胡麻重組自交系脂肪酸含量的遺傳分析

張瓊王利民張建平裴新梧黨占海

（1.甘肅農業大學農學院，蘭州 730070；2.甘肅省農業科學院作物研究所，蘭州 730070；3. 中國農業科學院生物技術研究所，北京 100081）

胡麻重組自交系脂肪酸含量的遺傳分析

張瓊1王利民2張建平2裴新梧3黨占海2

（1.甘肅農業大學農學院，蘭州 730070；2.甘肅省農業科學院作物研究所，蘭州 730070；3. 中國農業科學院生物技術研究所，北京 100081）

以油用品種隴亞8號和纖用品種阿里安為親本構建的含有162個家系的胡麻重組自交系（Recombinant inbred lines，RIL）為研究材料，利用氣相色譜法測定了該RIL群體的脂肪酸含量，對其遺傳變異與分布特征進行了分析，并應用主基因+多基因混合遺傳模型，對粗脂肪和5種脂肪酸含量進行了初步遺傳分析，旨在為該RIL群體后續研究利用提供參考。結果表明，RIL群體的粗脂肪與脂肪酸含量存在廣泛變異，表現超親分離現象，其分布近似為正態分布，呈現數量性狀連續變異的典型分布特征；運用主基因+多基因遺傳模型分析結果表明，粗脂肪含量為3對等加性主基因遺傳，主基因遺傳率為85%；5種脂肪酸組成中，亞麻酸含量為2對重疊作用主基因遺傳，主基因遺傳率為36%；亞油酸含量為3對等加性主基因遺傳，主基因遺傳率為80%；油酸、棕櫚酸和硬脂酸含量均表現為無主基因效應的多基因遺傳；同時篩選出高油高亞油酸、高亞麻酸優良品系材料11份，為胡麻品質育種提供了新的材料。

胡麻；重組自交系；脂肪酸含量；遺傳分析

胡麻，即油用型亞麻的俗稱，是世界古老的油料和纖維作物之一，其栽培歷史已有8 000多年［1］，主要分布在中國、加拿大、美國、印度、歐洲、非洲、南美等國家和地區［2］。在我國，胡麻也有2 000多年的栽培歷史［3］，主要分布在甘肅、山西、內蒙、寧夏、河北、新疆、青海等省區，年種植面積約33萬hm2左右［4］。胡麻籽油富含omega-3脂肪酸，以多不飽和脂肪酸α-亞麻酸、油酸、亞油酸為主要成分，其中α-亞麻酸含量高達50%以上，對人體健康十分有益，具有預防心腦血管疾病、提高兒童免疫力、促進大腦發育、降血脂、穩定血糖、減肥等多種功能［5］。作為重要的人體有益脂肪酸來源作物，胡麻籽的營養生理生化研究已成為國內外的研究熱點。對胡麻品質育種而言，脂肪酸遺傳機制研究及高油高亞麻酸品種創新更顯迫切。

胡麻脂肪酸含量是典型的數量性狀，有關其遺傳規律的研究較少。重組自交系（Recombinant inbred lines，RIL）是作物數量性狀遺傳分析的理想群體材料，目前廣泛應用于各種作物數量性狀的遺傳分析、圖譜構建與QTL定位等研究［6-8］。利用RIL群體進行數量性狀遺傳分析的主要優點是，它是一種永久性群體，可以進行有重復的比較試驗，適合于環境影響較大的復雜性狀的遺傳研究［9］。應用RIL群體進行胡麻數量遺傳與作圖研究并不多見，僅Cloutier等［10］利用3個RILs群體構建了含有15個連鎖群的亞麻遺傳圖譜。隨著數量性狀遺傳研究的深入，構建一套可供重復利用的胡麻重組自交系材料十分必要，可為相關研究奠定基礎。為此，本研究以國內廣泛種植的胡麻品種隴亞8號和國外引進纖用品種阿里安為親本組合，構建一套含有162份家系的RIL群體。該群體農藝性狀變異豐富，但品質狀況尚待分析。為更好地利用該RIL群體，采用氣相色譜法測定該群體的脂肪酸含量，對其遺傳變異與遺傳機制等開展研究，同時篩選優異株系，旨在為胡麻品質改良提供新材料。

1 材料與方法

1.1 材料

以親本組合“隴亞8號×阿里安”構建的胡麻重組自交系（RIL）F2∶8群體為實驗材料，構建程序如圖1所示，通過逐代進行單株選擇而成，共包括162份家系材料。其親本隴亞8號為國內育成的油用型主栽胡麻品種，主要特點是高產穩產、優質抗病，阿里安為國外引進的纖維型亞麻品種。兩親本及RIL群體之間農藝性狀差異顯著，變異廣泛，但其品質性狀的變異及遺傳有待進一步分析評價。

表1 重組自交系構建程序

1.2 方法

1.2.1 田間試驗與品質測定方法 田間試驗地點設在甘肅省景泰縣畜牧業良種場，位于東經10404'、北緯3710'，海拔1 616 m，屬沿黃灌區。親本及RIL群體材料于2014年在甘肅省景泰縣畜牧業良種場種植，采用順序排列，單行區種植，行長1 m，每行播種100粒，3次重復。成熟后每行隨機取10株混樣脫粒，進行品質測定與分析。

1.2.2 粗脂肪測定 采用Hanon SOX406型脂肪測定儀進行。脂肪酸含量測定利用氣相色譜法在Agilent 7820A GC型氣相色譜分析系統上完成。其GC條件為：進樣口溫度250℃，FID溫度：300℃，分流比60∶1；柱流速（N2）：2 mL/min，恒流模式：H2流速：40 mL/min，空氣流速：400 mL/min，尾吹氣（N2）流速：30 mL/min；柱溫程序：210℃恒溫8 min，色譜柱（AT-FFAP）：30 m×320 mm×0.33 μm；采用峰面積歸一法對脂肪酸進行定量。

1.2.3 數據處理與分析 應用Excel和DPS軟件進行數據處理與相關統計分析。脂肪酸含量的遺傳分析采用蓋鈞鎰等［11］提出的主基因+多基因混合遺傳模型中的單個分離世代數量性狀分離分析方法，分析軟件由南京農業大學章元明教授提供［12］。

2 結果

2.1 親本及RIL群體脂肪酸含量變異

親本及RIL群體粗脂肪和脂肪酸含量列于表2。親本隴亞8號為國內育成油用型胡麻品種，粗脂肪含量38.52%，脂肪酸含量分別為亞麻酸44.42%、油酸31.00%、亞油酸12.66%、棕櫚酸5.75%、硬脂酸5.54%。阿里安為纖用型亞麻品種，粗脂肪含量35.44%，脂肪酸含量分別為亞麻酸49.05%、油酸29.05%、亞油酸12.42%、棕櫚酸5.58%、硬脂酸5.23%。兩親本之間粗脂肪和亞麻酸含量差異較大，分別相差3.08%和4.63%，其它4種脂肪酸含量差異不大。由二者雜交衍生而成的重組自交系（RIL）粗脂肪含量變幅為35.68%-41.46%，變異系數3.36%，最小值接近低親阿里安，最大值為41.46%，較高親隴亞8號高2.94%。5種脂肪酸組分中，硬脂酸含量變異最大，變異系數11.89%，變幅為3.24%-6.29%；其次為油酸含量，變異系數7.58%，變幅為20.44%-30.73%；其它3種脂肪酸變異系數在4%-5%，其中亞麻酸含量的變幅較大，最低含量為45.16%，最高含量達57.37%，屬高亞麻酸含量株系材料。總體來看，RIL群體家系材料間粗脂肪和脂肪酸含量亦存在較為廣泛的變異，表現超親分離現象，有必要開展進一步遺傳分析。

表2 親本及重組自交系脂肪酸含量表型特征值

2.2 RIL群體脂肪酸含量的分布特征

RIL家系粗脂肪和脂肪酸含量的分布參數偏度值和峰度值（表2）顯示，其偏度和峰度絕對值均小于1，表明粗脂肪和脂肪酸含量的分布近似呈正態分布，屬多基因控制的數量性狀。為直觀的揭示其分布特征，分別以粗脂肪和脂肪酸含量為橫坐標，分布次數為縱坐標，繪制二維次數分布圖。結果（圖1）顯示，RIL群體粗脂肪和脂肪酸含量均呈連續變異，表現出數量性狀的典型分布特征，并且多呈現偏態或多峰分布現象，可能存在主基因效應。

2.3 脂肪酸含量的遺傳分析

利用目前廣泛應用的數量性狀主基因+多基因混合遺傳模型中的單個世代分離分析方法，對RIL群體粗脂肪和脂肪酸含量進行遺傳分析。通過極大似然法和IECM 算法估算各種模型的分布參數，根據AIC準則和適合性檢驗選取最佳遺傳模型，即AIC值較小且適合性檢驗統計量達到顯著水平數量最少的模型為最優遺傳模型，并在最優模型下估算相應的遺傳參數。通過分析軟件運算，得到各性狀不同遺傳模型的極大似然函數、AIC值及適合性檢驗統計參數。結果（表3）表明，備選遺傳模型的所有統計量均未達到顯著水平，按照AIC最小準則，篩選得到各性狀的最優遺傳模型及遺傳參數。

初步遺傳分析結果（表3）表明，粗脂肪含量的最優遺傳模型為3MG-CEA，即粗脂肪含量受3對等加性主基因控制，主基因遺傳率為85%；5種脂肪酸組成中，亞麻酸含量的最優遺傳模型為2MGDuplicate，即亞麻酸含量受2對重疊作用主基因控制，主基因遺傳率為36%；亞油酸含量的最優遺傳模型為3MG-CEA，即亞油酸含量受3對等加性主基因控制，主基因遺傳率為80%；油酸、棕櫚酸和硬脂酸含量的最優遺傳模型均為0MG，即均表現為無主基因效應，其遺傳可能受微效多基因控制。

2.4 粗脂肪與脂肪酸組分的相關分析

RIL群體粗脂肪與脂肪酸組分之間的相關系數結果（表4）表明，粗脂肪與亞油酸含量存在顯著的正相關，與亞麻酸、棕櫚酸、硬脂酸存在顯著的負相關；5種脂肪酸組分之間，亞麻酸含量與油酸、亞油酸及硬脂酸存在顯著的負相關，這與前人分析結果基本一致［13，14］。由粗脂肪與脂肪酸組分之間的相關性說明，在RIL群體中可能篩選出一些高油高亞油酸、高亞麻酸的優良家系材料，作為創新資源在胡麻品質改良中加以利用。

圖1 脂肪酸含量在重組自交系中的頻次分布圖

2.5 優良家系篩選

由前面分析可知，RIL家系粗脂肪和脂肪酸含量存在廣泛變異，多呈超親分離現象。粗脂肪與脂肪酸含量的超親優勢（表5）顯示，162份家系的粗脂肪含量均高于低親，超低親優勢在0.68%-16.99%；其中粗脂肪含量高于高親的家系有64份，超高親比例為39.5%，超高親優勢在0.10%-7.63%。162份家系的亞麻酸含量也均高于低親，超低親優勢在1.67%-29.15%；其中亞麻酸含量高于高親的家系148份，超高親比例達91.4%，超高親優勢0.04%-16.96%，可見亞麻酸含量的超高親優勢十分明顯。亞油酸含量有96份材料高于低親，其中有77份材料高于高親，超高親比例為47.5%，超高親優勢在0.08%-11.06%。油酸含量除2份家系材料介于雙親之間外均低于低親，棕櫚酸和硬脂酸也均存在雙向超親優勢。可以看出，RIL群體粗脂肪、亞麻酸、亞油酸含量的超高親優勢普遍存在，由此可以篩選出高油高亞油酸家系材料5份，高亞麻酸家系材料6份，作為優異種質新材料在胡麻品質育種中進行創新應用。

表3 脂肪酸含量最優遺傳模型及遺傳參數

表4 RIL群體脂肪酸組分間的相關系數

表5 RIL群體粗脂肪及脂肪酸含量的超親優勢

3 討論

3.1 RIL群體粗脂肪與脂肪酸含量的變異與遺傳規律采用氣相色譜法對由隴亞8號/阿里安親本組合衍生的重組自交系的品質狀況進行了準確分析，結果表明，該RIL群體粗脂肪和脂肪酸組成亦存在廣泛變異，表現超親分離現象，分布近似為正態分布，呈現數量性狀的典型分布特征，屬多基因控制的數量性狀。有關數量性狀遺傳機制的理論與研究方法，目前廣泛應用的主要是蓋鈞鎰等［11］提出的主基因+多基因理論體系。該理論認為，控制數量性狀的基因數目有多有少，各對基因效應大小不等且易受到環境影響。將效應大的、在一般條件下可以檢測出來的基因稱為主基因；效應小的、在現有試驗條件下即使通過專門技術仍然檢測不出來的基因稱之為多基因。RIL群體是遺傳上穩定的永久分離群體，可以進行重復實驗，進而減少環境影響，提高數量性狀基因檢測效率和遺傳效應估計精度。章元明等［15］相繼建立了利用RIL 群體進行數量性狀遺傳體系分析的方法。本研究初次運用該方法，利用胡麻RIL群體對粗脂肪和脂肪酸含量遺傳規律進行初步分析，結果表明粗脂肪含量為3對主基因遺傳，主基因遺傳率為85%；5種脂肪酸組成中，亞麻酸含量為2對重疊作用主基因遺傳，主基因遺傳率為36%；亞油酸含量為3對主基因遺傳，主基因遺傳率為80%；油酸、棕櫚酸和硬脂酸含量均表現為無主基因效應，屬多基因遺傳。以上分析雖然對主基因效應作出了初步遺傳估計，但由于未加入不分離世代P1、P2，因此無法對多基因效應作出準確鑒別。大豆種子脂肪酸含量的遺傳分析表明［16］，5種脂肪酸遺傳主要受主基因控制，這與本研究結果有所不同。胡麻粗脂肪與亞麻酸、亞油酸為主基因遺傳，而油酸、棕櫚酸和硬脂酸遺傳主要受多基因控制。

3.2 胡麻品質育種的探討

胡麻是十分優質的油料作物之一，胡麻籽粗脂肪含量一般在38%-40%，胡麻油脂中脂肪酸構成以對人體有益的omega-3不飽和脂肪酸為主，其中亞麻酸含量高達50%-55%，油酸和亞油酸含量占30%-40%，具有很高的營養保健價值。隨著我國胡麻產業的發展和人們生活水平的提高，胡麻育種與品質改良顯得日益重要。胡麻高值化技術已經作為我國胡麻現代產業技術體系的重點任務進行研發，而胡麻品質改良與高值化技術的核心就是提高粗脂肪和亞麻酸含量。本研究通過對胡麻重組自交系粗脂肪和脂肪酸含量的分析發現，RIL群體的粗脂肪和脂肪酸含量存在廣泛變異和超親分離現象，超親優勢明顯，粗脂肪、亞麻酸和亞油酸含量的超高親優勢分別達7.63%、16.96%和11.06%。因此，通過常規重組自交技術培育優異品系是改良胡麻品質的有效方法。相關分析表明，RIL群體粗脂肪與亞油酸含量存在顯著正相關，與亞麻酸含量存在顯著負相關，利用RIL群體可能篩選出一些高油高亞油酸或高亞麻酸含量的優異品系材料。本研究篩選出高油高亞油酸和高亞麻酸含量的優良穩定株系11份，可供胡麻品質育種進一步鑒定利用。

4 結論

胡麻RIL群體的粗脂肪與脂肪酸含量存在廣泛變異，表現超親分離現象，其分布近似為正態分布，呈現數量性狀連續變異的典型分布特征。通過運用主基因+多基因遺傳模型分析表明，粗脂肪含量為3對等加性主基因遺傳，主基因遺傳率為85%；5種脂肪酸組成中，亞麻酸含量為2對重疊作用主基因遺傳，主基因遺傳率為36%；亞油酸含量為3對等加性主基因遺傳，主基因遺傳率為80%；油酸、棕櫚酸和硬脂酸含量均表現為無主基因效應的多基因遺傳。同時篩選出高油高亞油酸和高亞麻酸含量的優良穩定株系11份。

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（責任編輯 馬鑫）

A Genetic Analysis of Fatty Acid Content in Recombinant Inbred Lines of Flax

Zhang Qiong1Wang Limin2Zhang Jianping2Pei Xinwu3Dang Zhanhai2
（1. College of Agronomy，Gansu Agricultural University，Lanzhou 730070；2. Institute of Industrial Crops，Gansu Academy of Agricultural Sciences，Lanzhou 730070；3. Biotechnology Research Institute，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Beijing 100081）

Using 162 families of a recombinant inbred line（RIL）population that crossed between oil-flax Longya8 and fiber-flax Alian， the fatty acid contents in the RIL population were measured by gas chromatography， and their genetic mutation and distribution traits were analyzed. Moreover， applying combined genetic model of major gene + polygene， the contents of crude fat and 5 fatty acids were primarily analyzed in genetic aspect， aiming at providing the reference for further study of RIL population. The results showed that variations of contents of fatty acid and crude fat were significant， and the transgressive segregation of fatty acid content commonly existed. The frequency distributions of crude fat and fatty acid content in RIL populations showed the characteristics of approximately normal distribution and continuous variation of quantitative traits. The analysis by major gene + polygene inheritance model revealed that the content of crude fat was controlled by three major genes with equal additive effects， and the heritability of major gene was 85%；among 5 fatty acids， the contents of linolenic acid was controlled by two major genes with duplicate effects， and the heritability of major gene was 36%；the content of linoleic acid was controlled by three major genes with equal additive effects， and the heritability of major gene was 80%；the contents of oleic acid， palmitic acid and stearic acid were controlled by polygene without major gene effects. Moreover， 11 fine RIL families with high oil and high linoleic acid content or high linolenic acid content were screened， which provides the new resources for flax quality breeding.

flax；recombinant inbred lines；fatty acid content；genetic analysis

10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2015.12.017

2015-03-18

國家自然科學基金項目（31260355），國家胡麻產業技術體系建設專項（CARS-17-GW-02）

張瓊，女，碩士研究生，研究方向：胡麻雜種優勢利用；E-mail：779543061@qq.com

黨占海，男，研究員，博士生導師，研究方向：胡麻遺傳育種與品種資源；E-mail：dangzhh1955@aliyun.com