摘要
菊花(Dendranthema morifolium Ramat.)原产我国,是我国十大名花和世界四大切花之一,在花卉生产和园林绿化中占有重要地位。目前,关于菊花许多性状的遗传机制尚不十分明确,相关育种策略的报道甚少,无法满足现代菊花育种的需要。鉴于此,本文从数量遗传学的角度,重点以表型差异比较大的重瓣性高的匍匐型秋菊品种‘雨花落英’和单瓣性的直立型盆栽夏菊品种‘奥运含笑’的杂交F1群体在2008～2009两年度的表型数据研究了菊花观赏性状的杂种优势表现和主基因+多基因混合遗传模型；同时从分子数量遗传学的角度,以该F1代为作图群体,按照“双-假测交”作图策略构建了菊花连锁遗传框架图并采用WinQTLCartographer v2.5软件和复合区间作图法(LOD=2.5)对其观赏性状进行数量性状基因定位(QTL)分析,全面讨论了菊花观赏性状的遗传机制,为菊花分子标记辅助育种奠定基础。主要研究结果如下: 1.菊花重要性状的遗传分析 菊花株高、冠幅、株高/冠幅、节间长度、花颈长度、叶长、叶宽和叶长/宽比等8个营养性状在F1群体广泛分离,变异系数为11.54％～41.89％；杂种优势和超亲分离现象普遍存在,除叶宽外,其他7个性状的中亲优势值均达极显著水平。混合遗传分析表明,菊花株高、叶长和叶宽3个性状符合A-0模型,无主基因控制；冠幅符合A-2模型,主基因表现为加性,主基因遗传率为78.61％；株高/冠幅比、叶长/宽比和花颈长度3个性状表现为有两对主基因控制的B-2模型,主基因表现为加性-显性,其遗传率分别为40.33％、45.19％和99.56％；节间长度符合A-4模型,主基因表现为负向完全显性,主基因遗传率为51.46％。 菊花花径、舌状花数、舌状花长、舌状花宽、管状花数和心花直径等6个花器性状均存在一定的杂种优势。除管状花数外,花径、舌状花数、舌状花长、舌状花宽和心花直径5个花器性状的中亲优势值均达极显著水平,其中亲优势率分别为-3.19％、-25.17％、-4.46％、-12.81％和5.06％。舌状花长和舌状花宽2个性状无主基因控制；花径符合A-1模型,主基因加性效应(0.618)大于显性效应(0.168)；舌状花数符合B-2模型,第一对主基因加性效应(24.575)大于第二对(13.120)；管状花数符合A-4模型,主基因表现为负向完全显性；心花直径符合表现为加性效应的两对主基因控制的B-3模型。花径、舌状花数、管状花数和心花直径4个花器性状的主基因遗传率分别为66.69％、80.99％、58.24％和56.49％,属于高度遗传力。 菊花现蕾期、显色期,初花期、盛花期、衰败期和开花持续期等6个花期相关性状均存在一定的杂种优势,除开花持续期外,现蕾期、显色期、初花期、盛花期和衰败期5个花期性状的中亲优势值均达极显著水平,其中亲优势率分别为22.23％、17.60％、12.58％、12.45％和11.11%,且超亲分离现象普遍存在。混合遗传分析表明菊花盛花期符合B-6模型,由表现为加性.显性的两对主基因控制,其他5个花期性状符合B-1模型,由表现为加性.显性.上位性的两对主基因控制。控制上述6个花期性状的主基因遗传率分别为89.92％、49.30％、65.04％、28.56％、75.46％和71.70％。 2.菊花SRAP-PCR反应体系的建立及其应用 通过L16(45)正交试验,确立菊花的SRAP最佳反应体系为:1×PCR buffer,Mg2+3.125mmol·L-1、dNTPs187.5μmol·L-1、引物10μmol·L-1、模板DNA50ng、Taq DNA聚合酶0.5U,总体积20μL。各因素对SRAP-PCR扩增反应结果均有不同影响,其中以dNTPs浓度影响最大,Taq DNA聚合酶的影响最小。采用SRAP标记和单因素方差分析方法初步开展了SRAP标记与菊花花器性状的关联分析,筛选出与菊花花径、舌状花数、管状花数、舌状花长和舌状花宽显著相关联的SRAP标记位点分别为10、8、4、4和5个,其累计贡献率依次为35.781％、33.702％、16.175％、15.018％和20％,但是单个标记位点对目标性状变异的贡献率普遍较低,在2.815％～5.882％之间。Me4Em1-3、Me4Em9-4、Mel2Em4-1和Mel2Eml6-5等SRAP标记位点可以解释花器性状变异的贡献率比较大。 3.菊花连锁遗传图谱构建 采用双一假测交作图策略,以菊花‘雨花落英’ב奥运含笑’的142个F1代单株为作图群体,利用RAPD,ISSR和AFLP三种标记,分别构建菊花父母本遗传图谱。245个RAPD引物、77条ISSR_引物和48对AFLP引物组合中分别有57、24和8个表现出较好的多态性。三种标记共扩增出567条多态性位点,包括153个RAPDs,61个ISSRs和353个AFLPs,其中有163个为交叉位点,403个测交位点。对检测的567个标记位点进行卡方检验和连锁分析,有336个标记位点(约60％)连锁到父母本的遗传图中。母本‘雨花落英’遗传图覆盖菊花基因组1034 cM,包括44个连锁群和210个标记位点,标记间平均距离为6.2 cM。父本‘奥运含笑’遗传图覆盖菊花基因组1095 cM,包括33个连锁群和190个标记位点,标记间平均距离为6.9 cM。利用父母本遗传图中共有的64个交叉标记位点,发现父母本遗传图的连锁群有6组同源群。 在20个SRAP正向引物和25个SRAP反向引物组成的500对SRAP引物组合中,有262个(约50％)在作图群体中表现出较好的多态性,共产生896个多态性标记位点,其中23％表现为偏分离标记。通过Joinmap3.0软件(LOD≥4.0)建立的菊花品种 ‘雨花落英’遗传图含有333个标记位点,由57个连锁群组成,标记间平均图距为6.9 cM,累积图谱长度为1912.8 cM；‘奥运含笑’遗传图含有342个标记位点,有55个连锁群组成,标记间平均图距为6.6 cM,累积图谱长度为1887.9 cM。两个遗传图谱的基因组覆盖率分别为65％和66％。经Rouppe卡方检验和Kolmogorov-Smirnov与LillieforS单样本检验,相邻标记位点的图谱间隔距离在两份菊花遗传图谱上均为正态分布。 4.菊花主要性状的QTL定位研究 菊花株高、冠幅、株高/冠幅、节间长度和花颈长度5个株型相关营养性状以及叶长、叶宽和叶长/叶宽3个叶形相关营养性状在2008～2009两个年度(两种不同环境)的表型变异差异不显著,后代平均值介于双亲之间,同时普遍存在超亲分离现象,而且许多营养性状之间普遍存在表型相关性；在两年环境中共计检测到58个QTL与上述8个营养性状显著相关,分布于亲本‘雨花落英’遗传图的10个连锁群和‘奥运含笑’遗传图的14个连锁群上,单个QTL对表型变异的贡献率介于5.8％～18.82％之间。在2008年检测到的QTL中共计有14个于2009年在相同或相近的图谱区域也检测到,说明这些QTL受环境因素的影响较小,为较稳定的QTL。其中,PhE1Y3-1(PhE2Y3—2)、PhE1Y5(PhE2Y5)、PwE1A7(PwE2A7-2)、LflE1A1-1(LflE2A1-1)、LfwE1A13(LfwE2A13)和LflwE1A2(LflwE2A21)对表型变异的贡献率均在10％以上,为主效基因。 菊花花径、舌状花数、舌状花长、舌状花宽、管状花数和心花直径等6个主要花器性状在2008～2009两个年度表型差异不显著,性状表现稳定,性状平均值介于双亲之间,普遍存在超亲分离现象；6个花器性状均表现为连续性比较好的正态分布趋势,各性状间存在显著的表型相关性；在两年环境中共计检测到32个QTL与上述6个花器性状显著相关,主要分布在亲本‘雨花落英’遗传图的8个连锁群和亲本‘奥运含笑’遗传图的A5、A13、A20和A24共计4个连锁群连锁群上,单个QTL对表型变异的贡献率在6.17％～19.95％之间；在两年间共计检测到12对QTL分别所在连锁群上的标记区间相同,分别为同一个QTL且受环境因素影响较小,比较稳定；其中,FldE1Y1(FldE2Y1)、FldE1Y10(FldE2Y10)、RfnE1Y7(RfnE2Y7)、RflE1Y15-1(RflE2Y15-1)、RflE1Y15-2(RflE2Y15—2)、RflE1Y2(RflE2Y2)和CfdE1Y1(CfdE2Y1)对表型变异的贡献率为10.11％～19.95％,是比较稳定的主效基因。 菊花现蕾期、显色期、初花期、盛花期、衰败期和开花持续期等6个花期相关性状在2008～2009两年间差异不显著,F1群体各花期性状的平均值均介于双亲之间,普遍存在超亲分离现象,基本符合正态分布趋势,是典型的由多基因控制的数量性状；6个花期性状之间均存在极显著的正向或负向相关关系；在两年间共计检测到51个QTL与上述6个花期性状显著相关,主要分布在‘雨花落英’遗传图的12连锁群以及‘奥运含笑’遗传图的5连锁群上,单个QTL对表型变异的贡献率为2.51％～6.69％,LOD值介于2.51～6.69之间,单个QTL可以解释表型变异的贡献率为5.81％～22.7％；有13个QTL位点在两年中均检测到,特别是BdsE1Y15-1(BdsE2Y15-1)、BdsE1Y15-2(BdsE2Y15—2)、IfsE1Y5(IfsE2Y5)、FfsE1A1(FfsE2A1-1)、FfsE1Y21(FfsE2Y21)和DfsE1Y5(DfsE2Y5)对花期表型变异的贡献率在10％以上,为受环境影响较小的主效基因。
NETL