到0.991，表现为极显著正相关，同时单株重与单薹重、薹高等均达显著正相关，因此提高单株重、单薹重、薹高均能提高产量。QTL分析表明单薹重中1个QTL与单株重一致，分别位于LG6，且在同一位置。该结果可能表明芥蓝产量性状之间紧密相关，其QTL位点也具有分布相同连锁群或相近位点的特点。

控制产量性状的QTL在基因组中并非均匀分布，而是集中分布在LG6连锁群上，在水稻的株高及其产量构成因素的QTL检测中也出现同样的现象[19]。同时LG1连锁群上有1个控制叶长的QTL，LG6连锁群上有1个控制主薹高的QTL。叶长、叶宽、单株重、单薹重的QTL在LG6的同一位置，与08c0096共分离；株高与薹高的QTL也在LG6的同一位置，与08c0953相距2.4 cM，与08c0096相距3.0 cM。这些QTL的集中分布可能是由于这些性状间存在相关性或这些相关性状由同一类QTL控制。

芥蓝的单薹重、单株重、薹粗、薹高、株高、叶长、叶宽等性状态表现受基因和环境互作的影响大。有关研究表明[20]QTL与环境的互作效应比QTL的主效应更多地被检测到，而QTL与环境之间的互作也为不同的学者在不同的作物中证实[21-22]，赵彦宏等[23]对水稻单穗粒重进行了QTL定位分析，共检测到9个与单穗粒重相关的QTL，其中7个具有环境互作效应。芥蓝的单薹重、单株重、株高、薹高、叶长、叶宽等产量性状表现受环境和环境互作的影响大，而本试验只在单一环境下进行，无法检测到相应的互作QTL。

本研究没有检测到主效QTL（>30%），F2 ∶ 3家系于2014年1月份种植，由于该季节是广州温度最低的季节，因此芥蓝很容易未熟抽薹，由于营养生长不充足，导致产量性状偏低，本来计划在不同季节种植以减小环境误差，然而由于双亲均为自交不亲和系，F2全部采用人工蕾期授粉，很多单株的种子量不多，只种植了一造，因此关于产量性状的QTL需要进一步的实验来进行验证。

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