小豆粒色性狀遺傳的分析

李 明，姚麗珊，萬 平，趙 波，楊 凱，李奕松

(1.北京農學院植物科學技術學院，北京農業(yè)應用新技術北京市重點實驗室，北京102206;2.北京農學院生物科學與工程學院，北京102206)

小豆(Vigna angularis)是一年生草本植物，屬于豆科(Leguminosae)蝶形花亞科(Papilionaceae)菜豆族(Phaseolea)豇豆屬(Vigna)，起源于中國，是中國古老的栽培作物之一。中國是世界上最大的小豆生產國和出口國。小豆主要種植在東南亞的溫帶地區(qū)。由于中國、日本、韓國種植面積較大，小豆被稱作“亞洲作物”［1］。

小豆生長周期較短，適應性較廣，對生長環(huán)境的要求不高，在改善膳食結構、調整種植業(yè)結構和耕作制度、固氮環(huán)保、發(fā)展出口創(chuàng)匯農業(yè)方面有著重要作用［2］。盡管小豆被視為“小作物”，卻是中國傳統(tǒng)的出口創(chuàng)匯作物，產品銷往世界30多個國家和地區(qū)。隨著食品工業(yè)的迅速發(fā)展以及市場競爭日趨激烈，消費者對小豆品質的要求越來越嚴格。一般情況下，谷物的品質首先是由其籽粒大小、粒型以及種皮顏色3個表觀性狀進行判定。為了提高中國小豆在國際市場上的競爭力，進一步探明小豆粒色遺傳規(guī)律，有目的地導入優(yōu)良基因對提高籽粒品質是十分必要的［3］。日本高橋良直［4］首先進行各種粒色小豆的雜交試驗，并且推論它們是由7對基因控制，但對所調查的結果沒有統(tǒng)計學檢驗 ;成河等［5］對小豆白粒色、紅粒色和灰白粒色的遺傳規(guī)律進行研究，認為它們由2對基因控制;島田尚典［6］認為，控制明度指數(L*)、紅度指數(a*)和黃度指數(b*)的基因數分別為1～2、4和2個;金文林［7］分析紅底黑斑粒色和紅粒色遺傳規(guī)律，認為受一對基因控制，紅底黑花粒色對紅色粒色為顯性;金文林等［8］采用主基因+多基因混合遺傳模型分析方法對小豆籽粒顏色進行分析，認為小豆粒色是由2對主基因控制的，且主基因遺傳率表現(xiàn)較高;孟齡等［9］也采用主基因+多基因混合遺傳模型分析方法對小豆籽粒顏色進行研究，得到的結果與金文林等一致。除了對小豆粒色進行直接研究，還可通過其他與小豆粒色密切相關的表型性狀對小豆粒色進行間接研究。濮紹京等［10］認為，在盛莢期選擇葉片亮度較暗、綠色淺的植株，獲得粒色優(yōu)良材料的可能性較大。

1 材料與方法

1.1 材料 試驗親本材料由北京農學院小豆創(chuàng)新研究團隊提供(表1)。小豆親本粒色見圖1。

表1 供試材料的基本情況

1.2 方法 2010年將試驗材料配成AG118×GM285、GM27×GM633 2個組合，2011年獲得F1代，通過SSR標記技術鑒定真假雜種［11］，將真雜種種下，2012年收獲 F2代，統(tǒng)計F2代的粒色分離情況，并且分析是否符合孟德爾遺傳定律［12］。2013年將F2代種下以獲得F3家系，并且統(tǒng)計粒色是否還有分離。供試材料都種植于北京農學院小豆試驗地。播種行長3 m，行距40 cm，株距5～8 cm。小豆SSR引物ass071在雙親和F1擴增鑒定F1真假見圖2。

圖1 小豆親本粒色

圖2 小豆SSR引物ass071在雙親和F1擴增鑒定F1真假

2 結果與分析

黑粒色與紅粒色雜交F2代收到黑色粒色單株100株、米白粒色單株36株、紅粒色單株14株，χ2測驗表明，即F2代黑粒色、米白粒色和和紅粒色有2對基因控制，符合12∶3∶1的分離比，黑對米白為顯性，且黑粒色對米白色表現(xiàn)顯性上位性作用，米白對紅顯性。紅粒色與紅底黑斑粒色雜交F2代收獲紅底黑斑粒單株209株，紅粒單株72株，χ2測驗結果 χ2=0.0581＜ χ20.05，符合 3∶1 一對基因分離規(guī)律，紅底黑斑由單顯性基因控制，紅色由隱性基因控制(表2)。

表2 F2代籽粒色的分離比例

基因表示符號，根據不同粒色英文字母設置，AG118×GM285雜交組合中黑粒色由B表示，米黃粒由RW，紅粒色由rw表示，AG118、GM28及其 F2代基因型符號見表3。在GM276×GM633雜交組合中，紅底黑斑粒色由RB表示，紅粒由rb表示(表3)。

表3 父母本及F2群體的基因型

用AG118×GM285的F3家系進一步驗證黑?！妹装琢！眉t粒的基因分離比。將150 F2單株種植成F3家系，每行40粒種子，有8個家系沒有出苗，對收獲種子的129個家系進行粒色統(tǒng)計分析。BBRWRW、2BBRWrw、BB rwrw的F3家系全都為黑色;基因型BbRWrw的F3家系分離比為黑∶米黃=3∶1;基因型BbRWrw的F3家系分離比為黑∶米黃∶紅=12∶3∶1;基因型Bb rwrw的F3家系分離比為黑∶紅=3∶1;基因型bbRWRW的F3家系全為米黃色;基因型bbRWrw的F3家系分離比為米黃∶紅=3∶1;基因型bbrwrw的F3家系全為紅色(表4)。χ2檢測，χ2，驗證了F2代粒色遺傳分離比。

表4 AG118×GM285雜交組合F2與F3群體的基因型和粒色分離

3 討論

研究表明，小豆黑、米黃和紅粒色由2對基因控制，黑對米黃顯性，米黃對紅顯性，且黑色具有顯性上位性作用。紅底黑斑和紅粒色由1對基因控制，黑斑為顯性。而紅色為隱性。這與金文林［7］的研究結果一致。在小豆馴化和演化進程中，人工選出人們喜愛的由隱性基因控制的小豆紅色籽粒。研究表明，粒色是由色素的種類所決定的，色素含量間接地以不同粒色表現(xiàn)出來。笹村等［13］認為，產生“小豆粒色”色素是由于有花色素系統(tǒng)的存在。畑井朝子等［14-16］認為，黃酮醇型丹寧、花色素與小豆粒色有關。小豆的基本粒色和明暗、濃淡及均勻程度雖由品種遺傳因素決定，但色澤隨著生長條件、籽粒生長部位、采收后處理條件的差異發(fā)生變化［17］。小豆粒色基因的本質仍不清楚，需進一步通過基因定位和克隆、功能分析來研究確定。

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