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栗杂交F1代群体遗传结构及其农艺性状关联分析

江锡兵 章平生 张东北 吴仁超 吴剑 吴聪连 赖俊声 龚榜初

引用本文:
Citation:

栗杂交F1代群体遗传结构及其农艺性状关联分析

    通讯作者: 龚榜初, gongbc@126.com
  • 中图分类号: S718.46

Genetic Structure and Association Analysis with Agronomic Traits of F1 Hybrids of Chestnut

    Corresponding author: GONG Bang-chu, gongbc@126.com
  • CLC number: S718.46

  • 摘要: 目的 解析控制栗属农艺性状的自然等位变异并获得与其相关联的SSR位点,为分子标记辅助选择和高效育种奠定基础。 方法 以涵盖9个杂交组合的235份栗杂交子代混合群体为材料,采用SSR标记对其进行群体遗传结构和连锁不平衡(LD)分析,并将32个高多态性SSR标记与25个农艺性状进行关联分析。 结果 统计概率P < 0.05时,32对SSR标记组成496个位点中存在一定的连锁不平衡,其中,74个位点的连锁不平衡水平较高,占总标记对的14.92%;而P < 0.01时,32个SSR位点间LD总体水平较低。群体遗传结构分析结果显示,当K=4时,Delta K值接近最大。据此,F1代混合群体被划分为4个亚群,且每个亚群中子代分布呈现出一定的遗传分化,平均混合度为0.120。GLM模型中,高达28个SSR标记位点与树高等24个农艺性状呈极显著关联,每个性状可检测到关联的SSR位点数1~22个不等,解释率范围为4.65%~24.02%;MLM模型中,得出26个SSR位点与树高等23个性状呈极显著关联,解释率范围为5.04%~24.02%。综合两种模型关联分析结果,发现15个SSR标记与树高等3个生长性状关联,14个SSR标记与1年生枝条长度等3个枝条性状关联,26个SSR标记与叶片长度等18个叶片表型及其光合生理性状关联。 结论 ICMA017s等15个SSR标记分别与树高等13个农艺性状高度关联,标记对性状的解释率均在10.00%以上,且存在同一标记与多个性状、同一性状与多个标记高度关联的现象。
  • 图 1  SSR标记毛细管电泳

    Figure 1.  Capillary electrophoresis of SSR markers

    图 2  不同K值下Delta K值的变化

    Figure 2.  Change of Delta K value under different K values

    图 3  杂交F1代群体遗传结构

    Figure 3.  Genetic structure of F1 hybrid population

    图 4  32个SSR标记间LD的分布情况

    Figure 4.  The distribution of LD among 32 SSR markers

    表 1  栗杂交组合概况

    Table 1.  Cross combination of chestnut

    组合编号
    Combination No.
    杂交组合
    Combination
    子代数量
    Number of hybrids
    C1YLZ 26 × YLZ 1414
    C2YLZ 26 × YLZ 1530
    C3YLZ 24 × YLZ 130
    C4YLZ 24 × YLZ 1530
    C5YLZ 1 × YLZ 2430
    C6YLZ 1 × YLZ 217
    C7YLZ 14 × YLZ 124
    C8魁栗 Kuili × YLZ 1530
    C9魁栗 Kuili × YLZ 130
    下载: 导出CSV

    表 2  GML和MLM模型关联标记及其对农艺性状的解释率

    Table 2.  Explanation ratio of associated markers with agronomic traits in GML and MLM models    %

    性状
    Trait
    树高
    Height/
    m
    地径
    Ground
    diameter/cm
    冠径
    Crown
    diameter/m
    1年生枝条粗度
    Annual branch
    thickness/mm
    1年生枝条长度
    Annual branch
    length/cm
    节间距
    Knot
    spacing/cm
    均值
    Mean
    6.23 ± 0.80 15.44 ± 3.23 5.08 ± 0.70 6.32 ± 0.61 42.38 ± 5.08 2.63 ± 0.30
    标记
    Marker
    GLM MLM GLM MLM GLM MLM GLM MLM GLM MLM GLM MLM
    CmTCR4 5.50 6.21 8.24 8.51 11.02 11.08
    CmTCR10 5.24 5.35 5.65 5.82
    CmTCR13 6.15 6.15 6.75 6.97
    CmTCR19
    CmTCR22 8.85 8.85 5.56 5.59 5.25 5.19 5.01 5.06 5.76 5.73
    CmTCR25
    CsCAT15 7.09 7.09 5.55 5.69
    CsCAT18 7.03 6.96
    CsCAT26 4.81
    CsCAT38
    CsCAT41
    CsCAT5 7.02 7.02 8.07 8.10
    CsCAT7 8.81 8.81 5.59 5.62 5.01 5.19
    CsCAT8 8.15 8.51
    EMCs15 8.60 8.60 4.88 7.50 8.19 6.68 6.79
    EMCs2
    EMCs4 5.06 5.11
    ICMA003 6.47 6.40
    ICMA010 7.55 7.55 9.48 9.52 4.67 5.10 7..93 7.80
    ICMA014
    ICMA017s 12.06 12.06 13.79 13.88 8.59 12.78 6.19 6.23
    ICMA022 6.57 6.57
    KT010a 5.84 5.84
    KT024a 8.66 8.78
    PRA86 7.75 7.74 5.17
    PRD21 11.60 11.60 7.49 7.50 5.67
    PRD26 11.75 12.21 7.10 7.22
    PRD52 5.45 5.59 6.64 8.58
    性状
    Trait
    叶柄长度
    Petiole
    length/mm
    叶片长度
    Leaf
    length/cm
    叶片宽度
    Leaf
    width/cm
    叶面积
    Leaf
    area/cm2
    叶片厚度
    Leaf
    thickness/mm
    叶形指数
    Leaf
    index
    均值
    Mean
    15.68 ± 2.74 16.87 ± 1.47 5.84 ± 0.61 71.29 ± 11.96 0.178 ± 0.030 2.93 ± 0.28
    标记
    Marker
    GLM MLM GLM MLM GLM MLM GLM MLM GLM MLM GLM MLM
    CmTCR4 6.09 6.18 6.68 6.68 8.02 8.23 10.75 10.75
    CmTCR10 6.08 5.97 4.81 6.08 6.72 6.65 6.70 6.19
    CmTCR13 7.09 7.10 6.82 6.82 9.86 9.84 7.07 7.07
    CmTCR19 4.82
    CmTCR22 6.63 6.61 8.85 8.85 8.28 8.41 7.02 9.03 5.79 5.81
    CmTCR25
    CsCAT15 8.25 8.29 10.83 10.83 12.47 12.64
    下载: 导出CSV
    ·续表2·
    性状
    Trait
    叶柄长度
    Petiole
    length/mm
    叶片长度
    Leaf
    length/cm
    叶片宽度
    Leaf
    width/cm
    叶面积
    Leaf
    area/cm2
    叶片厚度
    Leaf
    thickness/mm
    叶形指数
    Leaf
    index
    均值
    Mean
    15.68 ± 2.7416.87 ± 1.475.84 ± 0.6171.29 ± 11.960.178 ± 0.0302.93 ± 0.28
    标记
    Marker
    GLMMLMGLMMLMGLMMLMGLMMLMGLMMLMGLMMLM
    CsCAT18 7.92 7.93 12.24 12.24 9.43 9.46
    CsCAT26 9.26 9.26 8.98 9.03 7.92 7.92 6.70 6.73
    CsCAT38 4.66 6.62
    CsCAT41
    CsCAT5 7.20 7.22 8.63 9.31 5.93
    CsCAT7 8.07 8.09 16.70 16.70 18.73 18.51 8.48 14.69 5.15 5.21
    CsCAT8 6.48 8.31 6.98 7.07
    EMCs15 4.90 24.02 24.02
    EMCs2 7.23 7.36 6.65 6.65 7.91 8.19
    EMCs4 8.53 8.53 8.04 8.04 9.86 9.85
    ICMA003 7.83 7.80 5.84 6.73 6.20 6.20
    ICMA010 5.70 6.59 11.91 11.91 11.49 11.59 6.26 6.25
    ICMA014 5.86 6.48 5.98
    ICMA017s 9.72 9.81 16.69 16.69 14.17 17.46 6.85 9.07 5.34 5.36
    ICMA022
    KT010a 6.40 5.84 7.10 7.10 5.62 5.90
    KT024a 5.16 4.93 16.16 16.16 12.59 12.50 8.35 8.34
    PRA86 10.43 10.41 14.08 14.08 13.61 13.61 10.90 15.87 11.23 11.28
    PRD21 10.45 10.52 11.13 11.13 10.18 10.12 5.56 10.02 10.08
    PRD26 7.62 7.62 12.43 12.43 12.18 12.22 6.58 7.19 5.15 5.60
    PRD52 11.92 11.93 8.89 8.89 10.47 10.43
    性状
    Trait
    叶片鲜质量
    Fresh leaf
    weight/g
    叶片干质量
    Dry leaf
    weight/g
    比叶质量
    Specific leaf
    weight/(g·cm−2)
    叶绿素a
    Chlorophyll a/
    (mg·g−1)
    叶绿素b
    Chlorophyll b/
    (mg·g−1)
    叶绿素总量
    Chlorophyll a + b/
    (mg·g−1)
    均值
    Mean
    1.43 ± 0.31 0.68 ± 0.14 0.009 5 ± 0.001 0 0.42 ± 0.08 0.23 ± 0.03 0.65 ± 0.11
    标记
    Marker
    GLM MLM GLM MLM GLM MLM GLM MLM GLM MLM GLM MLM
    CmTCR4 9.96 10.25 11.98 12.53 11.62 11.39
    CmTCR10 7.30 6.22
    CmTCR13 9.65 9.67 11.00 11.15
    CmTCR19 4.68
    CmTCR22 6.16 6.24 6.91 7.06 8.27 7.23 5.05 5.24 7.05 7.69 5.64 5.94
    CmTCR25 5.86 6.40 6.63 7.11
    CsCAT15 7.41 7.56 8.37 8.65
    CsCAT18 9.12 9.20 13.17 13.35 5.02 4.65
    CsCAT26 5.72 6.20 5.78 6.25 7.77
    CsCAT38 4.97 5.21 6.60 7.11
    CsCAT41
    CsCAT5 8.77 8.78 10.13 10.20 6.16 5.79 5.89 4.78
    CsCAT7 11.36 11.13 12.46 11.99 9.27 8.16 4.91 5.86
    CsCAT8 6.24 6.30 7.11 7.23 5.15
    EMCs15 12.07 11.89 14.04 13.62 16.20 15.25
    下载: 导出CSV
    性状
    Trait
    叶片鲜质量
    Fresh leaf weight/g
    叶片干质量
    Dry leaf weight/g
    比叶质量
    Specific leaf weight/(g·cm−2)
    叶绿素a
    Chlorophyll a/(mg·g−1)
    叶绿素b
    Chlorophyll b/(mg·g−1)
    叶绿素总量
    Chlorophyll a + b/(mg·g−1)
    均值
    Mean
    1.43 ± 0.310.68 ± 0.140.0095 ± 0.00100.42 ± 0.080.23 ± 0.030.65 ± 0.11
    标记
    Marker
    GLMMLMGLMMLMGLMMLMGLMMLMGLMMLMGLMMLM
    EMCs2 7.96 8.36 10.68 11.48 4.65
    EMCs4 7.45 10.04 9.10 8.95
    ICMA003 5.16 5.09 5.84 6.30 4.77
    ICMA010 14.63 14.75 14.99 15.22 5.93 5.66 4.90
    ICMA014
    ICMA017s 13.73 13.86 15.50 15.76 7.52 7.16 6.09 4.97
    ICMA022
    KT010a 5.04 5.16
    KT024a 6.92 6.78 6.44 6.18
    PRA86 10.27 11.90 12.88 12.69 14.45 13.30
    PRD21 7.54 7.47 8.38 8.31
    PRD26 9.66 9.67 9.89 9.93 8.23 7.74
    PRD52
    性状
    Trait
    类胡萝卜素
    Carotenoids/
    (mg·g−1)
    叶脉分枝角
    Branch angle
    of vein/(°)
    叶缘齿数
    Number of leaf
    edge teeth
    叶尖角
    Leaf tip
    angle/(°)
    叶基角
    Leaf basal
    angle/(°)
    叶脉数
    Leaf vein
    number
    均值
    Mean
    0.47 ± 0.13 58.37 ± 3.84 30.88 ± 2.89 25.81 ± 7.16 112.98 ± 11.68 34.93 ± 2.70
    标记
    Marker
    GLM MLM GLM MLM GLM MLM GLM MLM GLM MLM GLM MLM
    CmTCR4 5.46 5.60
    CmTCR10 5.87 5.96 5.16
    CmTCR13 8.89 9.93
    CmTCR19 5.90
    CmTCR22 6.36 7.66
    CmTCR25 5.07
    CsCAT15
    CsCAT18 5.21 7.26 7.30 6.40 6.40
    CsCAT26 4.95
    CsCAT38
    CsCAT41 4.67
    CsCAT5 6.15 6.25
    CsCAT7 5.96 5.96
    CsCAT8 4.97
    EMCs15 5.47
    EMCs2
    EMCs4 7.95 7.95
    ICMA003 5.58 5.68 8.80 8.88 5.33
    ICMA010 8.44 8.54
    ICMA014
    ICMA017s
    ICMA022
    KT010a 5.06
    KT024a
    PRD86 9.47 9.47
    PRD21 5.76
    PRD26 7.20 7.20
    PRD52 5.07 5.04
    下载: 导出CSV

    表 3  性状高度关联SSR标记统计

    Table 3.  The traits with high associated SSR markers

    性状
    Trait
    显著关联标记
    Significant associated markers
    解释率
    Explanation ratio
    树高
    Height
    ICMA017s、 PRD21 11.60%~12.06%
    地径
    Ground diameter
    ICMA017s 13.79%~13.88%
    冠径
    Crown diameter
    ICMA017s 12.78%~12.78%
    1年生枝条粗度
    Annual branch thickness
    PRD26 11.75%~12.21%
    1年生枝条长度
    Annual branch length
    CmTCR4 11.02%~11.08%
    叶片长度
    Leaf length
    PRA86、PRD21、 PRD52 10.41%~11.93%
    叶片宽度
    Leaf width
    CsCAT7、CsCAT15、CsCAT18、 ICMA010、ICMA017s、
    KT024a、PRA86、PRD21、PRD26
    10.83%~16.70%
    叶面积
    Leaf area
    CsCAT7、CsCAT15、ICMA010、 ICMA017s、KT024a、
    PRA86、PRD21、PRD26、PRD52
    10.12%~18.73%
    叶片厚度
    Leaf thickness
    CmTCR4、EMCs15、PRA86 10.75%~24.02%
    叶形指数
    Leaf index
    PRA86、PRD21 10.02%~11.28%
    叶片鲜质量
    Fresh leaf weight
    CmTCR4、CsCAT7、EMCs15、ICMA010、ICMA017s、PRA86 10.25%~14.75%
    叶片干质量
    Dry leaf weight
    CmTCR4、CmTCR13、CsCAT5、CsCAT7、CsCAT18、
    EMCs15、EMCs2、ICMA010、ICMA017s、PRA86
    10.13%~15.76%
    比叶质量
    Specific leaf weight
    CmTCR4、EMCs15、PRA86 11.39%~16.20%
    下载: 导出CSV
  • [1] 张宇和, 柳 鎏, 梁维坚, 等. 中国果树志: 板栗榛子卷[M]. 北京: 中国林业出版社, 2005: 7-9.

    [2] 田寿乐, 明桂冬, 张美勇, 等. 中国板栗育种进展[C]//中国园艺学会干果分会第4届研讨会论文集, 新疆阿克苏, 2007: 79-84.

    [3] 赵永孝. 我国板栗育种工作的回顾与展望[J]. 落叶果树, 2000(3):16-17. doi: 10.3969/j.issn.1002-2910.2000.03.007

    [4]

    Zhang X, Zhang H, Li L J, et al. Characterizing the population structure and genetic diversity of maize breeding germplasm in Southwest China using genome-wide SNP markers[J]. BMC Genomics, 2016, 17: 697. doi: 10.1186/s12864-016-3041-3
    [5]

    Inoue E, Ning L, Hara H, et al. Development of simple sequence repeat markers in Chinese chestnut and their characterization in diverse chestnut cultivars[J]. Journal of the American Society for Horticultural Science, 2009, 134(6): 610-617. doi: 10.21273/JASHS.134.6.610
    [6] 田 华, 康 明, 李 丽, 等. 中国板栗自然居群微卫星(SSR)遗传多样性[J]. 生物多样性, 2009, 17(3):296-302.

    [7] 朱 蕾, 康 明. 板栗和锥栗同域居群的空间遗传结构[J]. 热带亚热带植物学报, 2012, 20(1):1-7. doi: 10.3969/j.issn.1005-3395.2012.01.001

    [8] 艾呈祥, 余贤美, 张力思, 等. 中国部分板栗品种的SSR标记[J]. 农业生物技术学报, 2007, 15(2):283-289. doi: 10.3969/j.issn.1674-7968.2007.02.020

    [9]

    Nie X H, Wang Z H, Liu N W, et al. Fingerprinting 146 Chinese chestnut (Castanea mollissima Blume) accessions and selecting a core collection using SSR markers[J]. Journal of Integrative Agriculture, 2021, 20(5): 1277-1286. doi: 10.1016/S2095-3119(20)63400-1
    [10]

    Nishio S, Terakami S, Matsumoto T, et al. Identification of QTLs for agronomic traits in the Japanese chestnut (Castanea crenata Sieb. et Zucc. ) breeding[J]. The Horticulture Journal, 2018, 87(1): 43-54. doi: 10.2503/hortj.OKD-093
    [11] 江锡兵, 汤 丹, 龚榜初, 等. 基于SSR标记的板栗地方品种遗传多样性与关联分析[J]. 园艺学报, 2015, 42(12):2478-2488.

    [12] 江锡兵, 章平生, 徐 阳, 等. 栗杂交F1代SSR标记遗传多样性分析[J]. 园艺学报, 2021, 48(5):897-907.

    [13] 章平生, 江锡兵, 徐 阳, 等. 栗属杂交F1代生长与枝条性状遗传变异及杂种优势分析[J]. 西北植物学报, 2020, 40(9):1582-1594.

    [14] 章平生, 江锡兵, 龚榜初, 等. 板栗与锥栗杂交F1代叶片表型变异及杂种优势研究[J]. 植物研究, 2021, 41(2):281-293. doi: 10.7525/j.issn.1673-5102.2021.02.016

    [15]

    Evanno G, Regnaut S, Goudet J. Detecting the number of clusters of individuals using the software STRUCTURE: A simulation study[J]. Molecular Ecology, 2005, 14(8): 2611-2620. doi: 10.1111/j.1365-294X.2005.02553.x
    [16]

    Gaut B S, Long A D. The lowdown on linkage disequilibrium[J]. Plant Cell, 2003, 15(7): 1502-1506. doi: 10.1105/tpc.150730
    [17]

    Flint-Garcia S A, Thornsberry J M, Buckler E S. Structure of linkage disequilibrium in plants[J]. Annual Review of Plant Biology, 2003, 54: 357-374. doi: 10.1146/annurev.arplant.54.031902.134907
    [18] 王荣焕, 王天宇, 黎 裕. 植物基因组中的连锁不平衡[J]. 遗传, 2017, 29(11):1317-1323.

    [19] 杨小红, 严建兵, 郑艳萍, 等. 植物数量性状关联分析研究进展[J]. 作物学报, 2007, 33(4):523-530. doi: 10.3321/j.issn:0496-3490.2007.04.001

    [20] 谭贤杰, 吴子恺, 程伟东, 等. 关联分析及其在植物遗传学研究中的应用[J]. 植物学报, 2011, 46(1):108-118.

    [21] 曹 珂, 王力荣, 朱更瑞, 等. 桃单果重与6个物候期性状的遗传关联分析[J]. 中国农业科学, 2012, 45(2):311-319. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2012.02.013

    [22] 张 琳, 王佩佩, 韩雅祯, 等. 油用牡丹主要相关性状与SSR分子标记的关联分析[J]. 东北林业大学学报, 2019, 47(3):31-37.

    [23] 郭晋杰, 刘文斯, 郑云霄, 等. 基于4个测交群体玉米籽粒品质相关性状关联分析[J]. 农业生物技术学报, 2019, 27(5):809-824.

    [24] 姚俊修. 鹅掌楸杂种优势分子机理研究[D]. 南京: 南京林业大学, 2013.

    [25] 蒋冬月. 柳树优良无性系遗传多样性及其重要性状的关联分析[D]. 北京: 中国林业科学研究院, 2015.

    [26] 刘昌勇. 日本落叶松生长及材性相关基因关联遗传研究[D]. 北京: 中国林业科学研究院, 2016.

    [27] 熊海铮. 豇豆遗传多样性及若干农艺性状关联分析[D]. 杭州: 浙江大学, 2016.

    [28] 张 军, 赵团结, 盖钧镒. 大豆育成品种农艺性状QTL与SSR标记的关联分析[J]. 作物学报, 2008, 34(12):2059-2069.

  • [1] 邵文豪王兆山张建国 . 基于SSR标记的油橄榄主要栽培品种子代父本分析. 林业科学研究, 2020, 33(3): 22-30. doi: 10.13275/j.cnki.lykxyj.2020.03.003
    [2] 王楠楠李金花王长海苏光灿付永平 . 基于SSR标记的父本分析研究油橄榄品种间的亲和性. 林业科学研究, 2017, 30(4): 640-647. doi: 10.13275/j.cnki.lykxyj.2017.04.015
    [3] 李义良赵奋成吴惠姗张应中李福明钟岁英李宪政蔡坚 . 湿加松亲本间遗传距离与杂种优势的相关性分析. 林业科学研究, 2012, 25(2): 138-143.
    [4] 张伟溪褚延广黄秦军张冰玉丁昌俊苏晓华 . 欧洲黑杨PnEXPA1基因多态性与稳定碳同位素比率的关联分析. 林业科学研究, 2014, 27(3): 349-355.
    [5] 郭志伟 . 我国选育出第一批早实核桃新品种. 林业科学研究, 1990, 3(3): 206-206.
    [6] 朱礼明黎梦娟张景波杨秀艳成铁龙 . 西伯利亚白刺基因组信息初探. 林业科学研究, 2020, 33(1): 144-151. doi: 10.13275/j.cnki.lykxyj.2020.01.019
    [7] . 毛红椿群体遗传结构的SSR分析. 林业科学研究, 2009, 22(1): -.
    [8] 赖焕林王章荣 . 马尾松种子园及其附近人工林的亲子代群体遗传结构分析. 林业科学研究, 1997, 10(5): 490-494.
    [9] 成星奇贾会霞孙佩张亚红胡建军 . 丹红杨×通辽1号杨杂交子代叶形性状的遗传变异分析. 林业科学研究, 2019, 32(2): 100-110. doi: 10.13275/j.cnki.lykxyj.2019.02.015
    [10] 徐悦黄兰李金花邓煜张建国曾艳飞 . 基于表型和SSR标记的陇南油橄榄品种鉴定与遗传多样性分析. 林业科学研究, 2022, 35(4): 33-43. doi: 10.13275/j.cnki.lykxyj.2022.004.004
    [11] 赵罕郑勇奇李斌张川红林富荣于雪丹程蓓蓓黄平 . 白皮松天然群体遗传多样性的EST-SSR分析. 林业科学研究, 2014, 27(4): 474-480.
    [12] 饶龙兵杨汉波郭洪英段红平陈益泰 . 基于桤木属转录组测序的SSR分子标记的开发. 林业科学研究, 2016, 29(6): 875-882.
    [13] 殷继艳张建国何彩云保尔江段爱国曾艳飞王健 . 新疆额尔齐斯河流域杨属植物种间关系的SSR分析. 林业科学研究, 2016, 29(1): 17-24.
    [14] 黄秦军苏晓华张香华 . 利用AFLP和SSR标记构建美洲黑杨×青杨遗传图谱. 林业科学研究, 2004, 17(3): 291-299.
    [15] 黄海燕杜红岩乌云塔娜朱高浦 . 基于SSR分子标记的杜仲遗传多样性体系建立. 林业科学研究, 2013, 26(6): 795-799.
    [16] 刘超张力鹏王春国宋文芹陈成彬 . 日本落叶松EST-SSR标记挖掘及特征分析. 林业科学研究, 2013, 26(S1): 60-68.
    [17] 秦倩王楠楠李金花苏光灿 . 油橄榄品种表型和SSR标记的多样性及聚类分析. 林业科学研究, 2016, 29(5): 676-681.
    [18] 贺君星马庆国裴东张俊佩 . 基于核桃参考基因组的SSR位点鉴定分析和单态性标记开发. 林业科学研究, 2022, 35(): 1-12.
    [19] 李振张勇魏永成孟景祥仲崇禄 . 短枝木麻黄种子散布模式及子代群体的遗传多样性分析. 林业科学研究, 2021, 34(5): 24-31. doi: 10.13275/j.cnki.lykxyj.2021.005.003
    [20] 李梅施季森甘四明何祯祥李力易能君 . 杉木杂交亲本分子遗传变异与子代生长相关的研究. 林业科学研究, 2001, 14(1): 35-40.
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-09-13
  • 录用日期:  2021-10-25
  • 网络出版日期:  2022-05-14
  • 刊出日期:  2022-08-20

栗杂交F1代群体遗传结构及其农艺性状关联分析

    通讯作者: 龚榜初, gongbc@126.com
  • 1. 中国林业科学研究院亚热带林业研究所,浙江 杭州 311400
  • 2. 浙江省庆元县自然资源和规划局,浙江 庆元 323800

摘要:  目的 解析控制栗属农艺性状的自然等位变异并获得与其相关联的SSR位点,为分子标记辅助选择和高效育种奠定基础。 方法 以涵盖9个杂交组合的235份栗杂交子代混合群体为材料,采用SSR标记对其进行群体遗传结构和连锁不平衡(LD)分析,并将32个高多态性SSR标记与25个农艺性状进行关联分析。 结果 统计概率P < 0.05时,32对SSR标记组成496个位点中存在一定的连锁不平衡,其中,74个位点的连锁不平衡水平较高,占总标记对的14.92%;而P < 0.01时,32个SSR位点间LD总体水平较低。群体遗传结构分析结果显示,当K=4时,Delta K值接近最大。据此,F1代混合群体被划分为4个亚群,且每个亚群中子代分布呈现出一定的遗传分化,平均混合度为0.120。GLM模型中,高达28个SSR标记位点与树高等24个农艺性状呈极显著关联,每个性状可检测到关联的SSR位点数1~22个不等,解释率范围为4.65%~24.02%;MLM模型中,得出26个SSR位点与树高等23个性状呈极显著关联,解释率范围为5.04%~24.02%。综合两种模型关联分析结果,发现15个SSR标记与树高等3个生长性状关联,14个SSR标记与1年生枝条长度等3个枝条性状关联,26个SSR标记与叶片长度等18个叶片表型及其光合生理性状关联。 结论 ICMA017s等15个SSR标记分别与树高等13个农艺性状高度关联,标记对性状的解释率均在10.00%以上,且存在同一标记与多个性状、同一性状与多个标记高度关联的现象。

English Abstract

  • 壳斗科(Fagaceae)栗属(Castanea Mill.)植物共有7个种,自然分布于欧亚及北美大陆的温带广阔地域。其中,板栗(C. mollissima Blume)、锥栗(C. henryi (Skan) Rehd. et Wils.)和茅栗(C. seguinii Dode)为我国特有种。栗属中国特有种在栗属植物研究和利用中占有重要地位,其品质优良,适应性和抗逆性强,尤其对栗疫病和墨水病具有较强的抵抗力,是进行食用栗品种改良的重要基因来源,对世界栗属资源保护和可持续利用具有重要作用[1]。我国栗属育种研究起始于上世纪50—60年代,通过常规育种方法选育了一大批应用于生产的优良品种等[2-3],目前传统的选择育种和杂交育种仍是栗属品种选育和性状遗传改良的主要方法。

    栗属为多年生木本植物,其童期长,选育一个新品种或对某一性状进行遗传改良周期漫长,至少需要10~15 a,且花费巨大。同时,栗属农艺性状大多是受微效多基因控制的数量性状,遗传基础复杂,且易受环境影响,导致传统的育种方法效率不高。确定控制农艺性状的自然等位变异,不仅有助于解析其遗传基础,且可以为分子标记辅助育种乃至定向育种提供有效的基因资源和分子标记,具有重要的理论意义和应用价值[4]。近年来,关联分析(Association analysis)成为解析复杂数量性状遗传基础的一个重要手段。关联分析又称连锁不平衡作图(Linkage disequilibrium mapping)或关联作图(Association mapping),是一种以连锁不平衡为基础,检测群体内处于连锁不平衡状态的标记或候选基因的遗传变异与目标性状显著关联频率的方法,目前已广泛应用于农林作物。截至目前,关联分析在林木中应用主要以自然群体为主,而以杂交群体为材料进行关联分析鲜有报道。

    简单重复序列(SSR)广泛分布于各类真核生物基因组中,为共显性标记,具有多态性高、重复性好、便于检测等特点[5]。SSR标记现已成为生物遗传特性研究的一种重要分子标记,被广泛应用于栗属植物遗传多样性分析、品种鉴定、遗传图谱构建等研究[5-11]。本课题组以锥栗种内、板栗和锥栗种间共9个杂交组合F1代群体(235个单株)为材料,前期采用32对高多态性栗属SSR标记对其遗传多样性、遗传效应等进行了分析[12]。在此基础上,本研究进一步对其进行群体遗传结构和连锁不平衡分析,并将SSR标记与F1代生长、枝条、叶片表型及其光合生理等农艺性状表型数据进行关联分析,以期获得与农艺性状相关的分子标记,为栗属植物分子标记辅助选择和高效育种奠定基础。

    • 供试材料为锥栗种内、锥栗和板栗种间共9个杂交组合235份杂交F1代单株及其亲本(表1)。其中,4个亲本YLZ 1、YLZ 2、YLZ 24和YLZ 26为浙江省审(认)定锥栗良种,YLZ 24早熟、大果高产,YLZ 26特别高产稳产,YLZ 1和YLZ 2耐贮藏、优质且适宜加工;YLZ 14和YLZ 15为锥栗优株无性系,均是晚熟、优质品系;‘魁栗’为浙江省板栗良种,果型特大,平均单果质量20~25 g。2011年通过人工控制授粉获得杂交种实,2012年播种育苗,2013年春季建立杂交子代测定林,同时栽植所有亲本1年生嫁接苗若干株,株行距4 m × 4 m,每年进行精细抚育管理,235份子代单株及其亲本生长发育状况良好。

      表 1  栗杂交组合概况

      Table 1.  Cross combination of chestnut

      组合编号
      Combination No.
      杂交组合
      Combination
      子代数量
      Number of hybrids
      C1YLZ 26 × YLZ 1414
      C2YLZ 26 × YLZ 1530
      C3YLZ 24 × YLZ 130
      C4YLZ 24 × YLZ 1530
      C5YLZ 1 × YLZ 2430
      C6YLZ 1 × YLZ 217
      C7YLZ 14 × YLZ 124
      C8魁栗 Kuili × YLZ 1530
      C9魁栗 Kuili × YLZ 130
    • 于2019年4月份采集235个子代单株及其亲本幼嫩、无病虫害的新鲜叶片,每个单株采集嫩叶3~5片,装于事先做好标记的自封袋中,并将自封袋置于装有干冰的泡沫箱中带回实验室。

      采用北京艾德莱生物科技公司生产的DNA试剂盒提取235份子代及其亲本基因组DNA,所提取的DNA经1%的琼脂糖凝胶电泳检测质量和紫外分光光度计测定浓度后,−20 ℃低温下保存备用。

    • 从120对引物中筛选出条带清晰、多态性高、重复性好的32对SSR引物,采用毛细管电泳仪对所有样本的SSR扩增产物进行分析(图1)。32对SSR引物具体信息、SSR扩增程序、毛细管电泳数据获得等内容详见本课题组前期研究[12]

    • 分别于2018—2019年(连续2 a)1、7、11月份对235份子代单株的枝条性状、叶片表型及其光合生理指标、生长性状进行调查测定,具体方法参照本课题组章平生等[13-14]前期研究。

    • 利用TASSEL 5.0软件和R语言完成标记间的连锁不平衡(LD)分析及关联分析,STRUCTURE 2.3.4 软件进行群体遗传结构分析。

      图  1  SSR标记毛细管电泳

      Figure 1.  Capillary electrophoresis of SSR markers

      根据R2确定标记间的关联程度,即假设有两个连锁的座位A和B,其等位基因分别为A、a和B、b,用πA、πa、πB、πb分别表示相应的等位基因频率,用πAB、πaB、πAb 和πab分别表示4种单倍型AB、aB、Ab和ab的频率,则实际观测到的单倍型频率与期望单倍型频率间的差异DR2的计算公式为:

      $ {D_{ab}} = {{\text{π }}_{{\text{AB}}}}{{ - }}{{\text{π }}_{\text{A}}}{{\text{π }}_{\text{B}}} $

      $ {R^2} = {({D_{ab}})^2}/{{\text{π }}_{\text{A}}}{{\text{π }}_{\text{a}}}{{\text{π }}_{\text{B}}}{{\text{π }}_{\text{b}}} $

      应用STRUCTURE 2.3.4软件估测栗杂交子代的群体遗传结构。依据Evanno等[15]的统计模型,以最大似然法和Delta K值对235份杂交子代进行亚群划分。数据录入后,初始阶段MCMC的不作数迭代默认设置为10000次,再将不作数迭代后的MCMC调为100000次,群体的数目(K)设为2~13,以此估计可能的群体数目。计算Q参数,作为关联分析的协变量。

      采用TASSEL 5.0软件中的一般线性模型(General linear model,GLM)和混合线性模型(Mixed linear model,MLM)对SSR标记和农艺性状进行关联分析。GLM以Q作为协变量进行回归分析;MLM 采用Q + K方法分析。

    • 群体遗传结构是影响连锁不平衡(LD)水平的一个重要因素,亚群数量的增加会使连锁不平衡的程度增强,可能导致多态性基因位点与目标性状间产生伪关联,造成假阳性结果的出现,因此,在进行关联分析时对群体遗传结构的分析是不可或缺的步骤。本研究结果显示,当K=4时,图像出现明显的拐点(图2),Delta K值也接近最大。据此,235个杂交F1代最终被划分为4个亚群(图3),平均混合度为0.120。

      图  2  不同K值下Delta K值的变化

      Figure 2.  Change of Delta K value under different K values

      图  3  杂交F1代群体遗传结构

      Figure 3.  Genetic structure of F1 hybrid population

      图3可知,235份杂交子代群体被划分为4个亚群,而并未按照其杂交组合分为9个亚群,但每个亚群中子代分布呈现出一定的遗传分化。其中,第1亚群主要包括组合C8(‘魁栗’ × YLZ 15号)和C9(‘魁栗’ × ‘YLZ 1号’),且有少部分组合C2、C6和C7的子代混入其中;第2亚群主要为组合C2(‘YLZ 26号’ × YLZ 15号)、C4(‘YLZ 24号’ × YLZ 15号)和C1(‘YLZ 26号’ × YLZ 14号),同样有少部分组合C3、C5和C7的子代混入其中;第3亚群主要包括组合C3(‘YLZ 24号’ × ‘YLZ 1号’)和C5(‘YLZ 1号’ × ‘YLZ 24号’),少部分组合C6和C7的子代混入其中;而第4亚群则主要为组合C6(‘YLZ 1号’ × ‘YLZ 2号’)和C7(YLZ 14号 × ‘YLZ 1号’),组合C9的个别子代混入其中。此结果与前期研究中UPGMA和PCA分类结果基本一致[12]

    • 利用TASSEL 5.0软件对32对SSR标记进行连锁不平衡(LD)分析,根据标记间R2来确定两两标记间的关联程度,利用R语言ggplot和pheatmap软件包对所得数据进行可视化分析(图4)。可以看出,统计概率P < 0.05时,32对SSR标记组成496个位点中存在一定的连锁不平衡(图4中对角线上面淡红及红色位点),其中,74个位点的连锁不平衡水平较高,占总标记对的比例为14.92%,其余位点的连锁不平衡水平相对较低;而P < 0.01时,大多数位点间连锁不平衡水平较低,且有37个标记对的R2值为0,表现出完全的连锁平衡现象。LD分析结果表明32个SSR位点间连锁不平衡总体水平较低。

      图  4  32个SSR标记间LD的分布情况

      Figure 4.  The distribution of LD among 32 SSR markers

    • 利用TASSEL 5.0软件一般线性模型(GLM)和混合线性模型(MLM)对杂交子代涵盖生长、枝条、叶片表型及其光合生理的25个农艺性状(连续2 a数据平均值)与32个SSR标记进行关联分析,并结合比较包法隆尼(Bonferroni threshold,P < 1/1048=9.5 × 10−4)阈值,对标记进行筛选,结果见表2

      表 2  GML和MLM模型关联标记及其对农艺性状的解释率

      Table 2.  Explanation ratio of associated markers with agronomic traits in GML and MLM models    %

      性状
      Trait
      树高
      Height/
      m
      地径
      Ground
      diameter/cm
      冠径
      Crown
      diameter/m
      1年生枝条粗度
      Annual branch
      thickness/mm
      1年生枝条长度
      Annual branch
      length/cm
      节间距
      Knot
      spacing/cm
      均值
      Mean
      6.23 ± 0.80 15.44 ± 3.23 5.08 ± 0.70 6.32 ± 0.61 42.38 ± 5.08 2.63 ± 0.30
      标记
      Marker
      GLM MLM GLM MLM GLM MLM GLM MLM GLM MLM GLM MLM
      CmTCR4 5.50 6.21 8.24 8.51 11.02 11.08
      CmTCR10 5.24 5.35 5.65 5.82
      CmTCR13 6.15 6.15 6.75 6.97
      CmTCR19
      CmTCR22 8.85 8.85 5.56 5.59 5.25 5.19 5.01 5.06 5.76 5.73
      CmTCR25
      CsCAT15 7.09 7.09 5.55 5.69
      CsCAT18 7.03 6.96
      CsCAT26 4.81
      CsCAT38
      CsCAT41
      CsCAT5 7.02 7.02 8.07 8.10
      CsCAT7 8.81 8.81 5.59 5.62 5.01 5.19
      CsCAT8 8.15 8.51
      EMCs15 8.60 8.60 4.88 7.50 8.19 6.68 6.79
      EMCs2
      EMCs4 5.06 5.11
      ICMA003 6.47 6.40
      ICMA010 7.55 7.55 9.48 9.52 4.67 5.10 7..93 7.80
      ICMA014
      ICMA017s 12.06 12.06 13.79 13.88 8.59 12.78 6.19 6.23
      ICMA022 6.57 6.57
      KT010a 5.84 5.84
      KT024a 8.66 8.78
      PRA86 7.75 7.74 5.17
      PRD21 11.60 11.60 7.49 7.50 5.67
      PRD26 11.75 12.21 7.10 7.22
      PRD52 5.45 5.59 6.64 8.58
      性状
      Trait
      叶柄长度
      Petiole
      length/mm
      叶片长度
      Leaf
      length/cm
      叶片宽度
      Leaf
      width/cm
      叶面积
      Leaf
      area/cm2
      叶片厚度
      Leaf
      thickness/mm
      叶形指数
      Leaf
      index
      均值
      Mean
      15.68 ± 2.74 16.87 ± 1.47 5.84 ± 0.61 71.29 ± 11.96 0.178 ± 0.030 2.93 ± 0.28
      标记
      Marker
      GLM MLM GLM MLM GLM MLM GLM MLM GLM MLM GLM MLM
      CmTCR4 6.09 6.18 6.68 6.68 8.02 8.23 10.75 10.75
      CmTCR10 6.08 5.97 4.81 6.08 6.72 6.65 6.70 6.19
      CmTCR13 7.09 7.10 6.82 6.82 9.86 9.84 7.07 7.07
      CmTCR19 4.82
      CmTCR22 6.63 6.61 8.85 8.85 8.28 8.41 7.02 9.03 5.79 5.81
      CmTCR25
      CsCAT15 8.25 8.29 10.83 10.83 12.47 12.64
      ·续表2·
      性状
      Trait
      叶柄长度
      Petiole
      length/mm
      叶片长度
      Leaf
      length/cm
      叶片宽度
      Leaf
      width/cm
      叶面积
      Leaf
      area/cm2
      叶片厚度
      Leaf
      thickness/mm
      叶形指数
      Leaf
      index
      均值
      Mean
      15.68 ± 2.7416.87 ± 1.475.84 ± 0.6171.29 ± 11.960.178 ± 0.0302.93 ± 0.28
      标记
      Marker
      GLMMLMGLMMLMGLMMLMGLMMLMGLMMLMGLMMLM
      CsCAT18 7.92 7.93 12.24 12.24 9.43 9.46
      CsCAT26 9.26 9.26 8.98 9.03 7.92 7.92 6.70 6.73
      CsCAT38 4.66 6.62
      CsCAT41
      CsCAT5 7.20 7.22 8.63 9.31 5.93
      CsCAT7 8.07 8.09 16.70 16.70 18.73 18.51 8.48 14.69 5.15 5.21
      CsCAT8 6.48 8.31 6.98 7.07
      EMCs15 4.90 24.02 24.02
      EMCs2 7.23 7.36 6.65 6.65 7.91 8.19
      EMCs4 8.53 8.53 8.04 8.04 9.86 9.85
      ICMA003 7.83 7.80 5.84 6.73 6.20 6.20
      ICMA010 5.70 6.59 11.91 11.91 11.49 11.59 6.26 6.25
      ICMA014 5.86 6.48 5.98
      ICMA017s 9.72 9.81 16.69 16.69 14.17 17.46 6.85 9.07 5.34 5.36
      ICMA022
      KT010a 6.40 5.84 7.10 7.10 5.62 5.90
      KT024a 5.16 4.93 16.16 16.16 12.59 12.50 8.35 8.34
      PRA86 10.43 10.41 14.08 14.08 13.61 13.61 10.90 15.87 11.23 11.28
      PRD21 10.45 10.52 11.13 11.13 10.18 10.12 5.56 10.02 10.08
      PRD26 7.62 7.62 12.43 12.43 12.18 12.22 6.58 7.19 5.15 5.60
      PRD52 11.92 11.93 8.89 8.89 10.47 10.43
      性状
      Trait
      叶片鲜质量
      Fresh leaf
      weight/g
      叶片干质量
      Dry leaf
      weight/g
      比叶质量
      Specific leaf
      weight/(g·cm−2)
      叶绿素a
      Chlorophyll a/
      (mg·g−1)
      叶绿素b
      Chlorophyll b/
      (mg·g−1)
      叶绿素总量
      Chlorophyll a + b/
      (mg·g−1)
      均值
      Mean
      1.43 ± 0.31 0.68 ± 0.14 0.009 5 ± 0.001 0 0.42 ± 0.08 0.23 ± 0.03 0.65 ± 0.11
      标记
      Marker
      GLM MLM GLM MLM GLM MLM GLM MLM GLM MLM GLM MLM
      CmTCR4 9.96 10.25 11.98 12.53 11.62 11.39
      CmTCR10 7.30 6.22
      CmTCR13 9.65 9.67 11.00 11.15
      CmTCR19 4.68
      CmTCR22 6.16 6.24 6.91 7.06 8.27 7.23 5.05 5.24 7.05 7.69 5.64 5.94
      CmTCR25 5.86 6.40 6.63 7.11
      CsCAT15 7.41 7.56 8.37 8.65
      CsCAT18 9.12 9.20 13.17 13.35 5.02 4.65
      CsCAT26 5.72 6.20 5.78 6.25 7.77
      CsCAT38 4.97 5.21 6.60 7.11
      CsCAT41
      CsCAT5 8.77 8.78 10.13 10.20 6.16 5.79 5.89 4.78
      CsCAT7 11.36 11.13 12.46 11.99 9.27 8.16 4.91 5.86
      CsCAT8 6.24 6.30 7.11 7.23 5.15
      EMCs15 12.07 11.89 14.04 13.62 16.20 15.25
      性状
      Trait
      叶片鲜质量
      Fresh leaf weight/g
      叶片干质量
      Dry leaf weight/g
      比叶质量
      Specific leaf weight/(g·cm−2)
      叶绿素a
      Chlorophyll a/(mg·g−1)
      叶绿素b
      Chlorophyll b/(mg·g−1)
      叶绿素总量
      Chlorophyll a + b/(mg·g−1)
      均值
      Mean
      1.43 ± 0.310.68 ± 0.140.0095 ± 0.00100.42 ± 0.080.23 ± 0.030.65 ± 0.11
      标记
      Marker
      GLMMLMGLMMLMGLMMLMGLMMLMGLMMLMGLMMLM
      EMCs2 7.96 8.36 10.68 11.48 4.65
      EMCs4 7.45 10.04 9.10 8.95
      ICMA003 5.16 5.09 5.84 6.30 4.77
      ICMA010 14.63 14.75 14.99 15.22 5.93 5.66 4.90
      ICMA014
      ICMA017s 13.73 13.86 15.50 15.76 7.52 7.16 6.09 4.97
      ICMA022
      KT010a 5.04 5.16
      KT024a 6.92 6.78 6.44 6.18
      PRA86 10.27 11.90 12.88 12.69 14.45 13.30
      PRD21 7.54 7.47 8.38 8.31
      PRD26 9.66 9.67 9.89 9.93 8.23 7.74
      PRD52
      性状
      Trait
      类胡萝卜素
      Carotenoids/
      (mg·g−1)
      叶脉分枝角
      Branch angle
      of vein/(°)
      叶缘齿数
      Number of leaf
      edge teeth
      叶尖角
      Leaf tip
      angle/(°)
      叶基角
      Leaf basal
      angle/(°)
      叶脉数
      Leaf vein
      number
      均值
      Mean
      0.47 ± 0.13 58.37 ± 3.84 30.88 ± 2.89 25.81 ± 7.16 112.98 ± 11.68 34.93 ± 2.70
      标记
      Marker
      GLM MLM GLM MLM GLM MLM GLM MLM GLM MLM GLM MLM
      CmTCR4 5.46 5.60
      CmTCR10 5.87 5.96 5.16
      CmTCR13 8.89 9.93
      CmTCR19 5.90
      CmTCR22 6.36 7.66
      CmTCR25 5.07
      CsCAT15
      CsCAT18 5.21 7.26 7.30 6.40 6.40
      CsCAT26 4.95
      CsCAT38
      CsCAT41 4.67
      CsCAT5 6.15 6.25
      CsCAT7 5.96 5.96
      CsCAT8 4.97
      EMCs15 5.47
      EMCs2
      EMCs4 7.95 7.95
      ICMA003 5.58 5.68 8.80 8.88 5.33
      ICMA010 8.44 8.54
      ICMA014
      ICMA017s
      ICMA022
      KT010a 5.06
      KT024a
      PRD86 9.47 9.47
      PRD21 5.76
      PRD26 7.20 7.20
      PRD52 5.07 5.04

      GLM模型中,高达28个SSR标记位点与树高等24个农艺性状呈极显著关联,每个性状可检测到关联的SSR位点数1~22个不等,解释率范围为4.65%~24.02%。不同性状关联的位点数不同,3个生长性状中,与树高相关联的位点数最多,达16个,其中位点ICMA017s、PRD21关联解释率相对较高,分别能解释12.06%、11.60%的树高变异,而其它位点的解释率均不足10.00%。3个枝条性状中,关联位点数最多的性状为节间距,但其位点解释率偏低,均在8.00%以下。在叶片表型及其光合生理性状中,叶片宽度、叶面积及叶片干质量关联的位点数最多,均达22个。其中,叶片宽度、叶面积均与位点CsCAT7表现出较高的关联解释率,分别为16.70%、18.73%;与叶片干质量关联解释率最高的位点是ICMA017s,能解释15.50%的叶片干质量变异;部分叶片性状关联的位点较少,如类胡萝卜素仅与位点CsCAT18相关联,叶缘齿数仅与ICMA003相关联,叶绿素a仅与CmTCR22和CsCAT18相关联,叶脉分枝角仅与CsCAT26和ICMA010相关联。此外,不同位点关联的性状数也不相同,其中位点CsCAT41仅能解释4.67%的叶尖角变异,位点ICMA022仅能解释6.57%的树高变异,而位点CmTCR22与树高、地径等17个农艺性状关联,关联的性状最多,但解释率均在10.00%以下。

      MLM模型中,得出26个SSR位点与树高等23个农艺性状呈极显著关联,解释率范围为5.04%~24.02%。与GLM模型关联分析的结果相比,部分性状关联的位点数以及部分位点关联的性状数均有所减少,但解释率差异不明显,其中位点CsCAT18不再与类胡萝卜素和叶绿素a关联,位点CsCAT26不再与叶脉分枝角关联。

      综合两种模型关联分析结果,发现15个SSR标记与树高、地径、冠径3个生长性状关联,14个SSR标记与1年生枝条长度、1年生枝条粗度、节间距3个枝条性状关联,26个SSR标记与叶片长度等18个叶片表型及其光合生理性状关联。进一步对各性状高度关联的SSR标记进行筛选分析,最终得出ICMA017s等15个标记分别与树高等13个农艺性状高度关联,标记对性状的解释率均在10.00%以上(表3)。其中,ICMA017s与3个生长性状高度关联,PRD21与树高性状高度关联,表明这2个SSR标记与栗树体生长高度相关;PRD26、CmTCR4分别与1年生枝条粗度、1年生枝条长度高度关联,表明这2个标记与栗枝条生长发育高度相关;PRA86等15个标记分别与代表叶片大小、形状、厚度以及质量的8个表型性状高度关联,表明这些标记与栗叶片生长发育高度相关,同时,叶片各性状高度关联的标记数量差异较大,其中叶片干质量高度关联的标记数量达10个,其次为叶片宽度和叶面积,均为9个,而叶形指数关联的标记数量最少,仅2个。此外,还存在同一标记同时与多个性状高度关联的现象,如ICMA017s与树高、地径、冠径、叶片宽度、叶面积、叶片鲜质量及叶片干质量均存在高度关联,PRD21与树高、叶片长度、叶片宽度、叶形指数均高度关联,CmTCR4与1年生枝条长度、叶片厚度、叶片鲜质量、叶片干质量及比叶质量均高度关联,表明某些标记位点可能同时控制多个性状,且某一性状同时受多个标记位点控制。

      表 3  性状高度关联SSR标记统计

      Table 3.  The traits with high associated SSR markers

      性状
      Trait
      显著关联标记
      Significant associated markers
      解释率
      Explanation ratio
      树高
      Height
      ICMA017s、 PRD21 11.60%~12.06%
      地径
      Ground diameter
      ICMA017s 13.79%~13.88%
      冠径
      Crown diameter
      ICMA017s 12.78%~12.78%
      1年生枝条粗度
      Annual branch thickness
      PRD26 11.75%~12.21%
      1年生枝条长度
      Annual branch length
      CmTCR4 11.02%~11.08%
      叶片长度
      Leaf length
      PRA86、PRD21、 PRD52 10.41%~11.93%
      叶片宽度
      Leaf width
      CsCAT7、CsCAT15、CsCAT18、 ICMA010、ICMA017s、
      KT024a、PRA86、PRD21、PRD26
      10.83%~16.70%
      叶面积
      Leaf area
      CsCAT7、CsCAT15、ICMA010、 ICMA017s、KT024a、
      PRA86、PRD21、PRD26、PRD52
      10.12%~18.73%
      叶片厚度
      Leaf thickness
      CmTCR4、EMCs15、PRA86 10.75%~24.02%
      叶形指数
      Leaf index
      PRA86、PRD21 10.02%~11.28%
      叶片鲜质量
      Fresh leaf weight
      CmTCR4、CsCAT7、EMCs15、ICMA010、ICMA017s、PRA86 10.25%~14.75%
      叶片干质量
      Dry leaf weight
      CmTCR4、CmTCR13、CsCAT5、CsCAT7、CsCAT18、
      EMCs15、EMCs2、ICMA010、ICMA017s、PRA86
      10.13%~15.76%
      比叶质量
      Specific leaf weight
      CmTCR4、EMCs15、PRA86 11.39%~16.20%
    • 农艺性状大多是受多基因控制的数量性状,且各性状间存在一定的关联,通过常规育种技术对农艺性状进行遗传改良往往效果不显著,且周期长、效率低。在DNA水平利用分子标记对农艺性状进行早期选择和辅助育种前景广阔。本研究以涵盖9个杂交组合的235份栗杂交子代混合群体为材料,在进行群体遗传结构和连锁不平衡(LD)分析的基础上,利用32个高多态性SSR标记与25个农艺性状进行关联分析,以获得与农艺性状相关联的SSR标记位点,从而为栗属植物分子标记辅助育种特别是杂交子代的选择和高效育种奠定基础。

      连锁不平衡也称为配子相不平衡(Gametic phase disequilibrium)、配子不平衡(Gametic disequilibrium)或等位基因关联(Allelic association),是指群体内不同座位等位基因(可以是标记,也可是基因/QTL间与标记)间的非随机关联[16]。LD在染色体上的分布一般用LD衰减散点图和LD配对检测的矩阵图来描述,前者可以观测LD随遗传或物理距离的衰减速率,后者可以直接观测同一染色体的基因座或基因的多态性位点间LD的线性排列[17]。本研究LD分析采用了后者,结果较为直观,统计概率P < 0.05时,32对SSR标记组成496个位点中存在一定的连锁不平衡,其中,74个位点的连锁不平衡水平较高,占总标记对的14.92%,其余位点的连锁不平衡水平相对较低;而P < 0.01时,32个SSR位点间连锁不平衡总体水平较低。LD水平决定了关联分析的解析精度,是开展关联分析研究的理论基础。LD的一个明显特性是群体依赖性,选择的群体不同,其LD水平显著不同。当所用群体来源有限时,其LD将维持在一个较高的水平。而选用多样性较高的群体则包括更多不同来源的研究个体,其LD水平一般较低;同时,群体混合可通过引进不同祖先来源和等位基因频率的染色体而影响群体的LD水平[18]。本研究所使用的材料为涵盖9个杂交组合235份杂交子代的混合群体,其亲本涉及锥栗和板栗2个物种的7个优良品种或优株无性系,并通过杂交即基因的交换和重组产生了大量的遗传变异类型,来源较为复杂多样,且前期研究表明不同组合子代群体具有丰富的遗传多样性(Shannon’s多样性指数范围0.8816~1.1317)[12],其LD水平较低。

      群体结构的存在和亚群内等位基因频率的不均等分布将导致多态性位点和表型的假阳性关联,分析群体遗传结构对表型性状的影响,对于防止假阳性关联是非常必要的[19]。因此,群体结构分析是关联分析的前提。本研究所用的栗不同杂交组合群体并非自然群体,在一定程度上不同组合间存在一定的亲缘关系,而对供试群体进行结构分析可将群体分为适宜的几个亚群,将群体结构信息作为协变量来进行关联分析,可以提高结果的准确性,在一定程度上使得假阳性得到控制。群体遗传结构分析表明,当K=4时,Delta K值接近最大。据此,235个杂交F1代群体最终被划分为4个亚群,且每个亚群中子代分布也呈现出一定的遗传分化,平均混合度为0.120。此结果与前期研究中UPGMA和PCA分类结果基本一致。

      关联分析又称连锁不平衡作图,是一种以基因间连锁不平衡为基础,鉴定某一群体内目标性状与标记间关系的分析方法。与连锁作图分析相比,关联分析所用群体具有更为广泛的遗传基础,可同时对同一基因座的多个等位基因进行分析,而绝大部分常规QTL作图所用群体通常为2亲本杂交重组后代,其基因座一般只涉及2个等位基因;同时,关联分析作图定位更为准确和具有更高的分辨率,可实现对QTL的精细定位,甚至直接定位到基因本身[20]。因此,关联分析与QTL作图分析既互为补充,又比连锁作图分析有着更为广泛的应用。曹珂等[21]以分布于桃(Prunus persica L.)8个连锁群上的53个SSR标记与104份桃地方品种单果质量及物候期性状表型数据进行关联分析,得到27个与桃单果质量及6个物候期性状关联的QTLs。作者等[11]以来自山东等10个省份95个板栗地方品种为试材,将17对SSR标记与板栗地方品种农艺性状进行关联分析,经假阳性检验发现叶柄长度和淀粉含量分别与标记CsCAT 5和CsCAT 22呈显著关联。张琳等[22]以筛选出的16对高多态性SSR标记对36份产油量较好、观赏性较佳的牡丹(Paeonia suffruticosa Andr.)材料进行关联分析,发现3个SSR位点与单株种子产量、聚合蓇葖果数等9个性状极显著关联(P < 0.01)。关联分析所使用材料既可以是自然群体,也可以是多亲本杂交混合群体。如对测交群体进行关联分析,可以直接定位F1杂种当代控制目标性状的遗传位点或区域,进而直接反映出F1杂种当代的遗传效应,是对传统连锁分析和关联分析群体定位结果的有益补充[23]。姚俊修从16个鹅掌楸(Liriodendron chinense (Hemsl.) Sarg.)种间杂交组合中抽取430份子代个体,在测定其树高和胸径两个表型性状的基础上,利用101个SSR标记检测每个个体的基因型;然后利用Tassel 3.0软件分析不同标记间的连锁不平衡(LD值),Structure 2.3软件对子代群体进行分群;在群体结构矫正基础上,将表型与分子标记进行关联分析,发现6个标记与树高性状相关联,7个标记与胸径性状关联[24]。本研究中,综合两种模型关联分析结果,发现15个SSR标记与树高等3个生长性状关联,14个SSR标记与1年生枝条长度等3个枝条性状关联,26个SSR标记与叶片长度等18个叶片表型及其光合生理性状关联。进一步对各性状高度关联的SSR标记进行筛选分析,最终得出ICMA017s等15个SSR标记分别与树高等13个农艺性状高度关联,标记对性状的解释率均在10.00%以上。

      同时,本研究发现存在同一标记同时与多个性状高度关联的现象,如ICMA017s与树高、地径、冠径、叶片宽度、叶面积、叶片鲜质量及叶片干质量7个性状均存在高度关联,CmTCR4与1年生枝条长度、叶片厚度、叶片鲜质量、叶片干质量及比叶质量等5个性状均高度关联,PRD21与树高、叶片长度、叶片宽度、叶形指数4个性状均高度关联;还存在同一性状与多个标记高度关联的现象,如叶片干质量高度关联的SSR标记数量多达10个,其次为叶片宽度和叶面积,均为9个,叶片鲜质量、叶片长度、比叶质量和树高性状高度关联的标记分别为5、3、3和2个。表明某些标记位点可能同时控制多个性状,且某一性状同时受多个标记位点控制。此现象在柳树(Salix babylonica L.)[25]、日本落叶松(Larix kaempferi(Lamb.)Carr.)[26]、豇豆(Vigna unguiculata (L.) Walp.)[27]的研究中也有发现。说明植物中存在一个基因控制多个农艺性状或者影响这些农艺性状的部分基因存在紧密连锁的现象,从而导致标记位点变异具有多效性[28]。据此推测生长、枝条、叶片表型及其光合生理等农艺性状的这种相关性可能是由于基因的一因多效表达或者是连锁不平衡产生的。

    • 供试杂交群体32个SSR位点间LD总体水平较低;根据Delta K值计算结果,235个栗杂交F1代混合群体被划分为4个亚群,且每个亚群中子代分布呈现出一定的遗传分化,平均混合度为0.120;综合GLM和MLM两种模型关联分析结果,得出15个SSR标记与树高等3个生长性状关联,14个SSR标记与1年生枝条长度等3个枝条性状关联,26个SSR标记与叶片长度等18个叶片表型及其光合生理性状关联。其中,ICMA017s等15个SSR标记分别与树高等13个农艺性状高度关联,标记对性状的解释率均在10.00%以上,且存在同一标记与多个性状、同一性状与多个标记高度关联的现象。研究结果为栗属植物分子标记辅助育种特别是杂交子代的选择和高效育种奠定了基础。

参考文献 (28)

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