菊花品种表型性状与分子标记的关联分析
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文档简介
中国农业科学 2012 45 7 1355 1364 Scientia Agricultura Sinica doi 10 3864 j issn 0578 1752 2012 07 013 收稿日期 2011 09 01 接受日期 2012 03 28 基金项目 国家林业公益性科研专项 200904050 联系方式 李仁伟 E mail lrw82 通信作者戴思兰 Tel 010 82371556 8023 E mail silandai 菊花品种表型性状与 SRAP 分子标记的关联分析 李仁伟 王 晨 戴思兰 雒新艳 李宝琴 朱 珺 卢 洁 刘倩倩 北京林业大学园林学院 国家花卉工程技术研究中心 北京 100083 摘要 目的 寻找与菊花重要园艺性状相关联的分子标记 为菊花复杂数量性状的研究以及分子标记辅助 育种奠定遗传学基础 方法 利用筛选出的 19 对 SRAP 引物组合对 58 个典型大菊品种进行多位点扫描分析 在 对供试材料进行群体结构分析的基础上 利用 TASSEL 软件 对获得的分子标记与这些品种的 18 个重要表型性状 进行关联分析 结果 群体遗传结构分析将 58 个大菊品种划分为 5 个亚群结构 平瓣类 管瓣类 畸瓣类 桂 瓣类和日本品种亚群 通过关联分析 发现有 6 个标记位点与 5 个性状关联 P 0 01 其中与花部性状 花梗粗 度 花瓣宽度 筒状小花数量 相关位点共 5 个 与茎部 茎粗度 相关位点 1 个 与叶部性状 叶厚度 相关 位点 1 个 各位点对表型变异的解释率在 0 0738 0 4791 结论 利用 SRAP 标记可有效地对菊花进行群体结构 的判断和划分 关联分析能够有效地找到与菊花表型性状关联的 SRAP 标记 用于分子标记辅助育种 关键词 菊花 表型性状 SRAP 关联分析 The Association Analysis of Phenotypic Traits with SRAP Markers in Chrysanthemum LI Ren wei WANG Chen DAI Si lan LUO Xin yan LI Bao qin ZHU Jun LU Jie LIU Qian qian College of Landscape Beijing Forestry University National Flower Engineering Research Center Beijing 100083 Abstract Objective In order to provide a genetic basis for studies on complex quantitive traits and for molecular assisted breeding of chrysanthemum the SRAP markers associated with important chrysanthemum horticulture traits were screened Method The genomic regions with selection sweep were detected through scanning 58 representative chrysanthemum cultivars using 19 SRAP markers Population structure was firstly analyzed then association analysis between SRAP markers and 18 important phenotypic traits were performed using TASSEL GLM Result Genetic structure analysis showed that the selected cultivar population was composed of 5 subpopulations namely flat type subgroup tube type subgroup irregular type subgroup anemone type subgroup and Japanese subgroup There were 6 SRAP loci associated with 5 quantitative characters P 0 01 among which 3 flower traits were associated with 5 loci while 1 stem and 1 leaf traits were associated with 1 locus respectively The rate of explanation on the phenotype of related locus ranged from 0 0738 to 0 4791 Conclusion It is feasible to estimate and differentiate chrysanthemum population s structure effectively using SRAP markers and the markers obtained in this study are promising in molecular assisted breeding Key words Chrysanthemum morifolium phenotypic traits SRAP association analysis 0 引言 研究意义 菊花 Chrysanthemum morifolium Ramat 是中国传统名花 深受人们的喜爱 1 2 在世 界范围内 菊花是市场上主要的鲜切花之一 也是重 要的盆花 地被花卉 3 4 菊花起源于中国 是菊属部 分野生种天然杂交再经人工选育形成的 其主要亲本 为毛华菊 C vestitum Hemsl 野菊 C indicum L 1356 中 国 农 业 科 学 45 卷 与紫花野菊 C zawadskii Herb 等 5 7 经过长期天 然杂交 人工选择和培育 产生了大量的种下变异 具有丰富的遗传多样性 菊花的表型性状大部分是数 量性状 变异极其丰富 因其极易受环境因素的影响 多年来对菊花复杂性状的研究始终极为困难 8 对菊 花重要表型性状的基因型进行解析 寻找与目标性状 相关的分子标记 将为复杂数量性状的遗传学研究 品种鉴定及品种保护和分子标记辅助育种奠定重要基 础 前人研究进展 分子标记技术已成功应用于 菊花的起源研究 品种鉴定和遗传多样性分析等领 域 9 12 随着分子标记技术的发展 利用全基因组的 分子标记和合适的分离群体寻找连锁标记 开展遗 传连锁作图是目前植物数量性状研究的主要方法之 一 13 菊花长期进行无性繁殖 基因组高度杂合 且 存在近交衰退现象 所以 菊花的遗传图谱构建一直 是个难题 在此方面的研究工作刚刚起步 赵婧媛等 利用地被菊和盆栽小菊的杂交 F1代群体 通过集团分 离分析 bulked segregant analysis BSA 法寻找到与 菊花匍匐性显著相关的 RAPD 标记 14 Zhang 等根据 双 假测交 作图策略 利用两个高度杂合的菊花品 种作为亲本 将其杂交 F1代作为作图群体 使用 RAPD ISSR AFLP 和 SRAP 等分子标记成功构建了 双亲的遗传连锁图谱 并筛选出与菊花初花期和开花 持续期相关的 SRAP 标记 还对花径 舌状花数等花 器性状进行了数量性状位点 quantitative trait loci QTL 定位 15 17 尽管部分连锁图已经在菊花中建立 起来 但是标记密度较低 连锁群不完整 制约了其 应用潜力 本研究切入点 关联分析 又称关联作 图或连锁不平衡作图 曾广泛用于人类遗传学研究 是一种研究复杂数量性状的遗传学方法 18 它是以自 然群体为研究对象 以长期重组后保留下来的等位基 因 位点 间连锁不平衡 linkage disequilibrium LD 为基础 将目标表型性状的多样性与基因 位点 的 多态性结合起来分析 可直接鉴定出与表型变异密切 相关且具有特定功能的基因位点或标记位点 19 与传 统的连锁作图相比 关联分析有以下优点 以自然群 体为材料 无需构建作图群体 可以同时检测同一座 位的多个等位基因 而连锁作图只能涉及来自亲本的 2 个等位基因 广泛的遗传材料可同时考察多个性状 的大多数 QTL 的关联位点及其等位变异 不受连锁作 图中两亲本范围及群体分离情况的限制 20 22 鉴于利 用连锁作图开展菊花园艺性状 QTL 定位的难度大 周 期长 因此可以考虑利用关联分析的特点 充分发挥 中国菊花种质资源丰富多样的优势 以自然群体为基 础开展关联分析 鉴定与重要表型性状关联的分子标 记 从而为菊花分子辅助育种服务 拟解决的关键 问题 本研究在分析群体结构的基础上 用关联分析 对 58 个大菊品种的 18 个数量性状与 SRAP 分子标记 进行关联 希望鉴定出与上述性状相关联的标记位点 为菊花育种工作的深入开展和品种鉴定提供一些有价 值的参考资料 1 材料与方法 1 1 供试材料 本研究所有材料均来自北京林业大学菊花资 源圃 在 2008 2010 连续 3 年对菊花资源圃内 800 余个大菊品种表型性状进行观测分析的基础上 以 尽可能覆盖大菊品种出现的所有性状变异为原则 在资源圃中选择具有代表性的 58 个大菊品种 涵 盖 5 个瓣型 30 个花型 包括 50 个中国品种和 8 个日本品种 为无直接亲缘关系的自然群体 表 1 所有品种于 5 月在日光温室中扦插繁殖 6 7 月 定植于直径 30 cm 瓦盆中 按照独本菊的栽培技法常 规田间管理 1 2 方法 1 2 1 表型性状的测定与分析 本研究中测定 18 个 数量性状 包括 花部性状 11 个 花径大小 花瓣长 度 花瓣宽度 花梗长度 花高 花梗粗度 舌状小 花数 筒状小花数 筒状花长度 筒状花部直径 花 托大小 叶部性状 4 个 叶柄长度 叶片长度 叶 片宽度 叶厚 茎部性状 2 个 节间长度 茎粗 整体性状 1 个 植株高度 性状的测定方法参照雒 新艳等 23 的描述 每个品种测量 10 个单株 取平均 值 计算各性状在品种内和品种间的变异系数 计算 公式为 CV S X S EX2 EX 2 N N 1 1 2 其中 CV 为变异系数 S 为标准差 X 为样本均值 1 2 2 DNA 提取 田间取植株嫩叶 用改良 CTAB 法 提取基因组 DNA 24 用 1 琼脂糖凝胶电泳和紫外分 光光度计测定 DNA 质量和浓度 并将浓度稀释至 50 ng L 1 样品在 20 下保存备用 1 2 3 SRAP 分析 选用正向引物 13 条 反向引物 10 条 共 130 对 SRAP 引物用于引物筛选 SRAP 分析 参照张飞等 25 的方法 经过体系优化及引物筛选后 对供试品种进行扩增 将具有相同迁移率的扩增片段 7 期 李仁伟等 菊花品种表型性状与 SRAP 分子标记的关联分析 1357 表 1 供试菊花品种名录 Table 1 The list of chrysanthemum cultivars for analysis 序号 No 品种名称 Cultivars 瓣型 Petal shape 花型 Inflorescence shape 颜色 Color 来源 Origin 1 玉龙闹海 Yulongnaohai 匙瓣类 Spoon 匙球型 Spherical spoon 白色 White 中国 China 2 嫦娥奔月 Changebenyue 匙瓣类 Spoon 卷散型 Irregular Reflex 黄色 Yellow 中国 China 3 太真含笑 Taizhenhanxiao 平瓣类 Flat 翻卷型 Reflex 粉色 Pink 中国 China 4 桃李争妍 Taolizhengyan 管瓣类 Tubular 钩环型 Open bead 紫色 Purple 中国 China 5 大红托桂 Dahongtuogui 桂瓣类 Anemone 管桂型 Tubular Anemone 红色 Red 中国 China 6 玉翎管 Yulinguan 管瓣类 Tubular 翎管型 Straight Tubular 白色 White 中国 China 7 梅花鹿 Meihualu 平瓣类 Flat 翻卷型 Reflex 复色 Bicolor 中国 China 8 蟾宫桂色 Changongguise 桂瓣类 Anemone 管桂型 Tubular Anemone 黄色 Yellow 中国 China 9 细雨含沙 Xiyuhansha 管瓣类 Tubular 贯珠型 Pendant bead 黄色 Yellow 中国 China 10 凤冠霞帔 Fengguanxiapei 管瓣类 Tubular 飞舞型 Irregular tubular 间色 Striped 中国 China 11 玉环公主 Yuhuangongzhu 管瓣类 Tubular 钩环型 Open bead 粉色 Pink 中国 China 12 文经武纬 Wenjingwuwei 匙瓣类 Spoon 卷散型 Irregular Reflex 复色 Bicolor 中国 China 13 胭脂点雪 Yanzhidianxue 平瓣类 Flat 叠球型 Globular 复色 Bicolor 中国 China 14 黄香梨 Huangxiangli 管瓣类 Tubular 翎管型 Straight Tubular 黄色 Yellow 中国 China 15 月明星稀 Yuemingxingxi 桂瓣类 Anemone 管桂型 Tubular Anemone 黄色 Yellow 中国 China 16 麻姑献瑞 Maguxianrui 畸瓣类 Abnormal 毛刺型 Setaceous 复色 Bicolor 中国 China 17 紫宸殿 Zichendian 平瓣类 Flat 平盘型 Flat pan 紫色 Purple 中国 China 18 玉凤飘翎 Yufengpiaoling 平瓣类 Flat 翻卷型 Reflex 复色 Bicolor 中国 China 19 绿萍 Lvping 匙瓣类 Spoon 匙荷型 Spoon lotus 绿色 Green 中国 China 20 紫玉松针 Ziyusongzhen 管瓣类 Tubular 松针型 Acicular 紫色 Purple 中国 China 21 凤凰振羽 Fenghuangzhenyu 匙瓣类 Spoon 管盘型 Pan Tubular 间色 Striped 中国 China 22 天下一品 Tianxiayipin 畸瓣类 Abnormal 剪绒型 Chenille like 复色 Bicolor 中国 China 23 玉龙爪 Yulongzhua 畸瓣类 Abnormal 龙爪型 Dragon Paw 白色 White 中国 China 24 金葵向阳 Jinkuixiangyang 平瓣类 Flat 叠球型 Globular 复色 Bicolor 中国 China 25 苍龙爪 Canglongzhua 畸瓣类 Abnormal 龙爪型 Dragon Paw 黄色 Yellow 中国 China 26 墨牡丹 Momudan 平瓣类 Flat 芍药型 Peony 红色 Red 中国 China 27 雀舌托桂 Queshetuogui 桂瓣类 Anemone 管桂型 Tubular Anemone 粉色 Pink 中国 China 28 嫩竹玉笋 Nenzhuyusun 平瓣类 Flat 翻卷型 Reflex 复色 Bicolor 中国 China 29 杜鹃霁雪 Dujuanjixue 平瓣类 Flat 叠球型 Globular 白色 White 中国 China 30 香山雏凤 Xiangshanchufeng 管瓣类 Tubular 丝发型 Pendant filiform 紫色 Purple 中国 China 31 帅旗 Shuaiqi 平瓣类 Flat 宽带型 Single 复色 Bicolor 中国 China 32 凤凰衣 Fenghuangyi 管瓣类 Tubular 飞舞型 Irregular tubular 复色 Bicolor 中国 China 33 孩儿面 Haiermian 平瓣类 Flat 叠球型 Globular 白色 White 中国 China 34 银链荷花 Yinlianhehua 平瓣类 Flat 荷花型 Lotus 白色 White 中国 China 35 金背大红 Jinbeidahong 平瓣类 Flat 芍药型 Peony 复色 Bicolor 中国 China 36 紫龙献爪 Zilongxianzhua 畸瓣类 Abnormal 龙爪型 Dragon Paw 紫色 Purple 中国 China 37 老帅旗 Laoshuaiqi 平瓣类 Flat 宽带型 Single 复色 Bicolor 中国 China 38 玉线银针 Yuxianyinzhen 管瓣类 Tubular 丝发型 Pendant filiform 黄色 Yellow 中国 China 39 金红毛刺 Jinhongmaoci 畸瓣类 Abnormal 毛刺型 Setaceous 橙色 Orange 中国 China 40 踏雪寻梅 Taxuexunmei 匙瓣类 Spoon 雀舌型 Sparrow tongue 复色 Bicolor 中国 China 1358 中 国 农 业 科 学 45 卷 续表 1 Continured Table 1 序号 No 品种名称 Cultivars 瓣型 Petal shape 花型 Inflorescence shape 颜色 Color 来源 Origin 41 洹水明珠 Huanshuimingzhu 桂瓣类 Anemone 平桂型 Flat Anemone 黄色 Yellow 中国 China 42 银盘托桂 Yinpantuogui 桂瓣类 Anemone 匙桂型 Spoon Anemone 白色 White 中国 China 43 织女 Zhinv 管瓣类 Tubular 璎珞型 Jade like 粉色 Pink 中国 China 44 白龙爪 Bailongzhua 畸瓣类 Abnormal 龙爪型 Dragon Paw 白色 White 中国 China 45 绿孔雀 Lvkongque 管瓣类 Tubular 钩环型 Open bead 绿色 Green 中国 China 46 玉龙须 Yulongxu 管瓣类 Tubular 疏管型 Scattered Tubular 白色 White 中国 China 47 飒爽英姿 Sashuangyingzi 平瓣类 Flat 匙荷型 Spoon lotus 粉色 Pink 中国 China 48 向阳花开 Xiangyanghuakai 平瓣类 Flat 平盘型 Flat pan 复色 Bicolor 中国 China 49 西山红日 Xishanhongri 平瓣类 Flat 宽带型 Single 复色 Bicolor 中国 China 50 玉蝶 Yudie 匙瓣类 Spoon 雀舌型 Sparrow tongue 白色 White 中国 China 51 清见的由来 Qingjiandeyoulai 管瓣类 Tubular 贯珠型 Pendant bead 粉色 Pink 日本 Japan 52 精兴右进 Jingxingyoujin 平瓣类 Flat 叠球型 Globular 黄色 Yellow 日本 Japan 53 国华帝都 Guohuadidu 平瓣类 Flat 叠球型 Globular 白色 White 日本 Japan 54 久米的梦 Jiumidemeng 匙瓣类 Spoon 卷散型 Irregular Reflex 粉色 Pink 日本 Japan 55 泉乡火龙 Quangxianghuolong 管瓣类 Tubular 钩环型 Open bead 复色 Bicolor 日本 Japan 56 太平金日 Taipingjinri 平瓣类 Flat 叠球型 Globular 黄色 Yellow 日本 Japan 57 太平真红 Taipingzhenhong 平瓣类 Flat 叠球型 Globular 粉色 Pink 日本 Japan 58 津栾之光 Jinluanzhiguang 平瓣类 Flat 翻卷型 Reflex 黄色 Yellow 日本 Japan 按照二进制方法进行记录 即有带的记为 1 无带的 记为 0 仅记录清晰 稳定的扩增条带 最终形成 0 1 矩阵输入计算机 遗传多样性分析采用多态性信息量 Polymorphism Information Content PIC 指标 按 照 Anderson 等 26 的计算方法 标记 i 的 PIC 值计算公 式为 n j iji pPIC 1 2 1 其中 pij表示标记 i 第 j 种带型出现的频率 标记 i 的带型数从 1 到 n PIC 值的范围为 0 1 0 表示无 多态性 1 表示具有非常高的多态性 1 2 4 数 据 统 计 与 分 析 群 体 结 构 分 析 用 STRUCTURE 27 软件对菊花品种群体结构进行基于数 学模型的类群划分 先设定群体数目 K 为 2 9 将 MCMC Markov chain Monte Carlo 开始时的不作 数迭代 Length of burn in period 设为 10 000 次 再 将不作迭代后的 MCMC 设为 100 000 次 然后计算出 每个 K 值对应的 lnP D 值 根据似然值最大的原则 选择合适的K值 并计算得到每个品种相应的Q值 第 i 品种其基因组变异源于第 k 群体的概率 关联分析 应用 TASSEL 软件 GLM General Linear Model 一般 线性模型 程序 将各个菊花品种的 Q 值作为协变量 将18个数量性状的表型性状数据分别对SRAP标记变 异逐一进行回归分析 确认表型性状关联位点并计算 位点对表型变异的解释率 GLM 回归方程是 Aj Cpj 1B1j 2B2j kBkj 其中 Aj是第 j 个材料数量性状测定值 是群体各 位点各等位变异的平均效应 Cpj是第 j 材料第 P 等位 变异出现的指示变量 B1j Bkj是第 j 个材料基因组变 异源于第 l k 群体的概率 Q 值 1 k是亚群体各位 点各等位变异的平均效应 是残差 28 2 结果 2 1 数量性状的变异分析 本研究中应用变异系数来表示观测的数量性状在 品种内和品种间的离散性程度 品种内变异系数反映 了性状在同一品种内的稳定程度 品种间变异系数反 映了性状在不同品种间的离散情况 由各性状变异系 数计算结果 表 2 可知 18 个数量性状在品种内稳 定性较好 花梗长度品种内变异系数最高 为 0 22 其余均未超过 0 2 均值为 0 13 花部性状的品种间变 异系数较大 而叶部 茎部等性状在品种间的差异不 如花部性状明显 因此 在关联分析中可能更容易在 不同基因型间找到与花部性状关联的标记 7 期 李仁伟等 菊花品种表型性状与 SRAP 分子标记的关联分析 1359 表 2 数量性状表型变异分析结果 Table 2 Analysis of variation of the quantitative characters 性状 Characters 品种内变异系数 Coefficient variation in cultivars 品种间变异系数 Coefficient of variation between cultivars 性状 Characters 品种内变异系数 Coefficient of variation in cultivars 品种间变异系数 Coefficient of variation between cultivars 花径大小 Diameter of inflorescence 0 10 0 20 筒状花部直径 Diameter of tubular flowers 0 11 0 93 花瓣长度 Length of petal 0 13 0 31 花托大小 Receptacle size 0 08 0 37 花瓣宽度 Width of petal 0 14 0 67 叶柄长度 Length of petiole 0 17 0 31 花梗长度 Length of pedicel 0 22 0 46 叶片长度 Length of leaf 0 13 0 21 花高 Flower height 0 18 0 34 叶片宽度 Width of leaf 0 15 0 23 花梗粗度 Thickness of pedicel 0 15 0 23 叶片厚度 Thickness of leaf 0 13 0 22 舌状小花数 Number of ligulate florets 0 09 0 70 节间长度 Length of internode 0 19 0 35 筒状小花数量 Number of tubular florets 0 13 1 03 茎粗度 Thickness of stem 0 14 0 20 筒状花的长度 Length of tubular florets 0 10 1 19 植株高度 Height 0 11 0 36 2 2 SRAP 分析 在 130 对 SRAP 引物组合中筛选出 19 对条带清 晰稳定的引物组合对所选择的 58 个大菊品种进行扩 增 共产生扩增片段 283 条 其中多态性片段为 225 条 多态性位点占 80 每对引物组合检测等位基因 数为 7 23 个 平均为 11 84 个 表 3 多态性信息 表 3 选择的 19 对 SRAP 引物及多样性统计 Table 3 The selected 19 pairs of SRAP primers and their diversity statistics 引物组合 Primer combination 扩增条带数 Number of fragments scored 多态性条带数 Polymorphic fragments 多态性比率 Ratio of polymorphism 多态性信息量 PIC Me1 Em5 21 18 0 86 0 92 Me1 Em6 11 9 0 82 0 87 Me1 Em7 21 18 0 86 0 92 Me1 Em8 12 10 0 83 0 88 Me1 Em9 17 12 0 71 0 81 Me1 Em10 17 11 0 65 0 83 Me1 M13 13 10 0 77 0 90 Me2 Em13 16 12 0 75 0 86 Me3 Em1 9 7 0 78 0 83 Me3 Em4 11 9 0 82 0 87 Me3 Em5 19 16 0 84 0 92 Me3 Em7 26 23 0 88 0 94 Me3 Em8 15 13 0 87 0 91 Me5 Em2 15 9 0 60 0 76 Me5 Em5 9 7 0 78 0 82 Me5 Em8 15 12 0 80 0 93 Me5 Em10 11 9 0 82 0 89 Me6 Em1 12 10 0 83 0 88 Me6 Em7 13 10 0 77 0 84 1360 中 国 农 业 科 学 45 卷 电泳道标号为表 1 中对应的菊花品种名称 The code number of the lanes correspond to cultivars displayed in Table 1 图 1 引物 Me1 Em6 扩增结果 Fig 1 Amplification results of Me1 Em6 量 PIC 值在 0 76 0 94 平均为 0 87 为高度多态性 座位 说明选择的大菊品种群体的遗传差异非常大 具有丰富的遗传多样性 这有利于在关联分析中发现 与表型性状关联的位点 图 1 是引物 Me1 Em6 在供试 品种中扩增产物的 6 聚丙烯酰胺凝胶电泳图 2 3 供试品种的群体结构分析 利用 SRAP 标记 基于数学模型的群体结构分析 表明 样本的等位变异频率特征类型数 K 5 即服从 Hardy Weinberg 平衡的亚群数目为 5 时 其模型的 后验概率 lnP D 最大 图 2 由此判断 58 个大菊 品种群体可被分为 5 个亚群 图 2 K 值与 lnP D 值折线图 Fig 2 Line chart of K and lnP D 依据上述推测的 K 值绘制供试品种群体结构图 图 3 从群体结构图可以看出 58 个大菊品种中 存在 5 个亚群 分析各亚群的生物学意义 发现菊花 品种划分与瓣型和地域相关 可基本被识别为平瓣类 管瓣类 畸瓣类 桂瓣类和日本品种亚群 各亚群存 在明显的差异 具有一定独立性 这说明供试群体存 在着明显的群体结构 日本品种亚群独立性最强 而 桂瓣类亚群与平瓣类 管瓣类 日本品种亚群基因间 渗透性最高 管瓣类亚群与平瓣类亚群有一定渗透性 为避免群体结构的存在通过影响位点 LD 进而影响关 联分析的准确性 本研究将各品种 Q 值 各品种个体 归入各亚群的概率 作为协变量纳入 SRAP 标记与表 型性状变异的回归分析中 2 4 SRAP 标记与表型性状的回归关联分析 将58个大菊品种各品种相应的Q值作为协变量 将18个数量性状的表型变异对SRAP标记变异进行回 归分析 寻找与性状相关联的标记及其等位变异 结 果显示 在所检测的 225 个 SRAP 标记位点中 共有 6 个 SRAP 标记位点与 5 个数量性状 茎粗度 叶厚 度 花梗粗度 花瓣宽度和筒状小花数量 在 P 0 01 水平上相关 与花部性状 花梗粗度 花瓣宽度和筒 状小花数量 相关位点共 5 个 与茎部 茎粗度 叶部性状 叶厚度 相关位点各 1 个 其中位点 Me1 Em9 10 同时与茎粗度 花梗粗度相关 各位点 对表型变异的解释率在 0 0738 0 4791 解释率最大 0 4791 的 SRAP 位点是 Me3 Em7 10 与叶厚度相 关 而解释率最小 0 0738 的位点是 Me1 Em9 10 与茎粗度相关 表 4 7 期 李仁伟等 菊花品种表型性状与 SRAP 分子标记的关联分析 1361 图 3 58 个大菊品种群体结构图 Fig 3 The population structure of 58 chrysanthemum cultivars 表 4 与数量性状关联的 SRAP 位点及其对表型变异的解释率 Table 4 The SRAP locus associated with quantitative traits and their explained phenotypic variation P 0 01 SRAP 位点 SRAP locus 茎粗度 Thickness of stem 叶厚度 Thickness of leaf 花梗粗度 Thickness of pedicel 花瓣宽度 Width of petal 筒状小花数量 Number of tubular florets Me1 Em6 8 0 2343 Me1 Em7 5 0 0886 Me1 Em9 10 0 0738 0 1005 Me3 Em5 9 0 2920 Me3 Em7 10 0 4791 Me5 Em8 5 0 1988 3 讨论 3 1 基于数学模型的菊花群体结构分析 利用 SRAP 标记 使用 STRUCTURE 软件对供试 菊花种质进行的基于数学模型的类群划分 与笔者基 于遗传距离的 SRAP 标记 UPGMA 聚类结果 未列出 基本一致 发现中国大菊品种可分为平瓣类 管瓣类 畸瓣类和桂瓣类 4 个亚群结构 各亚群结构存在广泛 的基因交流 匙瓣类品种并未单独形成亚群 而是分 散在平瓣类和管瓣类亚群内 说明匙瓣类品种在演化 关系中是处于平瓣类和管瓣类之间的过渡状态 这与 张树林 29 提出的不把匙瓣作为单独瓣型的观点相一 致 尽管所选日本品种多为平瓣类和管瓣类 但并未 与中国大菊的平瓣类与管瓣类聚为一群 而是单独聚 为 1 个亚群 说明可能由于地理隔离的因素 其种质 来源与演化过程与中国品种相比有一定的差异 但其 与各亚群也都存在基因交流 表明日本品种和中国品 种在菊花的栽培育种史上存在广泛的种质渗透现象 本研究利用 SRAP 基于数学模型的菊花群体结构 分析与前人利用形态学数据或其它分子标记基于遗传 距离的聚类方法得到的结果基本一致 12 23 证明其可 有效对菊花群体结构进行判断和划分 相比基于遗传 距离的聚类方法 利用数学模型来分析群体结构可排 除亚群划分的人为因素 更精确地确定亚群数目 并 且可更清晰地观察各亚群间的基因交流情况 3 2 与表型性状关联的分子标记位点 在植物中首次进行全基因组关联分析的是 Hansen 等 30 对野生甜菜生长习性的研究 发现 17 个引物组 合扩增的 440 个全基因组范围内的 AFLP 标记中 有 2 个与控制抽薹前是否需要春化的 B 基因显著关联 Kraakman等 31 对236个AFLP标记和春大麦品种的产 量及产量稳定性进行了关联分析 分别发现 8 个和 5 个 AFLP 标记与产量和产量稳定性相关联 何静等 32 应用SRAP和EST SSR分子标记对木薯品种农艺性状 进行关联分析 在 1471 个 SRAP 标记位点中共检测到 73 个位点与 21 个农艺性状相关联 其中 46 个 SRAP 标记位点同时与多个性状相关联 在 993 个 EST SSR 标记位点中有 20 个位点与 20 个性状变异相关 1362 中 国 农 业 科 学 45 卷 本研究在 225 个 SRAP 标记位点中共检测到 6 个 位点与大菊品种 5 个数量性状相关 P 0 01 与数 量性状相关联的 SRAP 位点较少 可能是由于 SRAP 标记数量较少造成 严格意义上讲 全基因组关联分 析需要成千上万的标记以及尽可能多的无亲缘关系的 个体 即使是基因组很小的拟南芥 也需要检测 2 000 个分子标记 33 本研究在 18 个数量性状中只找到 5 个有标记与之关联的性状 除了标记数量较少外 供 试群体的大小也是影响因素之一 本研究选择的菊花 品种群体较小 每个瓣型的代表性品种约 10 个 每个 花型的代表性品种约 2 个 因此在表型性状多样性分 析中可能并未完全覆盖各个性状的全部变异 SRAP 标记检测到的变异位点也十分有限 因此本研究只能 算粗略意义上的全基因组关联分析 在进一步的关联 分析研究中还需增加标记密度 增大群体规模 本研究所找到的关联位点中 与花部性状显著相 关 SRAP 位点共 5 个 而与茎部 叶部性状相关位点 各 1 个 这可能与花部性状在品种间存在较大程度变 异有关 更利于关联标记的发现 位点 Me1 Em9 10 同时与茎粗度 花梗粗度相关 与花梗粗度相关的位 点有 2 个 分别是 Me1 Em9 10 和 Me3 Em5 9 与花 瓣宽度相关的位点有 2 个 分别是 Me1 Em6 8 和 Me5 Em8 5 在中国大菊中 最为困扰育种者的难题 之一就是由于花梗纤细造成花头易折 需要绑扎 耗 费人力物力 本研究发现与花梗粗度相关联的位点 2 个 这为大菊育种中培育粗壮品种提供了依据 目前应用于植物关联分析的分子标记主要是 SSR 和 SNP 标记 本研究应用的是 SRAP 分子标记 SRAP 标记位点的多态性比 SSR 或 EST SSR 高 并结合了 RAPD 和 AFLP 的优点 引物的多态性可能由于包含 了内含子 启动子和间隔序列在品种间的变异而产生 具有简便 稳定 高通量等特点 34 35 但是 SRAP 应 用于关联分析也存在缺点 SRAP 标记是显性标记 不能区分纯合显性和杂合显性 不能直接获得位点大 小信息 需要根据 marker 片段估测 增大了位点统计 误差 因此在以后的菊花关联分析中增加 SSR 或 EST SSR SNP 等共显性分子标记是研究的趋势 而菊花中尚未开发出这两类标记 鉴于目前菊花基因 组的研究水平 利用各种方法开发出菊花的 SSR 标记 是目前迫切并且可行的研究任务 3 3 菊花的关联分析与连锁作图 家系连锁作图 Family based mapping FBL mapping 与关联分析是解析植物重要数量性状基因型 的主要方法 本研究利用关联分析的方法通过回归分 析检测菊花品种表型变异和 SRAP 位点等位变异的关 联性 在缺乏高密度菊花分子遗传连锁图谱的情况下 利用自然群体开展 QTL 分析 无疑是一种较简便且有 效的方法 研究表明 利用关联分析检测到的分子标 记位点 大多与定位于遗传连锁图上的 QTL 位点相一 致 36 38 但关联分析的缺陷是不能估计 QTL 的具体位 置及其加性或上位性效应 如果关联分析和连锁作图 相结合 将大大促进复杂数量性状的剖析 有助于更 准确 更精确地鉴定出控制菊花重要园艺性状的 QTL 位点 4 结论 本研究是首次在菊花品种中开展利用自然群体的 关联分析 使用筛选出的 19 对 SRAP 引物组合对 58 个典型大菊品种进行多位点扫描分析 在对供试材料 进行基于数学模型的群体结构分析的基础上 将菊花 18个重要表型性状数据分别对SRAP标记变异进行回 归分析 检测到 5 个数量性状与 6 个 SRAP 标记位点 相关联 获得了与茎粗度 叶厚度 花梗粗度 花瓣 宽度和筒状小花数量关联的标记位点 本研究证明基 于数学模型的群体结构分析可有效对菊花群体结构进 行判断和划分 也为大菊品种分类提供了新的手段 关联分析为菊花复杂的数量性状解析提供了新的途 径 能够有效地找到与菊花表型性状关联的 SRAP 标 记 研究结果可为菊花新品种选育 分子标记辅助育 种和控制优异性状的相关基因的克隆奠定基础 References 1 戴思兰 中国菊花与世界花卉园艺 河北科技师范学院学报 2004 18 2 1 7 Dai S L Chinese florist s chrysanthemum and the world flower horticulture Journal of Hebei Normal University of Science Technology 2004 18 2 1 7 in Chinese 2 张莉俊 戴思兰 菊花种质资源研究进展 植物学报 2009 44 5 526 535 Zhang L J Dai S L Research advance on germplasm resource of Chrysanthemum morifolium Chinese Bulletin of Botany 2009 44 5 526 535 in Chinese 3 Anderson N O Breeding flower seed crops McDonald M Kwong F Flower Seeds CABI 2004 4 Anderson N O Chrysanthemum Dendranthema grandiflora Tzvelv Anderson N O Flower Breeding and Genetics Issues Challenges 7 期 李仁伟等 菊花品种表型性状与 SRAP 分子标记的关联分析 1363 and Opportunities for the 21stCentury Dordrecht Springer 2006 5 戴思兰 钟 杨 张晓艳 中国菊属植物部分种的数量分类研究 北 京林业大学学报 1995 17 4 9 14 Dai S L Zhong Y Zhang X Y Study on numerical taxonomy of some Chinese species of Dedranthema DC Des Moul Journal of Beijing Forestry University 1995 17 4 9 14 in Chinese 6 戴思兰 陈俊愉 菊属 7 个种的人工种间杂交试验 北京林业大 学报 1996 18 4 16 21 Dai S L Chen J Y Artificial interspecific cross among seven species of Dendranthema in China Journal of Beijing Forestry University 1996 18 4 16 21 in Chinese 7 戴思兰 王文奎 黄家平 菊属系统学及菊花起源研究进展 北京 林业大学学报 2002 24 5 6 230 234 Dai S L Wang W K Huang J P Advances of researches on phylogeny of Dendranthema and origin of chrysanthemum Journal of Beijing Forestry University 2002 24 5 6 230 234 in Chinese 8 戴思兰 陈俊愉 中国菊属一些种的分支分类学研究 武汉植物学 研究 1997 15 1 27 34 Dai S L Chen J Y A cladistic study on some Dendranthema spp in China Journal of Wuhan Botanical Research 1997 15 1 27 34 in Chinese 9 田 赟 雒新艳 戴思兰 菊花芽变和相似品种的 RAPD 分析 分 子植物育种 2008 6 6 1223 1232 Tian Y Luo X Y Dai S L RAPD analysis of sporting and similar cultivars in Chrysanthemum Molecular Plant Breeding 2008 6 6 1223 1232 in Chinese 10 戴思兰 陈俊愉 李文斌 菊花起源的 RAPD 分析 植物学报 1998 40 11 1053 1059 Dai S L Chen J Y Li W B Application of RAPD analysis in the study on the origin of Chinese cultivated chrysan
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网址: 菊花品种表型性状与分子标记的关联分析 https://m.huajiangbk.com/newsview465183.html
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