甜椒核心種質(zhì)遺傳多樣性與親緣關(guān)系分析

劉子記++申龍斌++楊衍

摘要：以102份甜椒核心種質(zhì)為研究材料，對(duì)8個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行遺傳多樣性分析，并且基于基因型效應(yīng)值進(jìn)行性狀間的相關(guān)性和種質(zhì)間的親緣關(guān)系分析。8個(gè)農(nóng)藝性狀的多樣性指數(shù)分別為4.60、4.60、4.59、4.57、4.60、4.58、4.58和4.53，表明甜椒核心種質(zhì)存在豐富的遺傳多樣性。首花節(jié)位與株高呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.38；果縱徑與株高呈極顯著正相關(guān)，與首花節(jié)位呈顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.37和0.23；果柄長(zhǎng)與株高呈顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為020；果肉厚與果縱徑、果橫徑呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.28和0.30；單果質(zhì)量與果縱徑、果橫徑、果肉厚呈極顯著正相關(guān)，與首花節(jié)位呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.37、0.67、0.53和0.20。不同種質(zhì)間遺傳距離變幅為151～10.41，表明這些核心材料間遺傳差異較大。在聚類重新標(biāo)定距離為16.5時(shí)，102份甜椒核心種質(zhì)被分為27個(gè)類群，其中20個(gè)類群分別由1份種質(zhì)材料組成，表明這20份種質(zhì)與其余種質(zhì)親緣關(guān)系較遠(yuǎn)。該研究明確了不同甜椒種質(zhì)間的親緣關(guān)系，為甜椒核心種質(zhì)資源的有效利用和新品種選育提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：甜椒；基因型值；遺傳多樣性；相關(guān)性；親緣關(guān)系

中圖分類號(hào)： S641.303文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2016）05-0199-03

收稿日期：2015-04-22

基金項(xiàng)目：中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院院本級(jí)基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)（編號(hào)：1630032015003）。

作者簡(jiǎn)介：劉子記（1982—），男，博士，副研究員，研究方向：蔬菜分子生物學(xué)及遺傳育種。E-mail：liuziji1982@163.com。

通信作者：曹振木，研究員，研究方向?yàn)槭卟诉z傳育種。E-mail：catasvegetable@126.com。甜椒（Capsicum annuum var. grossum，2n=2x=24）原產(chǎn)于中南美洲，在植物學(xué)分類上屬于茄科（Solanaceae）辣椒屬（Capsicum）[1]。辣椒屬包括5個(gè)栽培種[2]，甜椒屬于一年生辣椒栽培種。甜椒果實(shí)不辣而略帶甜味，大量研究表明甜椒果實(shí)中含有豐富的維生素A[3]、維生素C[4]、類胡蘿卜素[5]及礦物質(zhì)，可以保護(hù)生物有機(jī)體免受氧化傷害[6-7]、提高機(jī)體免疫力和預(yù)防壞血病。甜椒以果實(shí)特有的色澤和營(yíng)養(yǎng)成分成為一種世界性的蔬菜作物。作物種質(zhì)資源為栽培種遺傳改良、新品種選育及遺傳學(xué)研究提供豐富的遺傳變異和基因資源[8]。加速新品種的選育和推廣利用是科技興農(nóng)的關(guān)鍵，種質(zhì)資源是實(shí)現(xiàn)各個(gè)育種途徑的原始材料，對(duì)于原始材料的選擇依賴于所掌握種質(zhì)資源的廣度及對(duì)其研究的深度[9]。親緣關(guān)系分析是植物種質(zhì)資源研究的主要內(nèi)容之一。開展作物種質(zhì)資源親緣關(guān)系研究，有助于了解材料的遺傳背景，為種質(zhì)資源的創(chuàng)新利用與新品種選育提供重要信息[10]。以往辣椒種質(zhì)資源親緣關(guān)系分析多集中在有辣味的辣椒材料[11-15]，有關(guān)甜椒核心種質(zhì)親緣關(guān)系的研究鮮有報(bào)道。

作物種質(zhì)的遺傳多樣性是其適應(yīng)環(huán)境變化的表現(xiàn)，表型性狀的遺傳多樣性研究為從整體上評(píng)價(jià)和利用種質(zhì)資源奠定基礎(chǔ)。但由于種質(zhì)資源的形態(tài)特征是基因型、環(huán)境以及基因型與環(huán)境互作的綜合表現(xiàn)[16]，僅根據(jù)農(nóng)藝性狀表型值難以鑒定其遺傳背景的異同。為了排除環(huán)境條件、基因型與環(huán)境互作的影響，準(zhǔn)確度量不同遺傳材料間的遺傳差異，本研究采用混合線性模型無偏預(yù)測(cè)性狀的基因型值，基于基因型值進(jìn)行性狀間的相關(guān)性分析和材料間的親緣關(guān)系分析，以期為甜椒種質(zhì)資源的收集及遺傳育種提供參考。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料和基因型值預(yù)測(cè)

將102份甜椒核心種質(zhì)按隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)種植于中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶作物品種資源研究所10隊(duì)試驗(yàn)基地，3次重復(fù)，參考《辣椒種質(zhì)資源描述規(guī)范與數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》調(diào)查株高、株幅、首花節(jié)位、果縱徑、果橫徑、果柄長(zhǎng)、果肉厚、單果質(zhì)量。采用朱軍提出的混合線性模型無偏預(yù)測(cè)性狀的基因型值[17]。

1.2遺傳多樣性和相關(guān)性分析

采用SAS 9.0軟件分析8個(gè)性狀的最小值、最大值、平均值、極差、變異系數(shù)、方差和遺傳多樣性指數(shù)H′，基于性狀的基因型值計(jì)算各性狀之間的相關(guān)性系數(shù)。

1.3聚類分析

采用SPSS 9.0軟件基于8個(gè)性狀的基因型值對(duì)102份甜椒核心種質(zhì)構(gòu)建聚類圖，樣本間的遺傳距離采用歐氏距離法計(jì)算，歐氏距離計(jì)算公式為EUCLID=∑ki=1（xi-yi）2，其中，k表示樣本有k個(gè)變量，xi表示第1個(gè)樣本在第i個(gè)變量上的取值，yi標(biāo)示第2個(gè)樣本在第i個(gè)變量上的取值，樣本與小類之間的遺傳距離采用最短距離法進(jìn)行計(jì)算[18]。

2結(jié)果與分析

2.1甜椒農(nóng)藝性狀的遺傳多樣性分析

株幅、果縱徑和單果質(zhì)量的極差分別為57.90 cm、15.30 cm 和345.70 g，尤其是單果質(zhì)量的極差，幾乎是均值的2倍，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其平均值，這說明甜椒核心種質(zhì)的株幅、果縱徑和單果質(zhì)量表型值更為分散。單果質(zhì)量的變異系數(shù)最大，為0.44，果縱徑的變異系數(shù)次之，為0.33，進(jìn)一步說明了甜椒核心種質(zhì)的單果質(zhì)量和果縱徑表型值的離散程度較高，各種質(zhì)之間的遺傳差異較大。8個(gè)農(nóng)藝性狀的多樣性指數(shù)分別為4.60、4.60、4.59、4.57、4.60、4.58、4.58和4.53，均超過了4.5，該結(jié)果表明甜椒核心種質(zhì)存在豐富的遺傳多樣性（表1）。表1甜椒核心種質(zhì)農(nóng)藝性狀遺傳變異

性狀最小值最大值平均值極差方差變異系數(shù)多樣性指數(shù)株高（cm） 32.0099.9060.7267.90195.020.234.60株幅（cm） 14.1072.0045.0657.90102.840.234.60首花節(jié)位 413894.180.264.59果縱徑（cm） 4.6019.9010.6715.3012.660.334.57果橫徑（cm） 3.4014.208.0010.803.550.244.60果柄長(zhǎng)（cm） 1.207.104.245.901.690.314.58果肉厚（cm） 0.221.150.640.930.040.304.58單果質(zhì)量（g） 40.40386.10179.09345.706 265.00.444.53

2.2甜椒農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析

性狀的相關(guān)性可以通過對(duì)一種性狀的選擇間接達(dá)到選擇另一種性狀的效果，從而可以提高選擇效率，加速育種進(jìn)程。利用復(fù)合線性模型預(yù)測(cè)102份甜椒核心種質(zhì)8個(gè)農(nóng)藝性狀的基因型效應(yīng)值。基于基因型值進(jìn)行性狀間的相關(guān)性分析，結(jié)果表明，首花節(jié)位與株高呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.38；果縱徑與株高呈極顯著正相關(guān)，與首花節(jié)位呈顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.37和0.23；果柄長(zhǎng)與株高呈顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.20；果肉厚與果縱徑、果橫徑呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.28和0.30；單果質(zhì)量與果縱徑、果橫徑、果肉厚呈極顯著正相關(guān)，與首花節(jié)位呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.37、0.67、0.53和0.20（表2）。在甜椒新品種選育過程中，篩選具有較大果縱徑、果橫徑和果肉厚的育種材料可有效提高單果質(zhì)量，篩選株高較低的育種材料有利于培育早熟品種。表2基于基因型值的甜椒農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析

性狀相關(guān)系數(shù)株高株幅首花節(jié)位果縱徑果橫徑果柄長(zhǎng)果肉厚單果質(zhì)量株高1.00株幅0.191.00首花節(jié)位0.38**-0.021.00果縱徑0.37**-0.020.23*1.00果橫徑0.01-0.040.12-0.111.00果柄長(zhǎng)0.20*-0.140.090.18-0.011.00果肉厚0.03-0.130.120.28**0.30**0.101.00單果質(zhì)量-0.08-0.060.20*0.37**0.67**0.090.53**1.00注：*表示在0.05水平上差異顯著；“**”表示在0.01水平上差異顯著。

2.3甜椒核心種質(zhì)聚類分析

利用歐氏距離法基于8個(gè)農(nóng)藝性狀的基因型效應(yīng)值計(jì)算甜椒核心材料間的遺傳距離，在供試的102份核心材料中，遺傳距離變幅為1.51～10.41，表明這些核心材料間遺傳差異較大。其中，SP165和SP106、SP106和SP76、SP225和SP177、SP214和SP206、SP196和SP214、SP165和SP219、SP106和SP257、SP219和SP160、SP131和SP177、SP206和SP68、SP165和SP76、SP106和SP79、SP76和SP257、SP219和SP106、SP225和SP131間遺傳距離較小，遺傳距離分別為1.51、158、1.60、1.62、1.69、1.76、1.78、1.79、1.81、1.83、1.84、185、1.85、1.91、1.95，表明這些材料間親緣關(guān)系相對(duì)較近。另外，SP276和SP158、SP381和SP40、SP55和SP383、SP208和SP155、SP62和SP319、SP107和SP219、SP107和SP178、SP152和SP178、SP92和SP155、SP55和SP155、SP241和SP107、SP160和SP107、SP107和SP381、SP383和SP208、SP107和SP62、SP107和SP158、SP276和SP155、SP208和SP382、SP62和SP276、SP155和SP152、SP382和SP152、SP382和SP107、SP152和SP383、SP383和SP107、SP155和SP107間遺傳距離較大，均超過了8.50，遺傳距離分別為856、8.56、8.56、8.57、8.58、8.62、8.63、8.67、8.71、8.72、878、8.79、897、9.05、9.10、9.11、9.23、9.28、9.40、9.78、983、10.01、10.03、10.28、10.41，表明這些材料間親緣關(guān)系較遠(yuǎn)。

在聚類重新標(biāo)定距離為16.5時(shí)，102份甜椒核心種質(zhì)被分為27個(gè)類群，第1個(gè)類群包括2份種質(zhì)，分別為SP10和SP30，表明這2份種質(zhì)親緣關(guān)系相對(duì)較近；第2類群包括57份種質(zhì)；第3類群包括1份種質(zhì)，為SP31；第4類群包括3份種質(zhì)，分別為SP36、SP50和SP40，表明這3份種質(zhì)親緣關(guān)系相對(duì)較近；第5類群包括1份種質(zhì)，為SP37；第6類群包括1份種質(zhì)，為SP55；第7類群包括14份種質(zhì)，分別為SP361、SP365、SP315、SP399、SP355、SP261、SP346、SP259、SP301、SP93、SP142、SP92、SP391和SP266；第8類群包括1份種質(zhì)，為SP104；第9類群包括1份種質(zhì)，為SP107；第10類群包括2份種質(zhì)，分別為SP108和SP152，表明這2份種質(zhì)親緣關(guān)系相對(duì)較近；第11類群包括1份種質(zhì)，為SP143；第12類群包括1份種質(zhì)，為SP155；第13類群包括1份種質(zhì)，為SP158；第14類群包括1份種質(zhì)，為SP208；第15類群包括1份種質(zhì)，為SP237；第16類群包括1份種質(zhì)，為SP270；第17類群包括1份種質(zhì)，為SP275；第18類群包括1份種質(zhì)，為SP276；第19類群包括2份種質(zhì)，分別為SP279和SP368；第20類群包括2份種質(zhì)，分別為SP285和SP359；第21類群包括1份種質(zhì)，為SP314；第22類群包括1份種質(zhì)，為SP318；第23類群包括1份種質(zhì)，為SP354；第24類群包括1份種質(zhì)，為SP381；第25類群包括1份種質(zhì)，為SP382；第26類群包括1份種質(zhì)，為SP383；第27類群包括1份種質(zhì)，為SP393。從聚類結(jié)果可以看出，甜椒核心種質(zhì)間遺傳差異顯著，存在豐富的遺傳多樣性，第3、5、6、8、9、11、12、13、14、15、16、17、18、21、22、23、24、25、26、27類群分別由1份種質(zhì)材料組成，表明這20份種質(zhì)與其余種質(zhì)親緣關(guān)系較遠(yuǎn)（圖1）。

3討論

作物種質(zhì)資源的收集與保存對(duì)新品種選育、優(yōu)異基因發(fā)掘以及種質(zhì)創(chuàng)新具有重要意義[19]。世界各國相繼建立了不同作物的種質(zhì)資源庫。隨著種質(zhì)資源的不斷收集，種質(zhì)庫變得越來越大，極大地提高了種質(zhì)資源的管理費(fèi)用，增加了特異種質(zhì)篩選發(fā)掘的難度[20]。在前期的工作中，筆者所在研究室從410份甜椒種質(zhì)中抽取102份材料構(gòu)建了甜椒核心種質(zhì)庫。對(duì)作物種質(zhì)資源進(jìn)行遺傳多樣性研究，可為育種工作提供重要的信息。本研究分析了102份甜椒核心種質(zhì)8個(gè)農(nóng)藝性狀的遺傳多樣性，8個(gè)農(nóng)藝性狀的多樣性指數(shù)均超過了45，該結(jié)果表明甜椒核心種質(zhì)存在豐富的遺傳多樣性。

作物的農(nóng)藝性狀間往往存在錯(cuò)綜復(fù)雜的相互關(guān)系。相關(guān)性分析能對(duì)不同數(shù)量性狀兩組變量間進(jìn)行相關(guān)性研究，通過對(duì)一種性狀的選擇達(dá)到改良另一種性狀的效果，這對(duì)于不容易鑒定的數(shù)量性狀顯得尤為重要，為開展多個(gè)數(shù)量性狀綜合選擇提供依據(jù)[21]。本研究基于102份甜椒核心種質(zhì)8個(gè)農(nóng)藝性狀的基因型值進(jìn)行性狀間的相關(guān)性分析，結(jié)果表明，首花節(jié)位與株高呈極顯著正相關(guān)；果縱徑與株高呈極顯著正相關(guān)，與首花節(jié)位呈顯著相關(guān)；果柄長(zhǎng)與株高呈顯著相關(guān)；果肉厚與果縱徑、果橫徑呈極顯著正相關(guān)；單果質(zhì)量與果縱徑、果橫徑、果肉厚呈極顯著正相關(guān)，與首花節(jié)位呈顯著正相關(guān)。

種質(zhì)資源的性狀特征受基因型、環(huán)境以及基因型與環(huán)境互作的影響[22]，單純依靠農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)進(jìn)行親緣關(guān)系分析存在一定誤差。如何準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)不同材料在遺傳上的差異則是合理分析種質(zhì)親緣關(guān)系的前提。本研究采用混合線性模型無偏預(yù)測(cè)法預(yù)測(cè)性狀的基因型值，基于性狀的基因型值進(jìn)行甜椒核心種質(zhì)親緣關(guān)系分析，排除了環(huán)境、基因型與環(huán)境互作及農(nóng)業(yè)試驗(yàn)中不可控制的一些誤差影響，分析結(jié)果更具可靠性。在聚類重新標(biāo)定距離為16.5時(shí)，102份甜椒核心種質(zhì)被分為27個(gè)類群，其中20個(gè)類群分別由1份種質(zhì)材料組成，從聚類結(jié)果可以看出，甜椒核心種質(zhì)間遺傳差異顯著，存在豐富的遺傳多樣性。本研究明確了不同甜椒核心材料間的親緣關(guān)系，為甜椒種質(zhì)資源的有效利用和新品種選育奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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