一個(gè)甜瓜短側(cè)蔓突變體的遺傳及相關(guān)分析

楊森要，高路銀，王艷玲，夏雙華，楊路明，朱華玉，胡建斌

（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院 鄭州 450002）

一個(gè)甜瓜短側(cè)蔓突變體的遺傳及相關(guān)分析

楊森要，高路銀，王艷玲，夏雙華，楊路明，朱華玉，胡建斌

（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院 鄭州 450002）

從西亞甜瓜種質(zhì)‘PI351131’中發(fā)現(xiàn)一個(gè)短側(cè)蔓突變單株‘D581-1’，對(duì)該突變性狀進(jìn)行遺傳分析和相關(guān)分析。結(jié)果表明，‘D581-1’的側(cè)蔓總長(zhǎng)和側(cè)蔓均長(zhǎng)分別為‘H465’的13.40%和17.10%，該性狀表現(xiàn)穩(wěn)定，不受季節(jié)影響。對(duì)‘D581-1’（母本）與普通長(zhǎng)側(cè)蔓種質(zhì)‘H465’（父本）雜交的F1和F2代進(jìn)行遺傳分析表明，F(xiàn)1的性狀明顯偏向‘H465’，側(cè)蔓總長(zhǎng)和側(cè)蔓均長(zhǎng)在F2群體中均呈雙峰偏正態(tài)分布，說(shuō)明短側(cè)蔓性狀受單個(gè)主效基因的調(diào)控，傾向隱性單基因遺傳。相關(guān)分析顯示，該性狀與株高呈中等相關(guān)，與果實(shí)鮮質(zhì)量的相關(guān)性較強(qiáng)。

甜瓜；短側(cè)蔓；突變體；遺傳分析；相關(guān)分析

甜瓜分枝能力極強(qiáng)，其側(cè)蔓在整個(gè)生育期可持續(xù)生長(zhǎng)[1]。在栽培上通常以人工整枝的方式來(lái)控制側(cè)蔓生長(zhǎng)，使?fàn)I養(yǎng)集中供應(yīng)雌花發(fā)育，促使側(cè)蔓早開花、多結(jié)瓜，以達(dá)到早熟、豐產(chǎn)的目的。隨著日光溫室等園藝設(shè)施的推廣普及，甜瓜設(shè)施栽培面積越來(lái)越大[2]，設(shè)施栽培環(huán)境要求的株間通風(fēng)透光對(duì)側(cè)蔓的管理提出了更高的要求[3]。因此，培育和推廣短側(cè)蔓的甜瓜品種可減少甚至省去栽培管理過(guò)程中的整枝工作，提高栽培密度，是當(dāng)前簡(jiǎn)約化栽培的重要途徑。然而，目前有關(guān)甜瓜短側(cè)蔓性狀的報(bào)道甚少，在實(shí)際育種中還缺乏具有該性狀的資源。筆者所在課題組對(duì)大量甜瓜種質(zhì)資源進(jìn)行了多年的田間考察，從西亞甜瓜種質(zhì)‘PI351131’中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)短側(cè)蔓突變單株，分析短側(cè)蔓性狀的遺傳規(guī)律及其性狀相關(guān)性，旨在為甜瓜短側(cè)蔓性狀基因發(fā)掘及株型改良提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為短側(cè)蔓材料‘D581-1’、普通長(zhǎng)蔓材料‘Cantaloupe chaudo’（‘H465’）（圖1）及其F1（♀‘D581-1’×♂‘H465’）、F2群體。其中‘H465’由國(guó)家西瓜甜瓜中期庫(kù)（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹研究所）提供，‘D581-1’及 F1、F2群體由河南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院西甜瓜課題組提供。

1.2 田間試驗(yàn)

圖 1 定植后 45 d的‘D581-1’（左）和‘H465’（右）

田間試驗(yàn)于2016年春、秋兩季于河南農(nóng)業(yè)大學(xué)毛莊科教園區(qū)進(jìn)行。分別于3月2日和7月18日在日光溫室和遮陽(yáng)棚中播種、育苗，‘D581-1’‘H465’和F1各30株左右，F(xiàn)2群體約200株。春秋兩季苗齡分別32、18 d，于塑料大棚中定植，株行距40 cm×50 cm，一壟雙行定植，親本及其F1各設(shè)置2次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)14～16株。植株在10節(jié)以上不進(jìn)行整枝，每株留1～2個(gè)瓜，水肥常規(guī)管理。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

參照Fukino等[4]方法，所有材料定植后45 d調(diào)查側(cè)蔓總長(zhǎng)、側(cè)蔓均長(zhǎng)、株高、莖粗和節(jié)間長(zhǎng)。其中，側(cè)蔓總長(zhǎng)為第11節(jié)及以上各側(cè)蔓長(zhǎng)度的總和，側(cè)蔓均長(zhǎng)為第11節(jié)至25節(jié)側(cè)蔓的平均長(zhǎng)度；株高為子葉以上主蔓長(zhǎng)度；莖粗為11節(jié)至25節(jié)主蔓直徑，每節(jié)測(cè)定1次，取平均值；節(jié)間長(zhǎng)為第11至第25節(jié)主蔓節(jié)間的平均長(zhǎng)度。在果實(shí)成熟期測(cè)量果實(shí)長(zhǎng)度、果實(shí)寬度和果實(shí)鮮質(zhì)量。所有性狀都進(jìn)行單株測(cè)量，長(zhǎng)度用直尺測(cè)量，莖粗用游標(biāo)卡尺測(cè)量，果實(shí)鮮質(zhì)量用電子秤(ACS-30)測(cè)量。采用DPS 7.05軟件統(tǒng)計(jì)各性狀的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，并進(jìn)行生物學(xué)統(tǒng)計(jì)和相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 側(cè)蔓及相關(guān)性狀的表型分析

與普通甜瓜植株相比，短側(cè)蔓突變單株‘D581-1’植株矮小、株型緊湊，側(cè)蔓發(fā)育緩慢，其長(zhǎng)度明顯變短，但葉片、花器官、果實(shí)等均發(fā)育正常，能夠正常受精和坐果(圖2)，產(chǎn)生可育后代。

圖2 授粉20 d后‘D581-1’的果實(shí)

表1 親本和F1側(cè)蔓及相關(guān)性狀在春秋兩季的表現(xiàn)

由表1可知，無(wú)論是春季還是秋季，‘D581-1’側(cè)蔓總長(zhǎng)和側(cè)蔓均長(zhǎng)都顯著低于‘H465’，分別約為‘H465’的13.40%和17.10%，F(xiàn)1則處于二者之間，但明顯偏向長(zhǎng)蔓親本‘H465’，說(shuō)明短側(cè)蔓可能是隱性性狀；‘D581-1’比‘H465’植株矮(下降約 50%)、節(jié)間短，但主蔓略粗，春季F1的株高、莖粗和節(jié)間長(zhǎng)基本居中，但秋季指標(biāo)偏向親本‘H465’，說(shuō)明這3個(gè)性狀容易受到環(huán)境因素影響；‘D581-1’的果實(shí)明顯小于‘H465’，其果實(shí)長(zhǎng)度、果實(shí)寬度和果實(shí)鮮質(zhì)量顯著低于‘H465’，F(xiàn)1的果實(shí)性狀明顯偏向‘H465’，且果實(shí)形狀也基本與親本‘H465’相同，春秋兩季表現(xiàn)一致。

對(duì)同一親本各性狀在不同季節(jié)進(jìn)行差異顯著性分析，結(jié)果表明，親本‘D581-1’的春季側(cè)蔓比秋季稍短，但差異不顯著；春季節(jié)間長(zhǎng)顯著低于秋季，株高和莖粗差異不顯著；春季果實(shí)長(zhǎng)度、果實(shí)寬度和果實(shí)鮮質(zhì)量高于秋季，但差異不顯著。親本‘H465’的春季側(cè)蔓比秋季稍短，但差異不顯著，株高、莖粗和節(jié)間長(zhǎng)春、秋兩季基本相同，春季果實(shí)要大于秋季(果實(shí)長(zhǎng)度、果實(shí)寬度和果實(shí)鮮質(zhì)量)。

2.2 側(cè)蔓及相關(guān)性狀在F2群體中的變異分析

對(duì)側(cè)蔓總長(zhǎng)、側(cè)蔓均長(zhǎng)、株高和果實(shí)鮮質(zhì)量在F2群體中的變異進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見圖3。所有性狀在F2群體中出現(xiàn)了連續(xù)變異，且超出2個(gè)親本的范圍，說(shuō)明它們屬于數(shù)量性狀。其中，側(cè)蔓總長(zhǎng)和側(cè)蔓均長(zhǎng)頻率均屬于雙峰分布，一個(gè)峰出現(xiàn)在短側(cè)蔓親本‘D581-1’附近，另一個(gè)在長(zhǎng)側(cè)蔓親本‘H465’附近，且‘H465’附近植株數(shù)要明顯多于‘D581-1’附近植株數(shù)，說(shuō)明短側(cè)蔓性狀受到單個(gè)主效基因的控制，且長(zhǎng)側(cè)蔓對(duì)短側(cè)蔓為顯性。‘H465’附近植株數(shù)與‘D581-1’附近植株數(shù)的比例比大致符合3∶1遺傳規(guī)律。

圖3 側(cè)蔓總長(zhǎng)（A）、側(cè)蔓均長(zhǎng)（B）、株高（C）和果實(shí)鮮質(zhì)量（D）頻率在F2群體中的分布

株高和果實(shí)鮮質(zhì)量在F2群體中的頻率表現(xiàn)為典型的正態(tài)分布，屬于數(shù)量性狀，其遺傳基礎(chǔ)受到多個(gè)基因的影響。此外，莖粗、節(jié)間長(zhǎng)、果實(shí)長(zhǎng)度和果實(shí)寬度4個(gè)性狀在F2群體中也表現(xiàn)出連續(xù)變異，其頻率也服從正態(tài)分布(圖略)。

2.3 側(cè)蔓及相關(guān)性狀在季節(jié)內(nèi)的相關(guān)性分析

由表2可知，在同一季節(jié)，側(cè)蔓總長(zhǎng)與側(cè)蔓均長(zhǎng)之間的相關(guān)性最強(qiáng)(春季r=0.92，秋季r=0.95)，且均達(dá)到顯著水平，說(shuō)明這2個(gè)指標(biāo)均可以衡量甜瓜側(cè)蔓長(zhǎng)度。側(cè)蔓總長(zhǎng)、側(cè)蔓均長(zhǎng)與果實(shí)鮮質(zhì)量存在較強(qiáng)的相關(guān)性(r＞0.6；P＜0.05)，與株高、節(jié)間長(zhǎng)、果實(shí)長(zhǎng)度的之間存在中等相關(guān)性(r介于0.29和0.5之間)，與莖粗、果實(shí)寬度的相關(guān)性較低(r介于-0.24和0.29之間)，春、秋兩季表現(xiàn)相似。

表2 側(cè)蔓及相關(guān)性狀的相關(guān)分析

3 討論與結(jié)論

側(cè)蔓長(zhǎng)度是甜瓜植株株型的重要指標(biāo)之一。合理的株型可以增加植株受光面積、改善植株通風(fēng)性、合理分配光合營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、提高植株種植密度，對(duì)于提高果實(shí)的品質(zhì)和產(chǎn)量、降低生產(chǎn)成本具有重要意義[5]。因此，株型改良已經(jīng)成為葫蘆科作物育種發(fā)展的一個(gè)新方向。

葫蘆科作物株型遺傳研究主要涉及到矮生[6-7]、短蔓[8-9]、自封頂[10-11]、無(wú)卷須[12]等性狀的遺傳分析及基因定位，側(cè)蔓長(zhǎng)度的研究主要集中在黃瓜上。蔣蘇等[13-14]發(fā)現(xiàn)黃瓜無(wú)側(cè)枝品系‘S61’由單隱性基因nlb控制，該品系與有側(cè)枝品系‘S06’雜交后代的分離符合孟德爾遺傳定律，并利用‘S94’(弱側(cè)枝)בS06’(強(qiáng)側(cè)枝)衍生的重組自交系檢測(cè)到控制黃瓜4個(gè)側(cè)枝性狀(側(cè)枝均長(zhǎng)、側(cè)枝總長(zhǎng)、側(cè)枝數(shù)目和第一側(cè)枝節(jié)位)的36個(gè)QTL，主要分布在第1、2連鎖群上(分別對(duì)應(yīng)第1、7染色體)。最近，張微微等[15]對(duì)相同的作圖群體進(jìn)行表型鑒定和SSR標(biāo)記加密，共檢測(cè)到45個(gè)側(cè)枝性狀QTL，分布在黃瓜全部7條染色體上。不同研究者針對(duì)黃瓜同一作圖群體的側(cè)枝性狀QTL定位結(jié)果差異較大，說(shuō)明黃瓜側(cè)枝性狀容易受到環(huán)境因素的影響。甜瓜短側(cè)蔓性狀的研究報(bào)道甚少。Ohara等[16]報(bào)道了存在于甜瓜品種‘Nou-4’中一個(gè)控制短側(cè)蔓的基因slb，該基因?yàn)殡[性或不完全顯性，其表達(dá)容易受到高溫、強(qiáng)光等環(huán)境因素的影響。隨后，F(xiàn)ukino等[14]通過(guò)對(duì)‘Nou-4’(短側(cè)枝)בHarukei-3’(長(zhǎng)側(cè)枝)的 F2群體進(jìn)行 QTL分析，發(fā)現(xiàn)了2個(gè)與甜瓜側(cè)枝相關(guān)的QTL，其中一個(gè)位于第11染色體(表型解釋率50.9%)，可能是slb基因的候選區(qū)域，另一個(gè)位于第3染色體(表型解釋率9.9%)，為slb基因的精細(xì)定位與圖位克隆奠定了基礎(chǔ)。

筆者所報(bào)道的‘D581-1’是從西亞甜瓜種質(zhì)‘PI351131’中發(fā)現(xiàn)的短側(cè)蔓變異材料，經(jīng)過(guò)多年的田間觀察，該性狀表現(xiàn)穩(wěn)定，不易受到環(huán)境條件的影響，這與前人在甜瓜、黃瓜中報(bào)道的短側(cè)蔓(枝)基因的表現(xiàn)不同，為甜瓜短側(cè)蔓基因圖位克隆提供了便利。通過(guò)對(duì)親本、F1和F2群體的遺傳分析發(fā)現(xiàn)，該性狀受到一個(gè)主效基因的調(diào)控，符合隱性遺傳的特點(diǎn)，在不同的遺傳背景[‘D581-1’בHNA02’(黃河蜜)]下也表現(xiàn)相似(數(shù)據(jù)略)。相關(guān)性分析表明，甜瓜側(cè)蔓長(zhǎng)度與株高、莖粗相關(guān)性弱，與果實(shí)鮮質(zhì)量顯著相關(guān)，春、秋兩季表現(xiàn)相似，因此，短側(cè)蔓基因可能與控制株高的基因獨(dú)立或連鎖不緊密，但與果實(shí)發(fā)育基因存在一定的相關(guān)性。從其他葫蘆科植物的研究報(bào)道來(lái)看，短側(cè)蔓(枝)性狀往往伴隨植株矮化、節(jié)間變短、葉面積和果實(shí)變小[6-7]，其調(diào)控基因可能通過(guò)影響植株光合作用來(lái)控制側(cè)蔓發(fā)育。在本研究中，通過(guò)對(duì)F2群體的觀察，短側(cè)蔓性狀僅與果實(shí)質(zhì)量相關(guān)，而與株高、節(jié)間長(zhǎng)、葉面積和花器官大小的相關(guān)性不大，該短側(cè)蔓性狀基因可能通過(guò)影響側(cè)蔓的發(fā)育來(lái)影響側(cè)蔓上果實(shí)的生長(zhǎng)。因此，‘D581-1’的短側(cè)蔓性狀可能受控于不同的slb基因，在甜瓜株型及果型改良中有特殊應(yīng)用價(jià)值。

[1]ZALAPA J E，STAUB J E，MCCREIGHT J D．Generation means analysis of plant architectural traits and fruit yield in melon[J]．Plant Breeding，2006，125（5）：482-487．

[2]馬躍．我國(guó)甜瓜設(shè)施栽培生產(chǎn)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J]．中國(guó)西瓜甜瓜，2001，14（2）：38-40．

[3]薛玉霞．甜瓜優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)整枝技術(shù)[J]．中國(guó)瓜菜，2013，26（2）：70.

[4]FUKINO N，OHARA T，SUGIYAMA M，et al．Mapping of a gene that confers short lateral branching（slb）in melon（Cucumis melo L.）[J]．Euphytica，2012，187（1）：133-143．

[5]DONALD C M．The breeding of crop ideotypes[J]．Euphytica，1968，17：385-403．

[6]李玉紅，WENG Y．黃瓜矮生基因（cp）的遺傳分析和精細(xì)定位[J]．園藝學(xué)報(bào)，2011，38（S）：2589．

[7]李國(guó)申，許愛嬌，董薇，等．西瓜矮化小果突變體的遺傳研究[J].園藝學(xué)報(bào)，2016，43（3）：571-577．

[8]王建設(shè)，張立杰，唐曉偉，等．甜瓜短蔓性狀的遺傳分析[J]．華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2003，18（4）：58-60．

[9]HWANG J，OH J，KIM Z，et al．Fine genetic mapping of a locus controlling short internode length in melon（Cucumis melo L ．）[J]．Molecular Breeding，2014，34（3）：949-961．

[10]DENNA D．Expression of determinate habit in cucumbers[J]．Journal of the American Society for Horticultural Science，1971，96：277-279．

[11]NYEON K S．Inheritance of determinate growth habit in Cucurbita moschata Poir[J]．Horticulture Environment and Biotechnology，1995，36（6）：780-784．

[12]MIZUNO S，SONODA M，TAMURA Y，et al．Chiba Tendril-Less locus determines tendril organ identity in melon（Cucumis melo L.）and potentially encodes a tendril-specific TCP homolog[J]．Journal of Plant Research，2015，128（6）：941-951．

[13]蔣蘇．黃瓜側(cè)枝相關(guān)性狀的QTL定位分析和nlb基因的初步定位[D]．上海：上海交通大學(xué)，2009．

[14]蔣蘇，袁曉君，潘俊松，等．利用重組自交系群體對(duì)黃瓜側(cè)枝相關(guān)性狀進(jìn)行 QTL 定位分析[J]．中國(guó)科學(xué)：C 輯，2008，38（10）：982-990．

[15] 張微微，潘俊松，蔣蘇，等．黃瓜RIL群體側(cè)枝相關(guān)性狀QTL定位[J]．江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2017，33（1）：174-180．

[16]OHARA T，WAKO T，KOJIMA A，et al．Breeding of suppressed-branching melon line‘Melon chukanbohon nou 4’（‘Melon parental line 4’）and its characteristics[J]．Acta Horticulturae，2002（588）：227-231．

Genetic analysis and correlation analysis of a novel short-lateralbranching mutant in melon

YANG Senyao,GAO Luyin,WANG Yanling,XIA Shuanghua,YANG Luming,ZHU Huayu,HU Jianbin
(College of Horticulture，Henan Agricultural University，Zhengzhou 450002，Henan，China)

A novel short-lateral-branching mutant was selected from the west Asian melon PI169329 and used for genetic analysis and correlation analysis of the mutant trait,short lateral branching.The result showed that the total length(TLL)and mean length(MLL)of lateral branches of‘D581-1’were about 13.40%and 17.10%of the common melon germplasm,respectively,and had a stable phenotype during the consecutive seasons.Genetic analysis of F1and F2generations of‘D581-1’(female)crossed with the long-lateral-branching germplasm‘H465’(male)showed that all the F1individuals revealed a tendency to‘H465’,and TLL and MLL exhibited a skewed normal distribution with double peaks.These findings inferred that the short-lateral-branchingtraitwascontrolledbyamajorgeneandtendedtoinheritasasinglenucleargene.Correlation analysis of the mutant trait in F2population demonstrated a moderate correlation with the plant height and a high correlation withfruitfreshweight.

Melon;Short lateral branching;Mutant;Genetic analysis;Correlation analysis

2017-08-04；

2017-10-04

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31101544）

楊森要，男，在讀碩士研究生，研究方向?yàn)槲魈鸸线z傳育種。E-mail：YsY147a@163.com

胡建斌，男，教授，研究方向?yàn)槲魈鸸线z傳育種。E-mail：jianbinhu@henau.edu.cn