花生種皮顏色及花青素含量的遺傳分析

薛其勤別 茹常宇涵邢 明楊 會張 昆劉風珍*萬勇善*

(1. 山東農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院/作物生物學國家重點實驗室,山東 泰安 271018;

2. 濰坊科技學院,山東 壽光 262700)

花生(ArachishypogaeaL.)是重要的蛋白和食用油原料,也可用作制皂和生發(fā)油等化妝品的原料[1]。根據(jù)花生籽仁外種皮顏色不同,可劃分為粉色、紅色、紫色、黑色、紫黑、紫紅、紅白、彩粒等,有色花生近年來更是備受人民喜愛,種植面積不斷擴大?；ㄉN皮顏色差異與花青素含量有關(guān)[2],花青素也稱為花色素、花色苷,屬于生物類黃酮物質(zhì),是一類廣泛存在于植物花、果實、種子或莖葉中的水溶性色素,是植物的一種次生代謝產(chǎn)物,參與植物自身一些重要的生理過程,保護植物免受紫外線損傷和病原體攻擊[3-4]。作為一種天然色素,花青素的營養(yǎng)保健價值極高,具有抗氧化能力,可以清除人體內(nèi)致病的自由基,減緩細胞死亡和細胞膜變性,降低膽固醇水平,預(yù)防和治療心血管疾病,延緩衰老[5-6]。花青素抗增生和抗突變的特性,能夠阻止腫瘤細胞擴散,治療癌癥[7-8]。此外,花青素還可用作食品加工的著色劑。

前人利用遺傳模型對花生的遺傳分析主要是進行品質(zhì)性狀[9-10]、農(nóng)藝性狀[11-12]及產(chǎn)量性狀[13]等方面的研究,對于花生種皮性狀的主基因+多基因遺傳分析鮮有研究。

本試驗擬對花生種皮顏色遺傳規(guī)律、種皮顏色和花青素含量的遺傳關(guān)系進行研究,為揭示花生種子花青素形成機理提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗以大粒、淺粉色種皮的花生品種山花15號和小粒、深紅色種皮的品種中花12號為雜交組合,自F2經(jīng)單粒傳法(Single-seed descent,SSD),多代自交后獲得由302個家系組成的F9代RIL群體花生家系為試驗材料,對302個RIL家系的種皮顏色和花青素含量進行測定,分析其遺傳規(guī)律。

1.2 種皮顏色三原色量化評價與種皮花青素含量測定

采用紫光掃描儀對親本及RIL群體的花生種子進行顏色掃描,采用萬深SC-G自動考種分析系統(tǒng)對種皮顏色紅色、綠色和藍色三原色(RGB值)進行量化評價。每個家系和親本測定3次重復(fù),每次檢測10粒花生。花生種皮總花青素含量提取方法參照Pang[14],略有改動。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析采用Excel 2010進行,利用軟件SPSS 20.0進行數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析、差異顯著性及遺傳變異分析。RGB值和花青素含量遺傳分析采用G3DH軟件進行,根據(jù)AIC值最小原則確定其遺傳模型,并對備選模型進行適合性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 花生種皮顏色與花青素含量的關(guān)系

對RIL家系的花生種皮掃描發(fā)現(xiàn),深紅色家系的RGB值明顯低于淺粉色樣品;302個花生樣品種皮花青苷含量的測定結(jié)果顯示深紅色樣品的花青苷含量明顯高于淺粉色樣品(表1)。

表1 花生種皮顏色RGB值及花青素含量Table 1 RGB value of peanut testa color and anthocyanin content

根據(jù)RIL家系種皮RGB值與花青素含量相關(guān)性可知,花青素含量與RGB值呈顯著負相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為-0.855、-0.822、-0.811(表2),說明花青素含量與花生種皮顏色深淺呈現(xiàn)顯著的正相關(guān),花生種皮顏色越深,花青素含量就越高。RIL群體中花生種皮顏色RGB值變異系數(shù)均在20%以上,RGB值的變異系數(shù)分別為26.17%、40.31%、33.19%;花生種皮花青素含量變異系數(shù)為58.29% (表3)。

表2 花生種皮顏色與花青素含量相關(guān)系數(shù)Table 2 Correlation coefficient between peanut pesta color and anthocyanin content

表3 花生種皮顏色和花青素含量性狀的變異分析Table 3 Variation analysis of peanut testa color and anthocyanin content

由RGB值和花青素含量的頻次分布圖(圖2)可看出,在RIL群體中種皮顏色RGB值與花青素含量分布是間斷的,呈非正態(tài)分布,說明該性狀有可能是由一對或少數(shù)幾對基因控制,可以進行進一步的相關(guān)遺傳研究。

圖2 花生RIL群體種皮顏色和花青素含量性狀頻次分布圖Fig.2 Distribution map of testa color and anthocyanin content in peanut RIL population

2.2 種皮顏色相關(guān)性狀最適遺傳模型分析

利用G3DH軟件對花生種皮顏色RGB值和種皮花青素含量的表型數(shù)據(jù)運算,得到不同遺傳模型包括AIC值在內(nèi)的一系列參數(shù),并根據(jù)AIC值最小原則選出相應(yīng)的備選遺傳模型(表4)。

表4 RIL群體種皮顏色RGB值及花青素含量模型、AIC值及適合性檢驗Table 4 The model, AIC and suitability test of RGB value and anthocyanin content in RIL population

種皮顏色R值的遺傳模型中,模型MX2-AIA的AIC值最小,種皮顏色紅色值的遺傳為2對具有加性—上位性的主基因控制。種皮顏色綠色值(G值)的最適遺傳模型為MX3-AI-A,說明綠色值的遺傳表現(xiàn)為3對具有加性—上位性效應(yīng)的主基因控制。種皮顏色藍色值B值的最適模型為MX3-AI-A,說明藍色值的遺傳表現(xiàn)為3對具有加性—上位效應(yīng)的主基因控制。種皮花青素含量與種皮顏色R值的最適遺傳模型相同,均為MX2-AI-A模型,說明花青素含量同樣為2對具有加性—上位性的主基因控制。

2.3 最適遺傳模型的遺傳參數(shù)估計

根據(jù)選定的性狀最適模型,對花生種皮顏色和花青素含量進行了遺傳參數(shù)估計(表5)。

種皮顏色R值的2個主基因加性效應(yīng)值分別為-32.7398、-11.7514,主基因遺傳率95.06%。G值的3個主基因加性效應(yīng)值分別為-10.4945、-5.5642、-6.9514,主基因遺傳率97.61%。B值的3個主基因加性效應(yīng)值為-9.5155、-2.0329、-3.4334,主基因遺傳率為96.46%。因此,RGB值的主基因遺傳率較高,說明種皮顏色可穩(wěn)定遺傳,受環(huán)境影響較小。種皮花青素含量的2對主基因加性效應(yīng)值為1.8684、-2.5234;主基因遺傳率為96.48%。遺傳率較高,表明花青素含量可以穩(wěn)定遺傳,受環(huán)境影響較小。

表5 RIL群體種皮顏色RGB值及花青素含量備選模型、AIC值及遺傳參數(shù)Table 5 The alternative model, AIC and genetic parameters of RGB value and anthocyanin content in RIL population

3 討 論

洪彥彬等[15]利用SSR標記對花生種皮顏色性狀進行遺傳分析,表明花生深紫色種皮顏色性狀受一對不完全顯性主效基因控制;李海芬等[2]研究表明種皮顏色的深淺與五個基因的表達量有關(guān);Branch[16]通過雜交觀察后代顏色分離發(fā)現(xiàn)兩親本種皮的紅色性狀與深紅色性狀的差異是由兩對基因控制的。一些研究認為花生種皮顏色受一對基因控制,另一些認為受兩對或三對基因控制[17-19]。但多數(shù)研究表明深色對淺色為顯性或者不完全顯性,F2分離世代以深色為主。還有研究表明種皮的深紅色和紫紅色顏色相近,但兩者的遺傳不同,這種情形類似于花生種皮的紅色也有兩種,一種紅色為顯性性狀,另一種紅色為隱性性狀[16]。種皮為白色的花生性狀是由兩對隱性基因控制還是一對顯性基因控制的,有關(guān)學者說法不盡相同[17]?；ㄉ讶史N皮顏色類型豐富,前人進行遺傳分析時,主要采用肉眼觀察,具有主觀差異,這也可能是造成同一花生籽仁種皮顏色性狀得出不同的遺傳規(guī)律。本試驗采用掃描儀和自動考種分析系統(tǒng)對種皮顏色的RGB值進行量化評價,能夠準確反映親本及家系種子的真實顏色,排除主觀誤差。通過遺傳分析,本試驗所采用的遺傳群體的種皮三原色G值和B值的最適模型均為3對主基因控制的加性—上位性遺傳模型;R值的最適模型為2對主基因控制的具有加性—上位性遺傳模型。

對于花生種皮花青素的遺傳,李海芬等[2]通過分析四種不同種皮顏色的花生品種表示控制花青素合成的7個基因在種皮顏色較深的深紅色品種和深紫色的花生品種的表達量顯著高于白色和粉紅色的花生品種。有關(guān)花生種皮花青素的遺傳分析未見有報道,本試驗首次對花生種皮花青素的遺傳模型進行了分析,花青素含量的最適模型為2對主基因控制的加性—上位性遺傳模型。

綜上所述,關(guān)于花生種皮顏色的研究較多,但由于花生籽仁種皮色澤多種多樣,研究結(jié)果有較大差異,利用不同種皮顏色的花生群體材料得到的遺傳分析結(jié)果不同。

4 結(jié) 論

以山花15號與中花12號為親本構(gòu)建的RIL群體中種皮顏色和種皮花青素含量具有主基因+多基因遺傳特點。根據(jù)RIL家系種皮顏色RGB值與花青素含量相關(guān)性可知,花青素含量與花生種皮顏色深淺呈顯著的正相關(guān)。

本研究初步用G3DH軟件確定了種皮顏色RGB值和花青素含量的遺傳模型:三原色分析中紅色(R值)最適模型為2對主基因控制的具有加性—上位性遺傳模型,主基因遺傳率為95.06%;綠色(G值)最適模型為3對主基因控制的加性—上位性遺傳模型,遺傳率為97.61%;藍色(B值)最適模型為3對主基因控制的加性—上位性遺傳模型,其遺傳率為96.46%;花青素含量的最適模型為2對主基因控制的加性—上位性效應(yīng)主基因遺傳模型,主基因遺傳率分別為96.48%。