花生中白藜蘆醇含量的主基因＋多基因遺傳分析

劉 煒 ，劉 行 ，丁小霞 ，楊曉鳳

（1.四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院分析測(cè)試中心，四川成都610066；2.四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，四川成都610066；3.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所，湖北武漢430062）

花生（Peanut）是豆科落花生屬植物，起源于南美洲一帶。花生是我國(guó)最具國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的重要的傳統(tǒng)油料和經(jīng)濟(jì)作物之一[1-2]，種植面積非常廣泛，全國(guó)各個(gè)地方都有種植，山東、四川、河南、西藏是主產(chǎn)區(qū)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)是世界最大的花生生產(chǎn)、消費(fèi)和出口貿(mào)易國(guó)，種植面積占世界的近20%，產(chǎn)量占世界的近40%[3]，對(duì)推動(dòng)我國(guó)農(nóng)村、社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著重要的作用。

花生具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，是食品中的高價(jià)值油料作物之一，其除了含有豐富的脂肪、糖類、蛋白質(zhì)及人體必需的氨基酸、多種維生素、礦物質(zhì)等[4]，還富含一種生物活性很強(qiáng)的天然多酚類物質(zhì)——白藜蘆醇，其是許多植物受到生物或非生物脅迫時(shí)產(chǎn)生的一種植物抗毒素[5]。其中，花生種子是白藜蘆醇的主要來(lái)源之一，花生種子中白藜蘆醇含量為0.02～1.79 μg/g[6]。近年來(lái)研究表明，白藜蘆醇具有多種有益的生物藥理活性[7]，如抗腫瘤與癌[8-9]、抗炎[10-11]、抗菌[12]、抗病毒[13]、抗氧化與自由基[14]、保護(hù)心血管[15]等生物活性效應(yīng)。由于白藜蘆醇具有諸多有益健康的生理作用，在保健食品、化妝品、藥品等方面廣泛應(yīng)用[16]。

隨著社會(huì)發(fā)展和人民生活水平的提高，花生中白藜蘆醇越來(lái)越受到重視，加強(qiáng)高白藜蘆醇花生育種是育種家追求的重要目標(biāo)[17-18]。因此，了解花生白藜蘆醇含量的遺傳規(guī)律，進(jìn)行花生白藜蘆醇含量的遺傳分析尤為重要。分離分析法是一種非常有效的數(shù)量性狀遺傳分析方法，目前，已有多位學(xué)者利用主基因＋多基因遺傳模型對(duì)數(shù)量性狀的遺傳規(guī)律進(jìn)行分析?；谇叭搜芯砍晒暇┺r(nóng)業(yè)大學(xué)章元明教授建立了一套數(shù)量性狀遺傳模型分離分析方法體系和軟件。該方法可用來(lái)評(píng)估植物基因的總體遺傳效應(yīng)，同時(shí)還可以分析主基因與多基因是否存在，使數(shù)量性狀的表型特征得到全面剖析，可為相關(guān)研究奠定基礎(chǔ)。

本研究以中花6號(hào)和徐花13號(hào)為親本構(gòu)建的含有240個(gè)家系的花生重組自交系（Recombinant inbred lines，RIL）為材料，利用高效液相色譜法測(cè)定了該RIL群體的白藜蘆醇含量，對(duì)其遺傳變異與分布特征進(jìn)行了分析，采用主基因＋多基因遺傳分離分析法，進(jìn)行花生白藜蘆醇含量的遺傳模型分析，旨在為該RIL群體后續(xù)研究利用提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為以中花6號(hào)和徐花13號(hào)為親本構(gòu)建的花生重組自交系（Recombinant inbred lines，RIL）。其親本中，花6號(hào)品種為中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所培育，主要特點(diǎn)是高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)抗病，徐花13號(hào)為江蘇省徐州農(nóng)業(yè)科學(xué)院鑒定出的花生品種。2個(gè)親本及RIL群體之間白藜蘆醇差異顯著，變異廣泛。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 材料種植 試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，2個(gè)親本及240個(gè)家系于2015年春季種植，栽培管理同常規(guī)生產(chǎn)大田。

1.2.2 白藜蘆醇含量測(cè)定 稱取5.0g（精確至0.01g）花生仁材料于50 mL離心管中，加入85%乙醇水溶液40.0 mL置于80℃水浴45 min，每10 min充分振搖一次。放置過(guò)夜后吸取8.0 mL上清液，用固相萃取柱（Al2O3）純化，收集濾液至10 mL帶刻度離心管。濾液經(jīng)水浴濃縮氮吹儀40℃濃縮至1.0 mL，用0.22 μm濾膜過(guò)濾。采用高效液相色譜儀（島津LC-20A，日本）定性、定量測(cè)定樣品白藜蘆醇含量。色譜柱為 Waters Sunfire C18柱（250 mm×4.6 mm，5 μm）；流動(dòng)相為水和乙腈，梯度洗脫，其流動(dòng)相的梯度變化列于表1；流速為0.8 mL/min；柱溫為30℃；檢測(cè)波長(zhǎng)為306 nm；進(jìn)樣量為10.0 μL。整個(gè)試驗(yàn)操作避光完成。

表1 梯度洗脫條件

1.3 數(shù)據(jù)分析

應(yīng)用Excel軟件對(duì)白藜蘆醇含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。采用的數(shù)量性狀主基因＋多基因遺傳模型分析方法對(duì)2個(gè)親本及RIL群體的白藜蘆醇含量進(jìn)行遺傳分析（分析軟件由章元明教授研究所得）。遺傳模型的選定最佳標(biāo)準(zhǔn)是AIC值最小原則與適應(yīng)性檢驗(yàn)。總體分2個(gè)步聚進(jìn)行：第1步對(duì)分析軟件處理白藜蘆醇含量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將所得模型的極大似然函數(shù)和AIC值用Excel軟件進(jìn)行匯總。根據(jù)AIC值越小白藜蘆醇遺傳模型越優(yōu)的準(zhǔn)則，選取AIC值最小及與其較接近的最佳的2個(gè)白藜蘆醇遺傳模型作為初選備選最適模型；第2步對(duì)初選備選最適模型進(jìn)行適合性檢驗(yàn)，選擇統(tǒng)計(jì)量達(dá)到顯著水平個(gè)數(shù)最少的模型作為最優(yōu)遺傳模型[19]。

2 結(jié)果與分析

2.1 花生2個(gè)親本及RIL群體白藜蘆醇含量的遺傳變異

表2 親本及重組近交系（RIL）白藜蘆醇含量表型特征值

從表2可以看出，中花6號(hào)白藜蘆醇含量范圍為106.00～127.00 μg/kg，白藜蘆醇平均含量為116.33 μg/kg；母本徐花13號(hào)白藜蘆醇含量范圍為40.30～44.70 μg/kg，白藜蘆醇平均含量 44.00 μg/kg；中花6號(hào)和徐花13號(hào)的白藜蘆醇含量差異較大，中花6號(hào)白藜蘆醇含量是徐花13號(hào)的約2.6倍。RIL群體的白藜蘆醇變幅為37.30～236.00μg/kg，平均值為103.74μg/kg，變異系數(shù)為38.43%，最小值接近徐花13號(hào)，最大值為236.00 μg/kg，明顯高于中花6號(hào)。其偏度和峰度絕對(duì)值均小于1，表明RIL群體白藜蘆醇含量的分布近似呈正態(tài)分布，具有數(shù)量性狀遺傳分析分布特征，可進(jìn)行數(shù)量性狀遺傳分析。

2.2 白藜蘆醇含量的遺傳分析

利用南京農(nóng)業(yè)大學(xué)章元明教授建立的一套數(shù)量性狀遺傳模型分離分析方法體系和軟件主對(duì)RIL群體中白藜蘆醇的遺傳規(guī)律進(jìn)行基因＋多基因遺傳分析，通過(guò) IECM算法，對(duì) A-0，A-1，B-1-1，B-1-2，B-1-3，C-0，C-1，D-0，D-1 共 4 類 9 種遺傳模型的似然函數(shù)值和AIC值進(jìn)行匯總，結(jié)果如表3所示。由表3可知，C-0遺傳模型的AIC值最低，為3 130.66，與其AIC值比較接近的是C-1，D-0遺傳模型。

將C-0，C-1，D-0遺傳模型作為初選備選模型，對(duì)初選備選模型 C-1，D-0 進(jìn)行（nW2和Dn）適合性檢驗(yàn)后，將這3個(gè)模型的適合性測(cè)驗(yàn)值列于表4。由表4可知，C-0，C-1，D-0統(tǒng)計(jì)量達(dá)到顯著水平個(gè)數(shù)分別為 2，3，2個(gè)，C-0，D-0達(dá)到顯著水平的個(gè)數(shù)相同。按照AIC值最小值準(zhǔn)則，C-0的AIC值最小，綜合分析，確定C-0為最優(yōu)遺傳模型。說(shuō)明花生白藜蘆醇含量的C-0遺傳模型（加性-顯性-多基因模型）為最優(yōu)遺傳模型。

表3 各遺傳模型似然函數(shù)值（MLV）和AIC值

表4 部分模型的適合性檢驗(yàn)

3 結(jié)論

白藜蘆醇是花生的重要功能成分，研究白藜蘆醇含量的遺傳規(guī)律是花生品質(zhì)育種的必要前提，可為選擇合理的世代提供有力的理論依據(jù)。本研究表明，重組自交系群體的白藜蘆醇含量穩(wěn)定，無(wú)干擾，同時(shí)被環(huán)境影響較少，能準(zhǔn)確地估計(jì)白藜蘆醇的遺傳規(guī)律，適合進(jìn)行數(shù)量性狀遺傳分析。

本研究結(jié)果表明，花生白藜蘆醇含量具有變異廣泛和超親現(xiàn)象、數(shù)量性狀遺傳分析分布特征，可做數(shù)量性狀遺傳分析。遺傳分析結(jié)果顯示，C-0遺傳模型（加性-顯性-多基因模型）為花生白藜蘆醇遺傳的最優(yōu)遺傳模型，花生白藜蘆醇受多基因控制，多基因間存在加性-顯性效應(yīng)，與之前的研究結(jié)果一致。加性效應(yīng)，能使抗性積累加強(qiáng)，可為進(jìn)行高世代選育抗性花生材料提供技術(shù)支撐。