粉色系月季雜交后代花色性狀遺傳分析

姜珊 吳鈺瀅 易星灣 徐庭亮 程堂仁 王佳 張啟翔 潘會堂

摘要：月季（Rosa spp.）是具有重要經濟和觀賞價值的植物，花色是月季最重要的觀賞性狀之一，解析月季花色的遺傳規律可為月季花色改良提供依據。本研究為解析月季粉色花的遺傳變異機制，以粉色系的窄葉藤本月季花（Rosa chinensis ‘Zhaiye Tengben Yuejihua）為母本、月月粉（Rosa chinensis ‘Old Blush）為父本雜交獲得的F1群體為材料，利用色差儀對雜交群體的花色表型值進行測定，計算其色光值和花色分級值，并采用主基因+多基因混合遺傳模型分析月季花色性狀的遺傳規律。結果表明，月季雜交群體花色出現從白色到暗紅色的分離，利用ISCC-NBS色名表示法將其花色分為白色、粉色、紅色、紅紫色和墨色5個色系，并確定了各色系的參數分布范圍，建立了雜交群體色系與色差儀CIELab表色系統明度（L*）、紅度（a*）和黃度（b*）的對應關系;此外，確定該月季雜交群體花色受1對加性-顯性主基因控制，遺傳模型為1MG-AD，利用色光值和花色分級值2個參數計算的花色主基因遺傳率較高，分別為81.92%和96.86%，不易受環境影響。研究結果可為月季花色育種提供參考。

關鍵詞：月季;花色;表型變異;遺傳分析

中圖分類號：S685.12文獻標識碼：A文章編號：1000-4440（2020）06-1529-08

Abstract：Roses （Rosa spp.） are important economic and ornamental plants with flower color being one of the most important ornamental traits. Elucidating the genetic rule of rose color can provide a foundation for rose color improvement. To study the genetic variation mechanism of pink rose flowers， the F1 population material was got by hybridization， taking pink Rosa chinensis ‘Zhaiye Tengben Yuejihua as the female parent and pink Rosa chinensis 'Old Blush' as the male parent. The phenotypic value of flower color of hybrid population was determined by colorimeter， the color-light value and color classification value were calculated. The genetic rule of flower color traits of roses was analyzed by using mixed genetic model of major genes plus multi-genes. The results showed that the colors of the hybrid rose population showed segregation from white to dark red， divided into five color systems such as white， pink， red， red-purple and dark red， using Inter-Society Color Council-National Bureau of Standards （ISCC-NBS）， and the distribution ranges of parameters in all color systems were determined. The relationship between color system and luminosity （L*）， redness （a*）， yellowness（b*） detected by CIELab of the hybrid population was established. In addition， it was confirmed that the flower color of the hybrid rose population was controlled by a pair of additive-dominant master gene， and the genetic model was 1MG-AD. The heritabilities of major flower color genes calculated by two parameters such as color-light value and color classification value were high， which was 81.92% and 96.86% respectively， and it was not easy to be influenced by the environment. The results can provide reference for flower color targeted rose breeding.

Key words：Rosa spp.;flower color;phenotypic variation;genetic analysis

月季屬于薔薇科（Rosaceae）薔薇屬（Rosa L.），是世界上最具觀賞價值的植物之一，已有3 000多年的栽培歷史。目前全世界約有30 000～35 000個栽培月季品種，長期的種間雜交使月季具有豐富艷麗的色彩。研究月季花色的遺傳規律有助于了解月季的選育過程，對提高月季品質以及培育不同色系的月季新品種具有重要意義[1]。

當前針對月季花色形成機制的研究多集中于色素種類及生物合成代謝途徑等方面。研究發現，類胡蘿卜素及類黃酮中花青苷和黃酮醇相對含量的差異和色素之間的相互作用使月季呈現不同的花色[2]。紅色花或粉色花的呈色物質主要是花青苷，黃色花的呈色物質為類胡蘿卜素，橙色花通常同時含有以上兩類色素[3-5]。在花青素合成代謝途徑研究中，人們發現了天竺葵素、矢車菊素和芍藥素這3種主要的花青素，這些化合物性質主要通過糖基化作用得到穩定，對花青素糖基化水平的調控決定細胞中花青苷的積累[4，6-7]，對花青素代謝途徑的調控大部分處于轉錄水平，其表達主要受結構基因（CHS、PAL等）和轉錄因子（MYB、WD40、bHLH 等）的影響[8-9]。

月季遺傳組成非常復雜、倍性水平差異較大、花青素合成代謝途徑復雜，加上有性繁殖困難，其花色的遺傳規律尚不明確[10-11]。研究發現，適宜的遺傳群體是探究月季花色遺傳規律的必要條件。Marshall 等[12]對47個群體1 200多個后代進行花青素色素分析，發現花色表現為數量遺傳。粉色是野生薔薇屬植物和栽培月季品種中分布最廣泛的顏色 [13]。因此，解析月季粉色花的遺傳變異機制對月季花色育種具有重要意義。Debener等[14]在R. multiflora 93/1-117（粉色）×93/1-119（粉色）雜交群體研究中發現，雜交后代出現白色∶粉色為1∶3的分離比，并將控制月季粉色性狀的1個位點（Blfa）定位在IM-LG2上，認為月季粉色性狀受單個顯性基因或1對顯性互補基因控制，但其未記錄雜交后代粉色和紅色以及不同程度的粉色之間的差異。Shupert等[15]利用3個回交群體研究了月季白色/粉色性狀的遺傳規律，發現粉色由1個主要的共顯性基因控制。Henz等[16]和Gitonga等[17]則均選用粉色和紅色月季進行雜交，通過遺傳定位分析，發現了一些控制月季花色的數量性狀位點。盡管前人對粉色系月季進行了相關研究，但由于受到雜交群體數量的限制，同時缺乏對雜交后代花色的精細測量和分類，月季花色的遺傳變異規律仍未明確。鑒于CIELab顏色系統可以準確反映物質顏色，且和色素組成直接相關[18-19]，花色的數量化已經成為研究花色分類及遺傳的重要內容。近年來，在植物數量性狀的遺傳研究中，主基因+多基因混合遺傳模型已被廣泛應用于分析植物的多種農藝性狀[20-22]，可根據不同性狀的不同基因效應，選擇適合的育種方法，為性狀選育提供參考依據[23-25]，而在月季的研究中，較少采用遺傳模型。

為闡明粉色系月季花色的遺傳機制，本研究首先將粉色系的窄葉藤本月季花與粉色系的月月粉進行雜交，雜交群體出現了從白色到暗紅色的顯著分離;其次，測定雜交群體的花色表型并進行分類;最后，采用主基因+多基因混合遺傳模型對月季花色性狀的遺傳規律進行相關分析研究。研究目的是解析粉色系月季遺傳變異規律，為月季花色機理研究及花色遺傳分析提供參考依據。

1材料與方法

1.1試驗材料

雜交母本為窄葉藤本月季花（Rosa chinensis ‘Zhaiye Tengben Yuejihua）[26]，父本為月月粉（R. chinensis ‘Old Blush），二者均為月月粉類品種[27]，均為粉色重瓣花。2015年4-8月在國家花卉工程技術研究中心小湯山基地進行雜交，花粉貯藏與雜交方法、種子處理和雜種苗養護管理參見《中國月季》[1]。

1.2顏色測定

2018年和2019年的6-8月，連續2年用英國皇家園藝學會的標準比色卡（Royal Horticultural Society Color Chart，RHSCC）和色差儀（NF555，Nippon Denshoku Industries Co. Ltd.，Japan）對雜交親本以及F1代163個株系的花色進行測量。每個株系選取3朵剛剛充分開放（花藥裂開）的花，每朵選取3個花瓣進行測定，若是重瓣花則取中輪花瓣。在C/2°光源條件下，測量花瓣正面中間部位的顏色，測得CIELab值以及孟賽爾顏色系統（Munsell color system）的參數值。

對每個株系的9次測量數據取平均值，并計算主要反映物質表面顏色的色光值[28]，色光值=2 000×a/L×（a2+b2）1/2。根據色差儀測得的孟塞爾顏色系統參數色調（H）、明度（V）和彩度（C），采用 ISCC-NBS 命名法，先在第3等級給所有樣本命名顏色，然后簡化明度和飽和度的描述，歸類為第1等級的色系[29-30]。利用 Origin 2019軟件繪制各個色系的 L*、a*和b*箱線圖及二維、三維分布圖。

1.3主基因+多基因遺傳分析

采用蓋鈞鎰等[23]提出的主基因+多基因混合遺傳模型，并參考馬杰等[31]的方法，采用F2群體的模式分析月季群體花色性狀的遺傳方式。利用SEA軟件統計11種模型的AIC值（Akaikes information criterion），選擇最優遺傳模型[24，32]，并進行遺傳參數估算。

2結果與分析

2.1窄葉藤本月季花×月月粉群體花色表型遺傳變異

對雜交親本以及雜交獲得的完成開花過程且處于同一生長狀態的F1代163個株系進行花色分析。結果顯示，父本月月粉（RHS：68-C）和母本窄葉藤本月季花（RHS：67-D）均為粉色系品種，但其雜交后代出現從白色到暗紅色的花色分離（圖1）。

2.1.1基于ISCC-NBS色名表示方法對群體花色表型進行命名采用 ISCC-NBS色名表示法對163個雜交后代株系的花色進行命名和分類，將群體花色命名為22 種顏色類型（表1），雜交后代花色以粉色、紅色、紅紫色居多，其中鮮紅偏紫色（Vivid purplish red）個體最多，占總數的21.47%，其次為強紅偏紫（Strong purplish red），占總數的12.27%。

2.1.2窄葉藤本月季花×月月粉群體花色表型變異特點參考洪艷等[30]的分類方法，將H值較低的一類歸為墨色系（Dark red group），同時考慮到實際應用習慣與經驗，將唯一的白偏黃（Yellowish white）后代單獨歸為白色系。最終，將163個后代劃分為白色系、粉色系（Pink group）、紅色系（Red group）、紅紫色系（Red purple group）、墨色系5個色系。通過繪制箱線圖，對所劃分的5個色系進行驗證和評價。對比L*、a*、b*值的分布特點，發現各色系參數分布具有一定的規律（圖2），能科學地將不同色系進行區分。L*值由高到低依次是粉色系、紅色系、紅紫色系和墨色系，4個色系基本無重疊。其中墨色系的L*值分布集中，紅色系、紅紫色系和墨色系的a*值基本集中在30～60，其中紅紫色系的a*值最大，粉色系的a*值分布最廣泛。紅紫色系的b*值最小，紅色系和紅紫色系的b*值均勻分布在負值區間內，粉色系和墨色系的 b*值在正負區間內都有分布。墨色系的 b*值分布范圍較廣，但是L*值和a*值分布集中。粉色系的a*值低于其他色系，而 L*值和 b*值均高于其他色系。白色系僅1株，未達到箱線圖作圖要求，不放在圖中。

通過分析和比較各個色系L*、a*和 b*值的分布，發現群體后代花色分離廣泛。在a*、b*值二維色相坐標系中（圖3A），5個色系集中在Ⅱ、Ⅳ象限，Ⅰ、Ⅲ象限基本無分布，其中在Ⅳ象限的分布最為集中、數量最多;白色系和粉色系分布位置較接近原點，紅色系和紅紫色系主要分布在Ⅳ象限，墨色系廣泛分布于Ⅱ和Ⅳ兩象限。在 L*、a*、b*值三維坐標系（圖3B）中，各色系呈三維帶狀分布，L*值分布范圍為18.43～84.99，a*值分布范圍為2.27～69.52，b*值分布范圍為-24.71～7.69。

通過采用箱線圖和 L*、a*、b*參數分布圖的分類、分析及驗證，表明ISCC-NBS色名表示法對花色的定義和分類結果準確。由此，基本建立了劃定群體色系與色差儀測色空間CIELab表色系統 L*、a*、b*值的對應關系，每種花色類型都有其對應的參數分布范圍（表2、表3），能夠定量描述和分析群體花色的分離特點。

2.2采用主基因+多基因模型對窄葉藤本月季花×月月粉雜交群體花色的遺傳分析

2.2.1最優模型的選擇和檢驗參考前人對果蔬顏色進行主基因+多基因遺傳分析的方法[33-34]，將本研究分類所得5個月季色系定為不同級別的數值，用花色分級數值和色光值2個參數對窄葉藤本月季花×月月粉群體的花色進行分析。分別選出AIC值最小的2個模型作為候選模型，色光值的2個候選模型（1MG-AD、2MG-A）均未達到顯著水平，根據AIC值最小原則選擇1MG-AD作為最佳模型。花色分級數值的2個候選模型（1MG-AD、2MG-AD）達到顯著水平的參數個數相同（表4、表5），通過比較AIC值確定最優模型為1MG-AD，因此本研究得出月季花色最優遺傳模型為1MG-AD，受1對加性-顯性主基因控制。

2.2.2遺傳效應值的估算采用最小二乘法估算群體花色的一階和二階參數（表6），有|da|>|ha|的關系，說明月季花色主基因的加性效應大于顯性效應，色光值和花色分級值的主基因遺傳率分別為81.92%和96.86%，花色主基因遺傳率較大，屬于高等遺傳率，該性狀不易受環境影響。

3討論

3.1粉色系月季雜交群體花色的分離

月季種類豐富，色彩繽紛，對研究花色遺傳具有重要價值，是不可或缺的良好材料。本研究使用的月季雜交親本均為粉色，但雜交群體花色分離廣泛，出現了不同于親本的花色，表明親本雜合度高、遺傳信息豐富。通過ISCC-NBS色名表示法將群體花色分成白色、粉色、紅色、紅紫色、墨色系5類，筆者整理了各色系的參數分布范圍，建立了該群體色系與色差儀CIELab表色系統 L*、a*、b*值的對應關系，實現了對花色分離特點的定量描述，便于區分每個個體之間的差異。與前人研究結果[14，35-36]相比，本研究群體花色分離更廣泛，為群體遺傳學、花色分類、花色形成機理、新品種培育等研究提供了重要依據。5個色系的 L*、a*、b*值分布區間與大小關系，與前人的研究結果相似[10，37]。在a*、b*二維分布圖中，Ⅰ象限無后代分布，是因為該群體中無黃色系、橙色系個體，推測群體花瓣色素種類中沒有類胡蘿卜素;而Ⅲ象限沒有個體分布，是因為月季缺少類黃酮 3，5-羥化酶，缺少合成藍色的飛燕草色素[38]。汪有良等[39]通過分析月季品種與其親本花色的相關性發現，粉色類型的月季品種花色受親本影響較小，與本研究中親本均為粉色而雜交后代出現從白色到暗紅色的花色分離現象的結果一致。雜交后代出現不同程度的“粉色”，說明粉色是分析花色數量遺傳的優良性狀，后續可通過測定雜種后代的色素含量來深入研究花色遺傳變異機制。

3.2月季花色的主基因+多基因混合遺傳模型分析

基因組高度雜合的植物，雜交獲得的F1代相當于作物純合親本雜交獲得的F2代，因此常用F1代進行遺傳模型分析[31，40]。利用F2群體主基因+多基因混合遺傳模型，楊信程等[40]分析了切花小菊（Chrysanthemum morifolium）F1代的分枝性狀;馬杰等[31]分析了菊花F1代舌狀花的半致死溫度。在對顏色的遺傳分析中，王建科等[41]利用色差儀測得的L*值和C*值對黃瓜（Cucumis sativus）嫩果皮顏色進行主基因+多基因遺傳分析;申曉青等[33]根據色差儀測定值，對黃瓜嫩果皮色進行分類和分級，再進行果色遺傳分析。色差儀所測得的每個顏色的數據都有對應的L*、a*和 b*等參數值，顏色的差異無法用其中任何一個單一數值表示，而由 L*、a*和 b*值計算而來的色光值可以綜合體現物質表面顏色和明亮度，在花青素含量分析及花色遺傳分析中應用廣泛[28，34]。本研究通過綜合選用色光值和顏色分級數值進行花色遺傳模型分析，提高了試驗結果的準確性及可靠性。經分析，確定月季花色的遺傳模型為1MG-AD，受1對加性-顯性主基因控制，且控制花色的主基因遺傳率高，受環境影響小[40，42]，與前人研究得出的月季花色變異受單基因和數量性狀位點控制、環境產生的效應相對較小的結論類似[14，16，35-36]。月季花色主基因的加性效應大于顯性效應，在栽培早期適當提高選擇標準，遺傳改良較易取得效果。本研究鑒定了月季花色的遺傳模式，并分析了主基因的遺傳效應，為月季花色選育提供了有益信息。

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（責任編輯：陳海霞）