基于多世代群體的甜瓜果實(shí)色澤和外形性狀的遺傳分析

梁長志 李靜 白若宇 陳艷麗 李永財 徐文靜 牛旭旭 胡建斌

摘? ? 要：探討甜瓜果實(shí)色澤和外形性狀的遺傳規(guī)律，為甜瓜重要商品性的遺傳改良提供理論依據(jù)。以薄皮甜瓜‘HB74和厚皮甜瓜‘HNA24為親本構(gòu)建F1、F2和BC1群體，春秋兩季對各群體的甜瓜果實(shí)皮色、果肉顏色、種皮顏色、果實(shí)形狀、果面溝、果臍等6個性狀進(jìn)行統(tǒng)計分析。結(jié)果表明，果實(shí)皮色、果肉顏色和種皮顏色在F2和BC1群體中的分離比約為3∶1和1∶1，為一對基因控制的質(zhì)量性狀，深綠果皮、白果肉和淺黃種皮為顯性;果實(shí)形狀偏向共顯性遺傳，果面溝偏向顯性遺傳，而果臍偏向隱性遺傳，但這3個性狀的分離不完全符合單基因遺傳。對重組性狀的統(tǒng)計結(jié)果發(fā)現(xiàn)，果實(shí)皮色和果肉顏色呈連鎖關(guān)系，而與種皮顏色獨(dú)立。

關(guān)鍵詞：甜瓜;分離群體;果實(shí)色澤;果實(shí)外形

Abstract：The present research pursue the genetic law of melon fruit color and external properties with the aim to offer a theoretical basis for the improvement of melon commercial characters.? The thin-skinned melon ‘HB74 and thick-skinned melon ‘HNA24 were used as parents to establish F1， F2 and BC1 generations. Statistic analysis was performed on the six characters， i.e.， skin color， flesh color， seed coat color， fruit shape， surface groove， and navel， based on the generations in spring and autumn. The results showed that separation ratios of skin color， flesh color and seed coat color in F2 and BC1 generations were 3∶1 and 1∶1 respectively， indicating a single gene-controlled qualitative character for those traits. The dark green， white flesh and yellowish seed coat showed dominant inheritance. Fruit shape tended to codominantly inherit， fruit surface groove to codominantly inherit， and fruit navel to recessively inherit. Whereas the separation of three characters did not conform to a single gene-controlled inheritance. Statistic of recombinant characters in the two F2 generations showed that fruit skin color was linked to flesh color but independent to seed coat color.

Key words： Melon; Separation population; Fruit color; Fruit external

甜瓜（Cucumis melo L.）是葫蘆科蔓生植物，其果實(shí)以香甜的口感和多樣的外觀深受市民的喜愛。作為世界十大水果之一，甜瓜的栽培已遍及全球各地，已經(jīng)成為中國、伊朗、土耳其等世界甜瓜生產(chǎn)大國出口創(chuàng)匯的重要農(nóng)作物之一[1]。一直以來我國甜瓜的栽培面積和總產(chǎn)量均居世界首位，甜瓜已經(jīng)從夏季“消暑水果”轉(zhuǎn)變?yōu)橹苣旯?yīng)的“四季水果”，其中，色澤鮮艷、外觀優(yōu)美的品種更是受到市場的青睞。

作為栽培甜瓜的重要起源地之一，我國甜瓜種質(zhì)資源十分豐富[2]。本課題組前期研究表明，我國甜瓜種質(zhì)表型多樣性豐富，種質(zhì)類型在地域間的差異明顯，涵蓋了Pitrat分類標(biāo)準(zhǔn)[3]下厚皮亞種（ssp. melo）的大部分變種（var. cantalupensis，var. reticulatus，var. chandalak，var. ameri，var. inodorus，var. flexuosus和var. dudaim）和薄皮亞種（ssp. agresits）下所有變種（var. conomon，var. acidulus，var. chinensis，var. makuwa和var. momordica）[4]，為甜瓜重要農(nóng)藝性狀的遺傳研究提供了充實(shí)的材料。在眾多的表型性狀中，甜瓜果實(shí)形狀、皮色、覆紋、網(wǎng)紋等是重要的外形性狀，果肉顏色、質(zhì)地、糖酸含量、種子顏色等則是內(nèi)在品質(zhì)性狀，這些性狀都是甜瓜商品性的重要組成部分[5]。甜瓜果實(shí)性狀的形成不僅受遺傳基因的控制，還受環(huán)境條件、發(fā)育階段的影響[6]。因此，對這些重要性狀遺傳規(guī)律的進(jìn)行研究，不僅可以豐富甜瓜果實(shí)發(fā)育的相關(guān)機(jī)制，而且對甜瓜育種還重要的指導(dǎo)意義。

前期，筆者課題組以遺傳差異相對較大的兩個甜瓜高代自交系為親本配制了一個雜交組合。在此基礎(chǔ)上，筆者通過配制多個世代群體，研究重要的色澤性狀和外形性狀的遺傳規(guī)律。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為薄皮甜瓜種質(zhì)‘HB74（P1）和厚皮甜瓜自交系‘HNA24（P2），及其雜交衍生的F1、F2、BC1等群體（表1）?！瓾B74選自國家西瓜甜瓜種質(zhì)中期庫（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹研究所），果形指數(shù)1.6，深綠皮色，10條果面溝，有果臍，黃果肉，紅色種皮;‘HNA24是從商品種‘白金玉中自交分離所得，果形指數(shù)1.1，白皮白肉，無果面溝，無果臍，淺黃種皮（圖1）。

1.2 方法

田間試驗(yàn)于 2016年和2017于河南農(nóng)業(yè)大學(xué)毛莊科教園區(qū)進(jìn)行。2016年春季在日光溫室對‘HB74‘HNA24進(jìn)行播種、育苗，并配制雜交一代F1。秋季在遮陽棚中對‘HB74‘HNA24及其F1進(jìn)行播種、育苗，并自交配制F2，回交配制BC1。2017年春季對親本及其衍生群體進(jìn)行田間種植，并進(jìn)行性狀統(tǒng)計，2017年秋季種植相同的群體，并重復(fù)統(tǒng)計1次。春秋兩季苗齡分別為32 d、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F1保苗30株，分離群體F2、BC1保苗至少150株。單蔓整枝，每株留2～3個瓜，按常規(guī)方法進(jìn)行水肥管理。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

在授粉后35 d，依據(jù)《甜瓜種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》[7]調(diào)查親本及其衍生群體單株的果實(shí)形狀、果實(shí)皮色、果面溝、果臍、果肉顏色和種皮顏色，統(tǒng)計各單位性狀的分離比例，并采用DPS 7.05軟件進(jìn)行χ2測驗(yàn)。為了準(zhǔn)確考察果實(shí)形狀，采用游標(biāo)卡尺測量果實(shí)的縱徑和橫徑，并計算果形指數(shù)（縱徑與橫徑之比）。

為了進(jìn)一步明確各性狀的連鎖關(guān)系，對表現(xiàn)為簡單顯隱關(guān)系的性狀分別進(jìn)行兩兩組合，在F2群體中調(diào)查親本性狀和重組性狀出現(xiàn)的單株數(shù)，進(jìn)行χ2測驗(yàn)，并計算連鎖性狀的重組率。

2 結(jié)果與分析

2.1 果實(shí)色澤性狀的遺傳分析

2017年春季F2、BC1P1和BC1P2群體的種植規(guī)模分別是165株、216株和215株，對這兩個群體的果實(shí)皮色、果肉顏色、種皮顏色等3個性狀分別進(jìn)行統(tǒng)計分析，結(jié)果見表2。在F2群體中，果實(shí)皮色分離出深綠、白兩種顏色，其單株數(shù)分別為125株和40株;果肉顏色分離出白、黃兩種顏色，其單株數(shù)分別是122株和43株;種皮顏色分離出淺黃、紅兩種顏色，其單株數(shù)分別是124株和42株。這3種色澤性狀的分離比約為3∶1，經(jīng)卡方測驗(yàn)表明，其卡方值均小于χ[20.05]=3.841，即符合理論比3∶1。在BC1群體中，這3種色澤性狀的分離約為1∶1，其卡方值也均小于χ[20.05]，符合理論比1∶1。秋季的試驗(yàn)結(jié)果與春季一致，3個性狀的分離均符合理論比（數(shù)據(jù)略）。綜合3個群體春秋兩季的統(tǒng)計結(jié)果表明，果實(shí)皮色、果肉顏色、種皮顏色均符合簡單的孟德爾遺傳規(guī)律，為一對基因控制的質(zhì)量性狀。其中，深綠果皮、白果肉、淺黃種皮為顯性性狀。

2.2 果實(shí)外形性狀的遺傳分析

利用2017年春、秋兩季的F2群體（均為165株）對果實(shí)性狀、果面溝和果臍3個性狀的變異進(jìn)行統(tǒng)計，結(jié)果見表3。果實(shí)形狀采用果形指數(shù)（shape index SI）進(jìn)行衡量，F(xiàn)2群體中除了父本（SI ≤ 1.1）、母本（SI ≥ 1.6）的表型外，還存在中間類型（1.1 < SI < 1.6），其分離比趨向1∶2∶1，但中間類型偏多。經(jīng)卡方測驗(yàn)，春季符合理論比，但秋季不符合，說明果實(shí)形狀偏向共顯性遺傳，但表現(xiàn)出數(shù)量性狀的特點(diǎn)。F2群體的果面溝只出現(xiàn)父本（無）、母本（有）兩種分離，但其卡方值大于χ[20.05]，春秋兩季的試驗(yàn)結(jié)果均不符合理論比1∶3，具有母本性狀的單株偏多，說明果面溝偏向顯性遺傳，但受環(huán)境條件或發(fā)育階段影響較大。F2群體中大部分單株果實(shí)沒有果臍，春秋兩季具有果臍的單株分別占10.91%和13.33%，均不符合理論比3∶1，說明果臍偏向隱性遺傳，但受環(huán)境條件或發(fā)育階段影響很大。

2.3 果實(shí)色澤性狀的連鎖分析

為了明確各性狀之間的連鎖關(guān)系，對表現(xiàn)穩(wěn)定、呈單基因遺傳的3個果實(shí)色澤性狀進(jìn)行兩兩組合，考慮到群體規(guī)模相對較小，對春秋兩季F2群體進(jìn)行合并，統(tǒng)計兩個性狀的重組單株數(shù)，結(jié)果見表4。對于果實(shí)皮色和果肉顏色，母本（綠皮黃肉）、父本（白皮白肉）分別有216株、79株，重組性狀綠皮白肉有35株，白皮黃肉單株未出現(xiàn)，顯然不符合兩對基因獨(dú)立遺傳，兩個性狀的重組率為11.0%。而對于果實(shí)皮色和種皮顏色，母本（綠皮紅籽）、父本（白皮黃籽）、重組單株（綠皮黃籽、白皮紅籽）分別有64株、62株、187株、17株，經(jīng)卡方測驗(yàn)，符合孟德爾分離比3∶3∶9∶1，即果皮底色與種皮顏色獨(dú)立遺傳。果肉顏色和種皮顏色兩對性狀的分離也符合理論比1∶9∶3∶3，也表現(xiàn)為獨(dú)立遺傳。代表性的重組性狀的果實(shí)見圖2。

3 討論與結(jié)論

甜瓜果實(shí)形態(tài)變異較大，其多樣性十分豐富，是甜瓜植物學(xué)分類的重要依據(jù)。本試驗(yàn)選用的兩個親本（母本‘HB74和父本‘HNA24），按照Pitrat分類標(biāo)準(zhǔn)[3]，分別屬于梨瓜變種（var. chinensis）和瓜蛋甜瓜變種（var. chandalak），其果實(shí)外形性狀和色澤性狀差異較大，在分離群體F2和BC1中出現(xiàn)了明顯的分離。其中3個果實(shí)色澤性狀（果皮底色、果肉顏色和種皮顏色）表現(xiàn)為單基因遺傳，深綠果皮、白果肉和淺黃種皮表現(xiàn)為顯性。

甜瓜果皮顏色種類較多，其中Smiths Perfect cantaloupe成熟果實(shí)的深綠果皮對Honeydew的白果皮為顯性，這與本研究結(jié)果一致，但嫩果白果皮對綠果皮為顯性[8]。楊光華等[9-10]的研究表明，甜瓜黃綠果皮對黃果皮為顯性，并結(jié)合GBS（genotyping-by-sequencing）技術(shù)將果皮底色基因定位在4號染色體409 828～835 625 bp區(qū)間內(nèi)。針對甜瓜果肉顏色的遺傳研究存在一定的分歧，有研究者認(rèn)為果肉顏色由單基因控制，但也有人認(rèn)為是多基因控制的數(shù)量性狀[11]。據(jù)文獻(xiàn)報道，白果肉基因Wf對黃果肉基因Y具有上位性，F(xiàn)2群體分離出白、黃、紅3種顏色，其比例為12∶3∶1[12]。楊光華等[9]將橘紅/白果肉基因定位在9號染色體20 433 942～20 573 889 bp區(qū)段內(nèi)。Tzuri等[13]在甜瓜第9號染色體CmOr位點(diǎn)中發(fā)現(xiàn)了一個“黃金”SNP，該位點(diǎn)調(diào)控果肉中β-胡蘿卜素的含量，使果肉呈橙黃/淺綠2種顏色。但該位點(diǎn)并不在楊光華等[9]所報道的區(qū)段內(nèi)，說明控制果肉顏色的基因可能不止一個。目前有關(guān)種皮顏色的研究較少，張可鑫等[14]研究表明甜瓜白色種皮對黃色種皮為顯性，并未見到紅色種皮的研究報道，因此本研究中‘HB74的紅色種皮可能是一個稀有的突變性狀。筆者對‘HB74 × ‘HNA24的F2群體的重組性狀單株進(jìn)行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，果實(shí)皮色和果肉顏色呈連鎖關(guān)系，而與種皮顏色獨(dú)立。而楊光華等[9]的GBS定位結(jié)果表明果實(shí)皮色和果肉顏色基因分別位于第4、9號染色體上，這可能由于本研究中所涉及的性狀基因不同。要進(jìn)一步探明本研究中果皮底色和果肉顏色的連鎖關(guān)系，還需要利用分子標(biāo)記或GBS技術(shù)構(gòu)建遺傳圖譜，對這兩個性狀分別進(jìn)行精細(xì)定位。

果實(shí)形狀、果面溝和果臍是甜瓜果實(shí)的重要外形性狀，其遺傳機(jī)制一直廣受育種者的關(guān)注，其中果實(shí)形狀的遺傳研究報道較多。林碧英等[15]對薄皮和厚皮甜瓜雜交分離群體的研究表明，長形或橢圓形對圓球形為顯性。而多數(shù)研究者認(rèn)為甜瓜果實(shí)性狀屬于數(shù)量性狀，符合加性-顯性遺傳模型，而且還受上位性的影響[16-17]。筆者發(fā)現(xiàn)甜瓜果實(shí)形狀趨向共顯性遺傳，因?yàn)榉蛛x群體中除父母本性狀之外，還出現(xiàn)大量的中間類型，也表現(xiàn)出數(shù)量性狀遺傳特點(diǎn)。前人的分子標(biāo)記定位結(jié)果顯示，在甜瓜多個染色體上發(fā)現(xiàn)了調(diào)控果形指數(shù)的QTL[18-21]，其表型貢獻(xiàn)率為5.40%～33.20%不等。筆者發(fā)現(xiàn)甜瓜果面溝趨向顯性遺傳，但并不符合孟德爾遺傳比例，可能受環(huán)境條件或發(fā)育階段影響較大，這需要利用更大的群體在多環(huán)境條件下進(jìn)行驗(yàn)證。最近，王學(xué)征等[22]研究表明，果面溝為一對基因控制的顯性性狀，且與裂果性相關(guān)，并利用BSA法將其定位在第11號染色體上。本研究中的果臍趨向隱性遺傳，但嚴(yán)重偏離孟德爾分離比例，受環(huán)境和發(fā)育的影響更大，其遺傳機(jī)制可能更為復(fù)雜，目前還未見到關(guān)于甜瓜果臍的遺傳研究報道。

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