绿豆产量相关农艺性状的QTL定位.docx

1、绿豆产量相关农艺性状的QTL定位绿豆产量相关农艺性状的QTL定位梅 丽1，蔡庆生2，徐 宁1，刘春吉3，程须珍1(1 中国农业科学院作物科学研究所，北京 100081；2广西农科院水稻所，南宁 530007；3澳大利亚联邦科学与工业研究组织植物研究所，澳大利亚昆士兰州 4068)摘要：以绿豆Berken/ACC41 F10重组近交系群体为作图群体，利用该群体已经构建的包含79个RFLP标记的分子连锁图谱，对北京和广西两个种植环境下的11个绿豆产量相关农艺性状进行QTL定位。结果表明，两个环境下共检测到产量相关性状QTL 63个（北京25个，广西38个），分布于除第13连锁群以外的12条连锁群。

2、大部分QTL只在单一环境下被检测到，说明产量相关QTLs与环境之间存在明显的互作。两个环境均能检测到的QTL仅有6个，分别为控制荚长、百粒重、生育期的QTLs，这些能在不同生态环境发挥效应的QTLs对于绿豆分子标记辅助育种具有重要作用。研究还发现2个QTLs富集区域和若干成束分布的QTLs，它们可能是发掘通用QTL的候选位点。关键词：绿豆；重组近交系；产量性状；QTL定位QTL Mapping of Yield-Associated Agronomic Traits in MungbeanMEI 、Li1, CAI Qing-sheng2, XU Ning1, LIU Chun-ji3, CH

3、ENG Xu-zhen1(1 Institution of Crop Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081; 2 Rice Research Institute, Guangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanning 530007; 3CSIRO Division of Plant Industry, Indooroopilly, Queensland 4068, Australia)Abstract: In order to analysis the

4、genetic and environment influence of the yield-associated traits in mungbean, RIL populations (F10) derived from the cross between an economical parent Berken and a wild parent ACC41 were planted in Beijing and Nanjing for their yield-associated agronomic traits evaluation. The results showed that i

5、n total of 63 QTLs were investigated in Beijing and Guangxi (25 in Beijing and 38 in Guangxi), located on twelve linkage groups except the 13th group. Most of the QTLs were detected in single environment, indicating the significant interactions between QTL and environment. Only 6 QTLs controlling po

6、d length, 100-seed weight and day to mature were detected in both Beijing and Guangxi environments. Those QTLs are important for mungbeans molecular-marker-assisted-breeding. Two regions on the 5 th and 9 th linkage groups with clustered QTLs relevant to multiple yield-associated agronomic traits an

7、d five linkage groups with bundled QTLs relevant to single agronomic trait identified in the study may provide the genetic loci of the universal yield QTL.Key words: Mungbean; Recombinant inbred line (RIL); Yield-associated agronomic traits; Mapping QTLs绿豆生育期短，播种适期长，耐瘠性强，并具有生物固氮能力，可以与禾谷、棉花、薯类等间作套种，是

8、良好的救荒和填闲作物1。随着人们生活水平的提高和膳食结构的改变，绿豆以其丰富的营养保健作用越来越受青睐2。深入研究绿豆产量相关农艺性状的遗传基础和相互关系是培育优质、高产绿豆的基础。然而，这些性状多是具有复杂遗传基础的数量性状，在选择中易受环境影响。因此，产量育种是品种改良的重点和难点3。基金项目：国家自然科学基金项目（30170635）；农业部作物种质资源保护项目(NB042212)；国家科技基础条件平台项目(2004DKA3038008)；“十一五”国家科技支撑计划项目（2006BAD02B08）作者简介： 梅丽，硕士研究生。Email：taxuexunmei82 通讯作者：程须珍（195

9、4）研究员，主要从事食用豆品种资源研究。Email：Chengxz 由于绿豆的基础研究相对薄弱，前人对诸如单株荚数、荚粒数、百粒重、株高、主茎分枝数、荚长、荚宽、单株产量和生育期等产量相关性状虽有大量研究47，但大多是应用传统的数量遗传学方法检测其整体遗传效应和环境效应，无法分析单个基因的遗传效应。分子数量遗传学和分子标记技术的发展，使剖析数量性状的多基因遗传成为可能8。随着分子标记检测技术的不断完善和应用以及高密度遗传图谱的构建，国内外对玉米8、水稻9、大豆10-11、扁豆12、黄瓜3等作物进行了产量相关农艺性状的数量性状位点（QTLs）定位，有的还鉴定和克隆了控制部分农艺性状的QTL基因1

10、3。由于豆象( Genus Callosobruchus )是对绿豆及其它豇豆属食用豆类危害最为严重的世界性仓储害虫14，国内外应用分子标记技术对豆象抗性基因位点进行定位的研究较多14-18。此外，还有不少关于绿豆抗白粉病19-21、抗花叶病毒病22、种子大小18、种子休眠性23、种皮结构及种皮颜色24-25基因定位的报道，但目前还未见对影响绿豆产量的多个农艺性状的QTL定位的综合报道。本试验利用绿豆Berken/ACC41产生的永久性重组近交系（RIL）群体，比较和评价北京和广西种植环境下11个产量相关农艺性状的遗传变异，并进行QTL分析，以期为产量性状QTL的精细定位和标记辅助选择提供技术

11、基础。1材料与方法1.1试验材料母本Berken（Vigna. radiata ssp. radiata）由美国俄克拉何马州立大学James Kirby博士培育，具有高产、直立、适应性好等优点；父本ACC41（Vigna. radiata ssp.sublobata）是澳大利亚Lawn博士在昆士兰州的萨默塞特奥马镇（15233E，277S）发现的野生绿豆，为多年蔓生类型，茎杆纤细，高抗豆象，但籽粒小，且对光温反应敏感26-27。从Berken/ACC41亚种内杂交F2代开始，利用单粒传得到包含227个F8家系的RIL群体28。2006年，将澳大利亚昆士兰州（15220E，2733S）收获的20

12、8个F9 RILs（由澳大利亚联邦科学与工业研究组织植物研究所刘春吉博士提供）分别在北京(11628E，3954N)和广西(10819E，2248N)种植收获F10 RIL群体。由于受光温反应和土壤因素的影响，北京种植的RILs只有178个家系出苗，143个家系正常开花结实；广西种植的RILs共有191个家系正常出苗并开花结实。1.2试验方法2006年6月15日和7月13日分别将208个F9 RILs种植在北京朝阳区楼梓庄试验场和广西农科院水稻所试验场内。完全随机区组设计，不设重复，每个家系种植2行，行长1.5m，行距0.5m，每行20粒种子。成熟时每小区按家系分别收获10个单株的种子，剩余单

13、株按家系混收。按照绿豆种质资源描述规范和数据标准中的绿豆性状描述标准对重组近交系进行田间调查，并对每个家系单独收获的10个单株依次进行考种。调查和考种项目包括出苗期、开花期、成熟期、株高、主茎节数、主茎分枝数、荚长、荚宽、单株荚数、单荚粒数、百粒重、单株产量等性状。1.3 数据分析遗传连锁图谱的构建参见文献23。图谱中的79个RFLP分子标记均匀地分布于13个连锁群上，总图距684.7cM，标记间平均距离为10.4cM。其中，来自ACC41的等位基因占整个群体基因型组成的43.70%，来自Berken的等位基因占56.30%，2测验显示群体组成符合11的分离比例(2=0.67单荚粒数荚宽。此外

14、，在广西环境下，单株产量还与荚宽呈低度极显著正相关，与主茎节数呈低度极显著负相关。表2 RIL群体产量相关农艺性状间的相关分析Table 2 Correlation coefficients (r) among the 11 important agronomic traits in the RIL population investigated in Beijing and Guangxi性状Trait来源SourcePHNOBRPLPWPPLCSWSPPYPFLNO北京0.573*广西0.645*BR北京0.264*0.165*广西0.522*0.705*PL北京0.203*0.127-0

15、.056广西0.0750.11910.056PW北京0.0850.038-0.0380.564*广西0.0120.068-0.192*0.607*PPL北京-0.062-0.053-0.0450.080.068广西-0.124-0.352*-0.0710.035-0.156*SPP北京0.179*0.0760.060.468*0.239*0.160*广西0.267*0.1290.143*0.599*0.240*0.097CSW北京0.1120.085-0.0410.498*0.621*0.0620.176*广西-0.0420.027-0.1380.579*0.659*0.0090.152*YP

16、北京0.041-0.002-0.1390.249*0.300*0.769*0.264*0.338*广西-0.207*-0.329*-0.237*0.399*0.343*0.604*0.246*0.585*FL北京0.201*0.254*0.314*-0.089-0.072-0.300*0.032-0.082-0.417广西0.167*0.0020.464*-0.115-0.453*0.228*0.149*-0.237*-0.08MAT北京0.162*0.263*0.220*0.034-0.051-0.379*-0.051-0.042-0.407*0.651*广西i0.186*0.0290.50

17、2*-0.12-0.489*0.275*0.138-0.251*-0.070.914* 表示5%显著水平; *1%表示显著水平，下同*: Indicates significant difference at p0.05;*: Indicates significant difference at p0.01; The same as below2.3 RIL群体单株产量与产量构成因子的通径分析通径分析结果表明（表3），在北京环境下，单株荚数对单株产量的直接贡献最大，其次为百粒重、单荚粒数、播种到开花天数；在广西环境下，生育期对单株产量的直接贡献最大，其次为荚宽、百粒重、单株荚数。表3 北京和

18、广西考察的10个产量构成因子对单株产量的通径分析Table 3 Path analysis on yield per plant with other 10 agronomic traits in the RIL population investigated in Beijing and Guangxi来源Source作用因子FactorsPHNOBRPLPWPPLSPPCSWFLMAT北京Beijing0.0880.024-0.072-0.0700.1080.678*0.118*0.212*-0.198*-0.003广西Guangxi0.0110.022-0.036-0.0690.487*

19、0.234*0.0630.240*0.131-0.671*2.4 RIL群体产量相关农艺性状的QTL分析通过改进的复合区间作图法对RIL群体的11个产量相关农艺性状进行QTL分析，2个环境共检测到63个QTL位点，分布于除第13连锁群外的其他12条连锁群上（表4）。其中，北京检测到25个QTL，广西检测到38个QTL。2个环境下共同检测的QTL有6个，分别为荚长、百粒重、生育期的QTL，其遗传方向一致，即均表现为来自母本Berken等位基因的增效作用。与株高有关的QTL有8个，分别位于第2、5、7、8、9连锁群，北京和广西分别检测到4个，单个QTL解释的表型变异在4.43%12.78%，8个位

20、点表现为5个增效，3个减效。与主茎节数有关的QTL有3个，位于第3、5连锁群，贡献率介于9.54%24.24%，增加主茎节数的等位基因均来自母本Berken。与主茎分枝数有关的QTL有9个，分别位于第1、2、5、8、9、11、12连锁群，贡献率介于3.73%22.64%，9个位点表现为3个增效，6个减效。检测到8个与荚长有关的QTL，分别位于第5、9、10、11连锁群，单个QTL解释的表型变异在5.65%18.17%，增加荚长的等位基因均来自母本Berken。其中，北京和广西共同检测到的影响荚长的QTL有3个，分别位于第5连锁群VrCS84-1mc17-3，第9连锁群pM213VrCS161，

21、和第11连锁群VrCS73VrCS170标记区间。与荚宽有关的QTL有12个，位于第2、4、6、7、8、9、12连锁群，贡献率介于4.66%12.28%，12个位点表现为9个增效，3个减效。北京和广西2个环境下均没有检测到影响单株荚数的LOD值3.0的QTL位点。检测到6个影响单荚粒数的QTL，位于第1、2、4、5、7连锁群，单个贡献率均介于5.05%11.56%，6个位点表现为3个增效，3个减效。与百粒重有关的QTL有7个，分别位于第2、5、8、10、11连锁群，贡献率介于4.87%11.40%，增加百粒重的等位基因均来自母本Berken，其中，北京和广西共同检测到的影响百粒重的QTL有2个

22、，分别位于VrCS365VrCS375及LpCS82VrCS65标记区间。检测到2个与单株产量有关的QTL，位于第3、8连锁群，贡献率分别为5.85%和6.30%，1个表现为增效，另1个表现为减效。检测到4个控制播种到开花天数的QTL，分别位于第2、9、12连锁群，贡献率介于4.95%34.53%，3个全部表现为减效。检测到4个控制生育期的QTL，位于第2、9连锁群，单个QTL的贡献率均大于10%，加性效应均表现为来自父本ACC41等位基因的减效作用。表4 RIL群体产量相关农艺性状的QTL定位及其遗传参数估算Table 4 Putative QTLs and their genetic parameter affecting the yield-related traits in the RIL population 性状Trait位点QTL标记区间Flanking marker连锁群linkage Gr