苦瓜控制第1雄花節位的QTL定位

崔竣杰 彭家柱 程蛟文 胡開林

摘 要：為了對控制苦瓜第1雄花節位的遺傳位點進行定位，基于苦瓜K44×Dali-11的F2群體和04-17×47-2-1-1-3的F2群體構建遺傳圖譜，結合第1雄花節位的表型數據，對苦瓜第1雄花節位進行了QTL檢測。結果表明，對于2個F2群體，都在相近的遺傳位置區域檢測到控制苦瓜第1雄花節位的QTL位點fmfn，該位點位于苦瓜的MC06連鎖群或擬染色體上10.66～14.32 Mb區間，候選區間的遺傳距離和物理距離分別為11.65 cM和3.66 Mb，遺傳貢獻率為34.80%，其中包含195個注釋基因。研究結果為進一步精細定位及克隆控制苦瓜第1雄花節位的基因提供了重要參考依據。

關鍵詞：苦瓜;第1雄花節位;QTL;候選區間

中圖分類號：S642.5 文獻標志碼：A 文章編號：1673-2871（2021）07-025-04

QTL mapping of the first male flower node in bitter gourd

CUI Junjie1， PENG Jiazhu2， CHENG Jiaowen3， HU Kailin3

（1. Department of Horticulture， Foshan University， Foshan 528000， Guangdong， China; 2. Guangzhou Academy of Agricultural Sciences， Guangzhou 510335， Guangdong， China; 3. College of Horticulture， South China Agricultural University， Guangzhou 510642， Guangdong， China）

Abstract： In order to map the genetic locus controlling the first male flower node of bitter gourd， based on the genetic maps constructed by the F2 populations of K44×Dali-11 and 04-17×47-2-1-1-3， combined with the phenotypic data of the first male flower node， we detected QTLs for the first male flower node of bitter gourd. The results showed that for the two F2 populations， the QTL locus， fmfn， controlling the first male flower node of bitter gourd was detected in the similar genetic location， which was located in the 10.66-14.32 Mb interval on the linkage group or pseudo chromosome MC06. The genetic and physical distance of the candidate interval are 11.65 cM and 3.66 Mb， respectively， and the genetic contribution rate is 34.80%， including 195 annotated genes. The results of this study provide an important reference for further fine mapping and cloning of genes controlling the first male flower node of bitter gourd.

Key words： Bitter gourd; First male flower node; QTL; Candidate interval

苦瓜（Momordica charantia L.）屬于葫蘆科作物，主要分布在亞洲和非洲[1]，通常為單性花，雌雄同株，雌花接受雄花花粉授粉后果實才迅速發育和膨大，因此苦瓜開花節位的高低會顯著影響苦瓜的熟性和早期產量。

葫蘆科作物的性別分化既受環境的影響，又受遺傳的調控。在環境因素方面，光照和溫度對苦瓜植株性別分化的影響與黃瓜類似，即短日照和低溫條件下有利于雌花形成[2]。在遺傳因素方面，國內外學者對葫蘆科作物的性別決定、始花節位和早開花等開花相關性狀進行了一系列的研究。例如明確了甜瓜植株性別形態主要取決于3個基因位點（M位點、G位點和A位點）的顯隱性組合[3];利用SRAP（sequence-related amplifiedpolymorphism）標記將黃瓜的始花節位基因ffn定位于Ⅸ連鎖群上標記DC1EM5-ME7EM2A的1.80 cM區間[4];利用SSR（simple sequence repeats）標記將黃瓜第1雌花節位2個QTL（Fpfn 3.1和Fpfn 6.1）分別定位于3號染色體上標記SSR04635-SSR13466的6.96 Mb和6號染色體上標記SSR15516-SSR00126的4.81 Mb區間[5];利用SNP（single nucleotide polymorphism）標記將黃瓜第1雌花節位另一個QTL（FFFN6.1）定位于6號染色體上標記M196811-M145082的0.79 cM區間，并與Fpfn 6.1相距較遠[6];通過QTl-seq技術將黃瓜的早開花位點Ef1.1定位于1號染色體22.86～26.31 Mb區間，并初步確定其候選基因為Flowering Locus T的同源基因[7]。利用SRAP標記將控制絲瓜第1雌花節位的多個QTL進行了初定位[8];利用SNP標記將苦瓜第1雌花節位QTL（fffn）定位于MC01號連鎖群標記scaffold44_3793313-scaffold44_7318231的3.52 Mb區間[9]。然而，對于控制苦瓜第1雄花節位的QTL位點尚鮮見報道。筆者基于課題組前期已經構建的兩張遺傳圖譜[9-10]，對苦瓜控制第1雄花節位的QTL進行初定位研究。

1 材料與方法

1.1 材料

供試親本材料K44、Dali-11、04-17和47-2-1-1-3都是經過6代以上自交獲得的遺傳穩定的自交系，其中K44是由自然突變選育出的雌性系（主蔓和側枝上全部開雌花），其他3個自交系為雌雄異花同株材料，所有材料由華南農業大學園藝學院蔬菜系提供。通過雜交獲得F1代后再自交分別獲得K44×Dali-11及04-17×47-2-1-1-3的F2群體。

1.2 方法

1.2.1 田間試驗及性狀調查 于2014年春季，將K44、Dali-11和K44×Dali-11的F2群體種植于華南農業大學增城實驗基地，全雌性在F2群體發生分離[9]，由于全雌株不開雄花，因此在開花期只對該F2群體雌雄同株單株的第1雄花節位（主蔓上第1朵雄花著生節位）進行調查;將04-17、47-2-1-1-3和04-17×47-2-1-1-3的F2群體種植于海南省海口試驗田，在開花期對第1雄花節位進行調查。

1.2.2 表型分析及QTL定位 使用 Excel和SPSS軟件對苦瓜親本之間第1雄花節位的差異顯著性及其F2群體的表型數據進行統計。利用筆者所在課題組前期構建的2張遺傳圖譜[9-10]，結合表型數據對苦瓜第1雄花節位進行QTL定位。具體方法是使用MapQTL6 軟件的MQM模型（Multiple-QTL models=composite interval mapping）進行 QTL 檢測[11]，選用距離 QTL 最近標記的效應值代表該 QTL的效應值，每個環境下QTL 置信區間依據降1 LOD 和取鄰近標記原則劃定。

2 結果與分析

2.1 苦瓜F2群體第1雄花節位表型分析

經統計分析，苦瓜親本K44（雌性系）與Dali-11、04-17與47-2-1-1-3之間的第1雄花節位存在顯著差異（表1）。對于K44×Dali-11的F2群體和04-17×47-2-1-1-3的F2群體，分別調查了171和108個單株，對兩個F2群體第1雄花節位的植株數分布頻率進行統計的結果表明，苦瓜第1雄花節位表現為明顯的單峰、接近正態分布，符合數量性狀遺傳的典型特征（圖1）。

2.2 苦瓜第1雄花節位的QTL定位

經QTL檢測，在苦瓜K44×Dali-11的F2群體中，檢測到第1雄花節位的2個QTL，fmfn1和fmfn2，均位于MC06連鎖群上，最近標記的物理位置分別為11.61 Mb和17.01 Mb，LOD值分別為17.64和15.72、貢獻率分別為37.80%和34.50%，由于fmfn1與fmfn2的位置相距較近，可以將它們合并為一個候選區域，其區間大小的遺傳距離和物理距離分別為29.29 cM和7.03 Mb。在苦瓜04-17×47-2-1-1-3的F2群體中，檢測到第1雄花節位1個QTL，即fmfn，位于LG8連鎖群上標記MC_g61ind1428處，其LOD值為10.04、貢獻率為34.80%，其候選區間的遺傳距離和物理距離分別為11.65 cM和3.66 Mb（圖2和表2）。將LG8上的標記進行物理坐標比對后發現，LG8和MC06位于苦瓜同一條連鎖群或擬染色體上，而且，fmfn位點正好在fmfn1和fmfn2的候選區域以內，且與fmfn1的位置更接近。綜合苦瓜兩個獨立的F2群體的第1雄花節位定位結果，初步確定控制苦瓜第1雄花節位的QTL位點為fmfn，其候選區間（10.66～14.32 Mb）的遺傳距離和物理距離分別為11.65 cM和3.66 Mb，通過與苦瓜參考基因組的注釋信息相比對，結果顯示該區間包含有195個注釋的基因。

3 討 論

基于前期作者所在課題組構建的2張遺傳圖譜，其中一張是以K44和Dali-11為親本包含1009個SNP標記，含11個連鎖群，將苦瓜Dali-11的參考基因組序列錨定到了相應的11條擬染色體上[9];另一張是以04-17和47-2-1-1-3為親本的包含164個InDel標記，含15個連鎖群[10];作者在本研究中根據苦瓜2個F2群體在廣州市和海口市2個栽培環境下第1雄花節位的表型數據，對控制苦瓜第1雄花節位的主效QTL進行了初定位，經合并和取重疊區間初步確定fmfn為控制苦瓜第1雄花節位的QTL，位于MC01號連鎖群或擬染色體10.66～14.32 Mb區間。從前人的研究結果得知，控制苦瓜第1雌花節位的主效QTL位于MC01號連鎖群或擬染色體上，并且該位點與苦瓜純雌基因位點相同[9，12]。說明苦瓜第1雄花節位和第1雌花節位或純雌性狀由不同的遺傳位點控制，至于苦瓜是否像黃瓜和甜瓜一樣[3]，不同性別基因也存在互作效應，需要進一步驗證。

本研究中定位的苦瓜第1雄花節位QTL，fmfn區間的遺傳距離與物理距離分別為11.65 cM和3.66 Mb，候選區間還比較大，其中包含195個的注釋基因，但是，fmfn具有比較準確的初定位區間以及較大的遺傳效應值，結果可為進一步精細定位及克隆該基因提供重要參考依據。

參考文獻

[1] SCHAEFER H，RENNER S S.A three-genome phylogeny of Momordica（Cucurbitaceae） suggests seven returns from dioecy to monoecy and recent long-distance dispersal to Asia[J].Molecular Phylogenetics and Evolution，2010，54（2）：553-560.

[2] 汪俏梅，曾廣文，蔣有條.溫度和光周期對苦瓜性別表現的影響[J].中國蔬菜，1997（1）：1-4.

[3] BOUALEM A，TROADEC C，CAMPS C，et al.A cucurbit androecy gene reveals how unisexual flowers develop and dioecy emerges[J].Science，2015，350（6261）：688-691.

[4] 潘俊松，王剛，李效尊，等.黃瓜SRAP遺傳連鎖圖的構建及始花節位的基因定位[J].自然科學進展，2005，15（2）：167-172.

[5] 苗晗，顧興芳，張圣平，等.黃瓜苗期主要農藝性狀相關QTL定位分析[J].園藝學報，2012，39（5）：879-887.

[6] 曲美玲，朱文瑩，杜慧，等.黃瓜第1雌花節位和雌花率基因QTL定位[J].上海交通大學學報（農業科學版），2016，34（5）：8-16.

[7] LU H，LIN T，KLEIN J，et al.QTL-seq identifies an early flowering QTL located near Flowering Locus T in cucumber[J].Theoretical and Applied Genetics，2014，127（7）：1491-1499.

[8] CUI J J，CHENG J W，WANG G P，et al.QTL analysis of three flower-related traits based on an interspecific genetic map of Luffa[J].Euphytica，2015，202（1）：45-54.

[9] CUI J J，LUO S B，NIU Y，et al.A RAD-based genetic map for anchoring scaffold sequences and identifying QTLs in bitter gourd （Momordica charantia）[J].Frontiers in Plant Science，2018，9：477.

[10] 彭家柱.苦瓜InDel遺傳圖譜的構建及雄花節位和數量的QTL分析[D].廣州：華南農業大學，2018.

[11] OOIJEN V.MapQTL 6，Software for the mapping of quantitative trait loci in experimental populations of diploid species [Z].Wageningen，Netherlands，2009.

[12] MATSUMURA H，MIYAGI N，TANIAI N，et al.Mapping of the gynoecy in bitter gourd （Momordica charantia） using RAD-seq analysis[J].Plos One，2014，9（1）：e87138.