ＰｅｒｍｕｔＭａｔｒｉｘ軟件及其在觀賞桃形態性狀聚類分析中的應用

摘要：PermutMatrix是一種全新的能對基因表達數據進行圖像分析的軟件。它是從Eisen采用的依賴于圖形的分析方法發展而來，同時能對行和列的數值進行優化重組和分析。為了給更多的研究者提供新的數據分析平臺，對此軟件進行了簡要介紹。同時，我們利用該軟件對觀賞桃親本(1987-7-1×矮麗紅)及其10株雜交F₁代的花瓣數、萼片數以及花朵直徑進行了數值聚類分析。結果表明，花瓣、萼片遺傳距離較近，和花徑的大小也有一定的遺傳關系，結果可為觀賞桃花的育種和遺傳特征提供一定的參考依據。

關鍵詞：觀賞桃：PermutMatrix；聚類分析

中圖分類號：S662.1 文獻標識碼：A 文章編號：1009-9980(2009)04-577-04

PermutMatrix是一種對數據集進行圖像分析的軟件，能對數值進行多種聚類分析和一系列的數據進行圖形分析。最大優點是能把數據轉換成顏色分析(色階)，具直觀、簡便、應用范圍廣等優點。聚類分析方法最早被廣泛應用于考古學，社會學，運籌學等研究。Eisen等1998年把它應用于基因表達的等級分析，繼而被廣泛用于生物學的研究。2005年Ca－raux等對其進行了改進發明了PermutMatrix分析軟件，并發表在《Bioinformatics》雜志上。該軟件已被用于差異表達分析，如蛋白點差異的聚類分析、基因表達聚類分析。

我們通過對觀賞桃雜交組合(1987－7－1×矮麗紅)及其后代群體部分性狀的調查，并以此數據為分析載體，首次采用PermutMatrx軟件對觀賞桃花瓣、花萼性狀、花朵直徑的遺傳方式及遺傳傾向進行了分析。鑒于該分析軟件的優點，我們對該軟件使用進行了介紹。它將為其他數據的分析提供一個新的平臺。

1 材料和方法

1.1 材料

試驗于1996－2006年在中國農業科學院鄭州果樹研究所桃雜種圃進行，觀賞桃雜交組合的母本為1987－7－1：紅花重瓣小喬木，來源于北京農林科學院。父本為矮麗紅：粉花單瓣矮化品種。來源于中國農業科學院鄭州果樹研究所。以及其10個F₁雜交后代。

1.2 調查項目、時期及方法

1.2.1 花瓣盛花期每次隨機取10朵花，對花瓣進行計數取平均值，共取10次。

1.2.2萼片 在花期每次調查10朵花的萼片數取平均值，共取10次。

1.2.3 花冠直徑 在花朵完全開放時調查，每次用直尺隨機量取10朵花花冠的直徑取平均值，共取10次。

1.3 數據分析

數據的統計分析及作圖采用PermutMatrix(Version 1.9.3)圖形分析軟件。連鎖分析采用Me－Quitty標準，設置的10次重復為A－J。

2 結果與分析

2.1 花瓣數

該分析軟件可將不同樣本和重復分別用行和列表示，并根據數據之間的差異用不同的顏色表示，使分析結果更直觀、簡便和有效，適用于大量數據的分析。從圖l列數據可以看出各取樣間差異不大。母本(1987-7-1)和1996-5-2、1996-5-4和1996-5-7一起形成一分支，而父本(矮麗紅)和1996-5-3、1996-5-5、1996-5-10、1996-5-6、1996-5-11、1996-5-1和1996-5-2形成另一分支。

2.2 萼片數

從圖2可以看出該軟件是通過使每個數據轉化成正方形的色塊。對數值較為接近的區分不明顯，不能形成明顯的色差。同花瓣數分析結果一樣，子代和親本一起形成2個獨立的分支，從結果可以看出同花瓣一樣，有3個后代(1996-5-2、1996-5-4和1996-5-7)趨于母本，其余后代趨于父本，同時表明花瓣和萼片遺傳距離較近。

2.3花朵直徑

從圖3可以看出色階差異不明顯，但差異分布比較均勻。同時，結果表明子代性狀的分離分別呈趨向雙親的現象。其中1996-5-3與其母本差異較其他后代大。親父本之間又形成2個獨立分支。盡管花朵直徑大小遺傳不像花萼和花瓣遺傳那么緊密，但也表現一定的規律性，1996-5-3、1996-5-5、1996-5-6、1996-5-1花朵大小與萼片性狀相關，但趨于母本。

從以上分析結果可以看出該分析軟件能對觀賞桃的形態性狀進行聚類分析，實現了對數量性狀的質變分析。可以將該軟件應用于其他數值的聚類分析。

3 討 論

該聚類分析圖是由不同顏色組成的，便于直接觀察。同時我們把紅色設為顯著，綠色設為不顯著。該圖主要由行和列2部分組成。行代表不同個體，列代表同一個體不同的重復。另外，還可以根據需要來設置不同的參數，如可以通過用不同的顏色對需要特別指明的樣本進行標注，對數值采用不同的聚類分析方法。在PC機上的MS窗口就可完成數據分析，并可以進行多窗口界面操作，十分方便和快捷。在大量數據分析時，其優勢比較明顯。Alfredo等利用此分析軟件對葡萄蛋白質差異點進行了分析。找到了與果實成熟相關的蛋白并確定了啟動表達的時期。

花由多種不同花器官組成，這些器官相互作用而形成花。因此他們執行著各自的功能。盡管不同花大小不一，花器常作為研究植物遺傳特性的依據。Davis認為植物間花的特征是由于遺傳和環境因素引起的。Diggle認為花器官間也有著必然的聯系，如萼片和花瓣的大小、長度聯系比較緊密，同時又相互影響。Plaek認為一種花器官產生的激素會影響其它花器的性狀。周志欽等通過對蘋果屬植物花器形態分析表明花瓣和花萼等性狀間呈正相關。本研究中花萼和花瓣遺傳比較一致，可以作為育種的一個參考依據。花朵大小與萼片、花瓣數也有一定的遺傳關系。正如Alfredo等的研究分析一樣，該分析軟件的特點實現了由數值向質量性狀的轉變，可對多種數值進行質變分析。