栽培花生花期相關QTL定位

李華東，楊會，呂玉英，張秀榮，張昆，劉風珍，萬勇善

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

栽培花生是異源四倍體(2n=4x=40)豆科植物，是熱帶和亞熱帶地區(qū)最重要的油料作物和經(jīng)濟作物之一[1]?；ㄉM形式主要為優(yōu)質(zhì)食用油、食用堅果、黃油和糖果[2,3]。此外，它還是一種營養(yǎng)豐富、適口性好的優(yōu)良綠肥作物和家畜飼料[4]。全球116個國家和地區(qū)均種植花生，2018年種植總面積2 851×104hm2，總產(chǎn)量4 595×104t。中國是世界上最大的花生生產(chǎn)國，2018年種植面積464×104hm2，總產(chǎn)量1 739×104t，種植面積和總產(chǎn)量分別占世界總種植面積和總產(chǎn)量的16.27%和37.85%[5]。

目前，花生遺傳改良的研究方向主要集中在產(chǎn)量、品質(zhì)、抗病性以及適宜機械收獲的性狀等方面?；ㄉㄆ谛誀顚ζ渖谟酗@著影響，而生育期與花生產(chǎn)量和種植地域密切相關。研究發(fā)現(xiàn)，花生花期與生育期呈正相關關系[6]，說明揭示花生花期遺傳機理對于花生生育期和早熟性育種具有重要意義。

花期相關性狀基因定位工作在其他油料作物中已經(jīng)取得豐碩成果。目前，已經(jīng)有12個控制大豆花期的基因位點E1、E2、E3、E4、E5、E6、E7、E8、E9、E10、J和E11被報道，其中，E1、E2、E3、E4、E9、E10和J等位點的功能基因已被克隆或預測[7]。油菜花期遺傳也是研究熱點之一，Long等證實甘藍型油菜qFT10-4區(qū)間內(nèi)與擬南芥花期調(diào)控基因FLC同源的BnFLC10是油菜品種冬、春性分化的關鍵基因[8]。黃吉祥等利用甘藍型油菜SG-DH群體加密的遺傳連鎖圖譜，在9個環(huán)境下進行花期QTL定位，其中7個花期QTL在3個環(huán)境下重復檢測到，其表型變異貢獻率為1.83%～11.92%[9]。

由于花生遺傳背景復雜，對花生花期相關性狀的研究較少，近年來花生分子標記的開發(fā)以及遺傳連鎖圖譜的構建，使定位與花生花期相關的QTL成為可能。Shirasawa定位到一個與花生開花期有關的QTL，該QTL位于2號連鎖群上，表型變異貢獻率為19.5%[10]。Fonceka等使用標準區(qū)間定位法(SIM)在兩種灌溉(澆水充足和限水)條件下檢測始花期相關QTL，該QTL位于17號連鎖群，表型變異貢獻率為9.3%[11]。隨著多個栽培種花生基因組的公布[12,13]，依照這些參考基因組進行相關QTL定位與相關分子標記開發(fā)將更加準確和有效。Wang等采用簡化基因組測序技術，利用以四粒紅和冀農(nóng)黑3號為親本構建的RIL群體為材料，繪制了一幅花生高密度遺傳連鎖圖譜，并利用該圖譜分別定位19個單環(huán)境始花期相關QTL和利用BULP值定位5個多環(huán)境始花期相關QTL，表型變異貢獻率為1.15%至21.82%[14,15]。

盡管已有研究定位出許多花期相關QTL，但調(diào)控花期及生育期的基因并未被發(fā)掘出。因此，本研究基于利用開花時間不同的品種及其RIL群體構建的高密度遺傳連鎖圖譜[16]，在三個環(huán)境下對花期性狀進行表型鑒定及QTL定位分析，以期定位出新的QTL位點，為花生生育期遺傳研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以白沙1016與ICGV86699雜交獲得F8-10代RIL群體為材料，群體包含257個家系。白沙1016是國內(nèi)大面積推廣的早熟花生品種，ICGV86699為引自國際半干旱熱帶作物研究所(ICRISAT)的晚熟種質(zhì)材料，擁有野生種血緣[17]。

1.2 田間種植

RIL群體及其親本于2018年至2020年在山東農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學試驗站(泰安)種植，采用隨機排列，兩次重復。每個家系種1行，每行種植11穴，每穴播種雙粒，穴距20 cm。

1.3 花期調(diào)查與數(shù)據(jù)分析

根據(jù)每個家系開花墩數(shù)占總墩數(shù)的比例將其從播種至開花的天數(shù)記為始花期、開花期和盛花期，三個時期的開花墩數(shù)分別占該家系總墩數(shù)的10%、50%和90%。利用SPSS軟件對群體始花期、開花期與盛花期的平均值、標準差、最小值、最大值、偏度和峰度進行統(tǒng)計分析。

1.4 QTL定位分析

在本課題組構建的高密度遺傳連鎖圖譜的基礎上[16]，結合親本及RIL群體獲得的試驗數(shù)據(jù)，利用軟件QTL IciMapping 4.0的復合區(qū)間作圖法對花生始花期、開花期和盛花期進行QTL定位，把三個種植年份作為三個環(huán)境因子，取LOD臨界值2.50。QTL的命名是以Q加性狀的英文縮寫加所在連鎖群命名，當同一連鎖群上有2個或2個以上QTL時，在QTL后面加“-”和數(shù)字進行區(qū)分。

2 結果與分析

2.1 始花期、開花期和盛花期表型分析

在三個環(huán)境下白沙1016的始花期、開花期與盛花期均顯著早于ICGV86699；群體材料的始花期、開花期與盛花期性狀均存在超親現(xiàn)象，變異系數(shù)分別為6.88%～7.13%、6.02%～7.98%、5.44%～9.41%(表1、圖1)。

表1 親本及RIL群體花期性狀相對值統(tǒng)計 (d)

圖1 RIL群體花期相關性狀頻次分布

2.2 QTL定位分析

三年種植環(huán)境下，在14個連鎖群上共鑒定出43個花期相關QTL，這些QTL的LOD值為2.50～10.20，表型變異貢獻率為2.48%～11.04%，且加性效應值為-0.81%～0.79%(表2)。其中，在8個連鎖群上定位到12個始花期相關QTL，QIFD-6-1、QIFD-12-2、QIFD-12-3和QIFD-17-2是兩年重復檢測到的QTL，表型變異貢獻率為2.48%～11.04%，主效QTLQIFD-12-2在兩個環(huán)境的表型變異貢獻率分別為10.08%和11.04%；在11個連鎖群上定位到16個開花期相關QTL，其中QFD-12-1和QFD-17-2為兩年重復檢測到的QTL，表型變異貢獻率為3.77%～7.36%；在10個連鎖群上定位到15個盛花期相關QTL，其中主效QTLQFBD-12-2為兩年重復檢測到的QTL，表型變異貢獻率為6.23%～9.28%。相關QTL的基因組分布見圖2。

表2 花生花期相關QTL信息

IFD為始花期，F(xiàn)D為開花期，F(xiàn)BD為盛花期。

3 討論與結論

花期與花生的生育期和產(chǎn)量密切相關，花期相關性狀是選育適宜生育期花生品種的重要指標，但是花生復雜的遺傳背景，導致花生花期性狀遺傳研究遠遠落后于其他油料作物[7-9]。近年來隨著測序技術的快速進步以及栽培種花生參考基因組的陸續(xù)發(fā)表[11,12,18]，已有研究報道了一些花生花期相關性狀的QTL，包括21個位點，分布在11個連鎖群上[10-15]。

花期是由多個基因控制的復雜的數(shù)量性狀[19]，受環(huán)境因素影響較大，所以本研究利用白沙1016和ICGV86699雜交構建的RIL群體在三年種植環(huán)境下對始花期、開花期和盛花期三個性狀進行QTL定位，所得位點可以相互驗證，確保定位結果的真實性。結果共檢測到43個QTL，其LOD值為2.50～10.20，表型變異貢獻率為2.48%～11.04%，且加性效應值為-0.81%～0.79%。在12號連鎖群115.55 Mb至118.13 Mb之間發(fā)現(xiàn)一個QTL簇，共有調(diào)控三個性狀的6個QTL定位到該區(qū)段，表型變異貢獻率為6.23%～11.04%，其中兩個主效QTL在兩個環(huán)境下重復檢測到，一個是調(diào)控始花期的QTL位點QIFD-12-2，兩個環(huán)境下的表型變異貢獻率為10.08%和11.04%；另一個是調(diào)控盛花期的QTL位點QFBD-12-2，兩個環(huán)境下的表型變異貢獻率為6.23%和9.28%。本研究結果可為花生花期及生育期遺傳研究和適宜生育期花生品種選育提供參考。