基于BinMap 的大麥耐鹽QTL 整合

沈會權， 張英虎， 喬海龍， 臧 慧， 陶 紅， 欒海業(yè)， 陳 健， 陳 和

(江蘇沿海地區(qū)農(nóng)業(yè)科學研究所，江蘇 鹽城224002)

鹽害是影響作物產(chǎn)量的重要非生物脅迫，全球約6%的土壤受到鹽分脅迫，提高作物耐鹽性，是許多作物的育種目標之一。大麥是世界上僅次于小麥、水稻、玉米的第4 大谷類作物，在禾谷類作物中耐鹽性最強［1-4］。分子育種技術被認為是21 世紀作物改良的基礎技術［5］，分子標記輔助選擇育種作為前沿作物育種技術，正逐漸成為作物育種的主流［6］。QTL(Quantitative trait locus)定位即尋找控制數(shù)量性狀的基因在基因組中的位置，許多研究者對大麥耐鹽性狀進行了QTL 定位研究［7-12］。

隨著參考圖譜的建立，不同研究者利用不同群體定位到的QTL 對應到參考圖譜上，進而可以比較和利用不同的定位結果［13］。大麥已建立多個參考圖譜［14-15］。Marcel 等［16］定位了大麥褐銹病QTL，并整合前人定位的QTL 到參考圖譜上;Baum 等［17］將大麥耐濕性QTL 整理到BinMap 圖譜上。但對大麥耐鹽QTL 的整理目前還未見報道。本研究擬通過收集大麥耐鹽相關QTL，整理QTL 的表型變異解釋率，了解不同群體、不同耐鹽性狀的QTL 效應構成，并將利用不同群體定位到的耐鹽QTL 整合到參考BinMap 上，從總體上全面了解大麥耐鹽相關QTL，為開展大麥耐鹽分子育種研究提供信息。

1 材料與方法

1.1 參考圖譜的選擇

從網(wǎng)站(http://barleygenomics.wsu.edu)下載BinMap 圖譜，該圖譜是Steptoe×Morex 組合，利用1 764個標記建立，總共包含了99 個Bin(由遺傳距離較近的標記組成的區(qū)間)。

1.2 大麥耐鹽QTL 信息的收集

從已發(fā)表的文獻中收集大麥耐鹽相關的QTL 信息，包括QTL 名稱、所在連鎖群、其緊密連鎖標記和表型變異解釋率。分析不同生長時期檢測的耐鹽指標。將QTL 的表型變異解釋率大于等于10% 的QTL 定義為大效應QTL，小于10%的QTL 定義為小效應QTL，分析各耐鹽性狀QTL 的效應構成。將收集到的大麥耐鹽相關的QTL 按發(fā)芽期、苗期和成熟期3 個時期進行分類。其中發(fā)芽期測定發(fā)芽率;苗期測定根干質量，根鮮質量，根中Na+、K+、SO2-4、Ca2+濃度及Na+∶ K+，相對芽鞘長度(鹽脅迫芽鞘長度/對照芽鞘長度)，芽鞘干質量，芽鞘長度，芽鞘中Cl-、K+、Na+濃度及Na+∶ K+，鹽脅迫指數(shù)(鹽脅迫下芽鞘干質量/對照下芽鞘干質量)，葉片中葉綠素含量，葉片數(shù)，葉片干質量，葉片鮮質量，鹽脅迫下葉片鮮質量/對照下葉片鮮質量，植株存活率和黃葉數(shù)綜合指標;成熟期測定分蘗數(shù)、每行穗數(shù)、單株干質量、單株粒數(shù)、單株穗數(shù)、株高、籽粒產(chǎn)量，共32 個耐鹽指標。

1.3 大麥耐鹽QTL 在BinMap 上的整合

將QTL 緊密連鎖標記和參考圖譜BinMap 加以比對，分為4 種情況:(1)QTL 緊密連鎖標記位于BinMap 上，則該QTL 在BinMap 上的位置就用其緊密連鎖標記在BinMap 上的位置來代表;(2)QTL 緊密連鎖標記不在BinMap 上，但根據(jù)網(wǎng)站(http://wheat.pw.usda.gov/GG2/index.shtml)的 內(nèi)容能找到位于BinMap 上且和QTL 緊密連鎖標記的遺傳距離較近(5 cM 之內(nèi))的標記，將該標記作為該QTL 在BinMap上的位置;(3)通過前兩種方法，雖然不能找到QTL 在Bin-Map 上的標記，但通過Close 等［15］公布的信息可以了解該QTL 的緊密連鎖標記在BinMap 上的位置，將其作為此QTL在BinMap 上的位置。(4)如果利用以上3 種方法仍找不到QTL 在BinMap 上的位置，則不加以分析。

2 結果

2.1 大麥耐鹽指標及QTL 效應分析

從大麥耐鹽QTL 相關文獻中收集到7 個群體，共整理出124 個大麥耐鹽QTL，其中6 個是雙親本衍生群體，采用連鎖定位方法進行定位，包括64 個耐鹽QTL;另外1 個自然群體，采用關聯(lián)分析方法進行定位，包括60 個耐鹽QTL。其中發(fā)芽期、苗期和成熟期分別檢測到5 個、106 個和13 個耐鹽QTL，苗期檢測到的QTL 最多，占85.5%。

在利用連鎖定位的6 個群體中，各耐鹽指標定位的QTL數(shù)量為1 ～9 個，平均每個群體為1.9 個，表明耐鹽指標在單個群體中只能定位到少數(shù)QTL。分析每個QTL 的效應，發(fā)現(xiàn)連鎖定位的64 個QTL 中，有26 個QTL 為大效應QTL，38個為小效應QTL，其中芽鞘中SO2-4、Na+、芽鞘長度、相對芽鞘長度、鹽脅迫下葉片鮮質量/對照下葉片鮮質量、分蘗數(shù)、單株穗數(shù)、籽粒產(chǎn)量只檢測到小效應QTL，表明大麥耐鹽是有大效應QTL 和小效應QTL 共同控制的，對于在連鎖群體中只檢測到小效應的耐鹽指標，由于今后利用的效率低，這些性狀不是理想的大麥耐鹽指標性狀。

2.2 大麥耐鹽QTL 在BinMap 上的整合

將收集整理的124 個大麥耐鹽QTL 對應到BinMap 上，發(fā)現(xiàn)大麥7 條染色體共99 個Bin 上，有55 個Bin 存在耐鹽QTL 位點，表明從總體上大麥耐鹽性受大量基因共同控制。

在單個群體中采用多個耐鹽指標進行大麥的耐鹽性分析，多個耐鹽指標能檢測到共同的QTL 位點，如2H_Bin03、2H_Bin04、4H_Bin10 和6H_Bin06 所對應的QTL 位點能被5個以上的耐鹽指標檢測到，表明不同耐鹽指標的QTL 定位結果具有一致性，被多個耐鹽指標都能檢測到的QTL 相對于只能被單個耐鹽指標檢測到的QTL 可靠性更高。

在整理的存在大麥耐鹽QTL 位點的Bin 中，1H_Bin07、

2H_Bin05、2H_Bin08、4H_Bin07、5H_Bin09、5H_Bin11、5H_Bin12、6H_Bin07、7H_Bin05 和7H_Bin07 這10 個Bin 能被2個以上不同群體同時檢測到，其中1H_Bin07 和2H_Bin05 在3 個群體檢測到，2H_bin08、4H_bin05 和7H_bin05 上同時存在苗期和成熟期QTL，表明雖然群體的遺傳結構、耐鹽時期不同，但存在共同定位到的位點。能被多個群體檢測到的QTL 位點可利用性更高。

3 討論

3.1 大麥耐鹽QTL 的定位方法

在連鎖分析中，目前報道的大麥耐鹽QTL 采用的都是單QTL 模型，定位的QTL 間存在不同程度相關，定位結果不能真實反映檢測的表型變異解釋率。隨著多QTL 定位方法和上位性定位QTL 方法的提出［18］，在今后的大麥耐鹽QTL研究中，可利用QTL Network 等軟件，用多QTL 定位的方法，進行上位性QTL 的研究，進而全面了解大麥耐鹽的遺傳結構［19］。

比較連鎖定位與關聯(lián)定位的特點，連鎖定位只能分析兩親本雜交后代的遺傳變異，而關聯(lián)定位能夠利用自然群體進行定位，具有定位精確度高、等位變異廣泛和不需要進行雜交群體構建等優(yōu)點［20］，在植物研究中得到廣泛的應用［21］。在大麥耐鹽QTL 研究中，關聯(lián)分析也得到了應用［12］。

3.2 大麥耐鹽性QTL 的特點

在整理的124 個大麥耐鹽QTL 對應的55 個Bin 中，有2H_Bin03、2H_Bin04、4H_Bin10 和6H_Bin06 能被5 個以上的耐鹽指標檢測到，表明不同耐鹽指標檢測到的QTL 位點存在一致性，但也有較大差異，因此單個耐鹽指標性狀不能全面反映大麥耐鹽性，在大麥的耐鹽性研究中要聯(lián)合多個耐鹽指標性狀進行鑒定分析。

大麥發(fā)芽期、苗期和成熟期3 個階段中，耐鹽QTL 只有苗期和成熟期同時存在于2H_bin08、4H_bin05 和7H_bin05上，表明不同時期控制大麥耐鹽的位點不同，因此在大麥的耐鹽研究中，應分別進行發(fā)芽期、苗期和成熟期大麥耐鹽QTL 研究。在本研究中收集的124 個大麥耐鹽QTL 中，苗期定位的QTL 為106 個，而發(fā)芽期和成熟期總共僅為18 個，在今后的研究中應加強大麥發(fā)芽期和成熟期耐鹽QTL 定位。

3.3 大麥耐鹽性QTL 在分子育種中的應用

分子育種的基礎是了解目標性狀的QTL 位點。本研究通過對前人大麥耐鹽QTL 的整理，將分散在不同群體的大麥耐鹽的124 個QTL 整理到參考圖譜BinMap 上，總共整理出55 個Bin 上存在大麥耐鹽QTL，特別是1H_Bin07、2H_Bin03、2H_Bin04、4H_Bin17、4H_Bin10 和6H_Bin06 覆蓋了5個以上QTL，這些區(qū)域存在控制耐鹽性基因的真實性較高，在今后的研究中應重點了解這些位點在不同大麥品種中的等位變異效應，找出大麥耐鹽性的增效等位變異類型，在大麥耐鹽性育種的親本組配和后代群體中選擇利用。

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