苦瓜控制第1雄花節(jié)位的QTL定位

崔竣杰 彭家柱 程蛟文 胡開林

摘 要：為了對控制苦瓜第1雄花節(jié)位的遺傳位點進(jìn)行定位，基于苦瓜K44×Dali-11的F2群體和04-17×47-2-1-1-3的F2群體構(gòu)建遺傳圖譜，結(jié)合第1雄花節(jié)位的表型數(shù)據(jù)，對苦瓜第1雄花節(jié)位進(jìn)行了QTL檢測。結(jié)果表明，對于2個F2群體，都在相近的遺傳位置區(qū)域檢測到控制苦瓜第1雄花節(jié)位的QTL位點fmfn，該位點位于苦瓜的MC06連鎖群或擬染色體上10.66～14.32 Mb區(qū)間，候選區(qū)間的遺傳距離和物理距離分別為11.65 cM和3.66 Mb，遺傳貢獻(xiàn)率為34.80%，其中包含195個注釋基因。研究結(jié)果為進(jìn)一步精細(xì)定位及克隆控制苦瓜第1雄花節(jié)位的基因提供了重要參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：苦瓜;第1雄花節(jié)位;QTL;候選區(qū)間

中圖分類號：S642.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-2871（2021）07-025-04

QTL mapping of the first male flower node in bitter gourd

CUI Junjie1， PENG Jiazhu2， CHENG Jiaowen3， HU Kailin3

（1. Department of Horticulture， Foshan University， Foshan 528000， Guangdong， China; 2. Guangzhou Academy of Agricultural Sciences， Guangzhou 510335， Guangdong， China; 3. College of Horticulture， South China Agricultural University， Guangzhou 510642， Guangdong， China）

Abstract： In order to map the genetic locus controlling the first male flower node of bitter gourd， based on the genetic maps constructed by the F2 populations of K44×Dali-11 and 04-17×47-2-1-1-3， combined with the phenotypic data of the first male flower node， we detected QTLs for the first male flower node of bitter gourd. The results showed that for the two F2 populations， the QTL locus， fmfn， controlling the first male flower node of bitter gourd was detected in the similar genetic location， which was located in the 10.66-14.32 Mb interval on the linkage group or pseudo chromosome MC06. The genetic and physical distance of the candidate interval are 11.65 cM and 3.66 Mb， respectively， and the genetic contribution rate is 34.80%， including 195 annotated genes. The results of this study provide an important reference for further fine mapping and cloning of genes controlling the first male flower node of bitter gourd.

Key words： Bitter gourd; First male flower node; QTL; Candidate interval

苦瓜（Momordica charantia L.）屬于葫蘆科作物，主要分布在亞洲和非洲[1]，通常為單性花，雌雄同株，雌花接受雄花花粉授粉后果實才迅速發(fā)育和膨大，因此苦瓜開花節(jié)位的高低會顯著影響苦瓜的熟性和早期產(chǎn)量。

葫蘆科作物的性別分化既受環(huán)境的影響，又受遺傳的調(diào)控。在環(huán)境因素方面，光照和溫度對苦瓜植株性別分化的影響與黃瓜類似，即短日照和低溫條件下有利于雌花形成[2]。在遺傳因素方面，國內(nèi)外學(xué)者對葫蘆科作物的性別決定、始花節(jié)位和早開花等開花相關(guān)性狀進(jìn)行了一系列的研究。例如明確了甜瓜植株性別形態(tài)主要取決于3個基因位點（M位點、G位點和A位點）的顯隱性組合[3];利用SRAP（sequence-related amplifiedpolymorphism）標(biāo)記將黃瓜的始花節(jié)位基因ffn定位于Ⅸ連鎖群上標(biāo)記DC1EM5-ME7EM2A的1.80 cM區(qū)間[4];利用SSR（simple sequence repeats）標(biāo)記將黃瓜第1雌花節(jié)位2個QTL（Fpfn 3.1和Fpfn 6.1）分別定位于3號染色體上標(biāo)記SSR04635-SSR13466的6.96 Mb和6號染色體上標(biāo)記SSR15516-SSR00126的4.81 Mb區(qū)間[5];利用SNP（single nucleotide polymorphism）標(biāo)記將黃瓜第1雌花節(jié)位另一個QTL（FFFN6.1）定位于6號染色體上標(biāo)記M196811-M145082的0.79 cM區(qū)間，并與Fpfn 6.1相距較遠(yuǎn)[6];通過QTl-seq技術(shù)將黃瓜的早開花位點Ef1.1定位于1號染色體22.86～26.31 Mb區(qū)間，并初步確定其候選基因為Flowering Locus T的同源基因[7]。利用SRAP標(biāo)記將控制絲瓜第1雌花節(jié)位的多個QTL進(jìn)行了初定位[8];利用SNP標(biāo)記將苦瓜第1雌花節(jié)位QTL（fffn）定位于MC01號連鎖群標(biāo)記scaffold44_3793313-scaffold44_7318231的3.52 Mb區(qū)間[9]。然而，對于控制苦瓜第1雄花節(jié)位的QTL位點尚鮮見報道。筆者基于課題組前期已經(jīng)構(gòu)建的兩張遺傳圖譜[9-10]，對苦瓜控制第1雄花節(jié)位的QTL進(jìn)行初定位研究。

1 材料與方法

1.1 材料

供試親本材料K44、Dali-11、04-17和47-2-1-1-3都是經(jīng)過6代以上自交獲得的遺傳穩(wěn)定的自交系，其中K44是由自然突變選育出的雌性系（主蔓和側(cè)枝上全部開雌花），其他3個自交系為雌雄異花同株材料，所有材料由華南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院蔬菜系提供。通過雜交獲得F1代后再自交分別獲得K44×Dali-11及04-17×47-2-1-1-3的F2群體。

1.2 方法

1.2.1 田間試驗及性狀調(diào)查 于2014年春季，將K44、Dali-11和K44×Dali-11的F2群體種植于華南農(nóng)業(yè)大學(xué)增城實驗基地，全雌性在F2群體發(fā)生分離[9]，由于全雌株不開雄花，因此在開花期只對該F2群體雌雄同株單株的第1雄花節(jié)位（主蔓上第1朵雄花著生節(jié)位）進(jìn)行調(diào)查;將04-17、47-2-1-1-3和04-17×47-2-1-1-3的F2群體種植于海南省海口試驗田，在開花期對第1雄花節(jié)位進(jìn)行調(diào)查。

1.2.2 表型分析及QTL定位 使用 Excel和SPSS軟件對苦瓜親本之間第1雄花節(jié)位的差異顯著性及其F2群體的表型數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計。利用筆者所在課題組前期構(gòu)建的2張遺傳圖譜[9-10]，結(jié)合表型數(shù)據(jù)對苦瓜第1雄花節(jié)位進(jìn)行QTL定位。具體方法是使用MapQTL6 軟件的MQM模型（Multiple-QTL models=composite interval mapping）進(jìn)行 QTL 檢測[11]，選用距離 QTL 最近標(biāo)記的效應(yīng)值代表該 QTL的效應(yīng)值，每個環(huán)境下QTL 置信區(qū)間依據(jù)降1 LOD 和取鄰近標(biāo)記原則劃定。

2 結(jié)果與分析

2.1 苦瓜F2群體第1雄花節(jié)位表型分析

經(jīng)統(tǒng)計分析，苦瓜親本K44（雌性系）與Dali-11、04-17與47-2-1-1-3之間的第1雄花節(jié)位存在顯著差異（表1）。對于K44×Dali-11的F2群體和04-17×47-2-1-1-3的F2群體，分別調(diào)查了171和108個單株，對兩個F2群體第1雄花節(jié)位的植株數(shù)分布頻率進(jìn)行統(tǒng)計的結(jié)果表明，苦瓜第1雄花節(jié)位表現(xiàn)為明顯的單峰、接近正態(tài)分布，符合數(shù)量性狀遺傳的典型特征（圖1）。

2.2 苦瓜第1雄花節(jié)位的QTL定位

經(jīng)QTL檢測，在苦瓜K44×Dali-11的F2群體中，檢測到第1雄花節(jié)位的2個QTL，fmfn1和fmfn2，均位于MC06連鎖群上，最近標(biāo)記的物理位置分別為11.61 Mb和17.01 Mb，LOD值分別為17.64和15.72、貢獻(xiàn)率分別為37.80%和34.50%，由于fmfn1與fmfn2的位置相距較近，可以將它們合并為一個候選區(qū)域，其區(qū)間大小的遺傳距離和物理距離分別為29.29 cM和7.03 Mb。在苦瓜04-17×47-2-1-1-3的F2群體中，檢測到第1雄花節(jié)位1個QTL，即fmfn，位于LG8連鎖群上標(biāo)記MC_g61ind1428處，其LOD值為10.04、貢獻(xiàn)率為34.80%，其候選區(qū)間的遺傳距離和物理距離分別為11.65 cM和3.66 Mb（圖2和表2）。將LG8上的標(biāo)記進(jìn)行物理坐標(biāo)比對后發(fā)現(xiàn)，LG8和MC06位于苦瓜同一條連鎖群或擬染色體上，而且，fmfn位點正好在fmfn1和fmfn2的候選區(qū)域以內(nèi)，且與fmfn1的位置更接近。綜合苦瓜兩個獨立的F2群體的第1雄花節(jié)位定位結(jié)果，初步確定控制苦瓜第1雄花節(jié)位的QTL位點為fmfn，其候選區(qū)間（10.66～14.32 Mb）的遺傳距離和物理距離分別為11.65 cM和3.66 Mb，通過與苦瓜參考基因組的注釋信息相比對，結(jié)果顯示該區(qū)間包含有195個注釋的基因。

3 討 論

基于前期作者所在課題組構(gòu)建的2張遺傳圖譜，其中一張是以K44和Dali-11為親本包含1009個SNP標(biāo)記，含11個連鎖群，將苦瓜Dali-11的參考基因組序列錨定到了相應(yīng)的11條擬染色體上[9];另一張是以04-17和47-2-1-1-3為親本的包含164個InDel標(biāo)記，含15個連鎖群[10];作者在本研究中根據(jù)苦瓜2個F2群體在廣州市和?？谑?個栽培環(huán)境下第1雄花節(jié)位的表型數(shù)據(jù)，對控制苦瓜第1雄花節(jié)位的主效QTL進(jìn)行了初定位，經(jīng)合并和取重疊區(qū)間初步確定fmfn為控制苦瓜第1雄花節(jié)位的QTL，位于MC01號連鎖群或擬染色體10.66～14.32 Mb區(qū)間。從前人的研究結(jié)果得知，控制苦瓜第1雌花節(jié)位的主效QTL位于MC01號連鎖群或擬染色體上，并且該位點與苦瓜純雌基因位點相同[9，12]。說明苦瓜第1雄花節(jié)位和第1雌花節(jié)位或純雌性狀由不同的遺傳位點控制，至于苦瓜是否像黃瓜和甜瓜一樣[3]，不同性別基因也存在互作效應(yīng)，需要進(jìn)一步驗證。

本研究中定位的苦瓜第1雄花節(jié)位QTL，fmfn區(qū)間的遺傳距離與物理距離分別為11.65 cM和3.66 Mb，候選區(qū)間還比較大，其中包含195個的注釋基因，但是，fmfn具有比較準(zhǔn)確的初定位區(qū)間以及較大的遺傳效應(yīng)值，結(jié)果可為進(jìn)一步精細(xì)定位及克隆該基因提供重要參考依據(jù)。

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