紅花農藝性狀與SCoT標記的關聯分析

摘要：紅花種子富含亞油酸，具有降血脂、美容等功效。獲得與紅花農藝性狀關聯的分子標記，將為紅花品種分子育種提供技術支撐。基于包含64條多態性條帶的19條SCoT標記，利用STRUCTURE 2.3軟件和一般線性模型進行群體結構分析和關聯分析。結果表明，84份紅花種質的12個農藝性狀變異系數為9.23%～51.21%，數據呈正態分布。單株種子質量與莖粗、有效分枝總數、單株果球總數、頂果球直徑、頂果球著粒數、頂果球著粒質量、頂果球質量和單株果球總質量呈顯著正相關，而與第1分枝高度呈顯著負相關。群體遺傳結構分析可將84份紅花種質劃分為5個類群，分別包含11、9、20、9、35份試驗材料。84份紅花種質中有60份材料Q＞0.6，占所有供試材料的71.43%，說明各群體中大部分紅花種質親緣關系比較單一。3個SCoT標記位點與單株總果球數、單株2級分枝果球數、單株果球總質量和單株種子質量呈極顯著相關聯（Plt;0.01），各位點對表型變異的解釋率在8.25%～10.93%。

關鍵詞：紅花；農藝性狀；SCoT標記；關聯分析

中圖分類號：S567.21+9.03" 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）04-0157-06

收稿日期：2023-04-20

基金項目：國家現代農業產業技術體系建設專項（編號：CARS-21）；河南省重大科技專項（編號：221100310400）；中央本級重大增減支項目（編號：2060302）；河南省農業科學院自主創新專項基金（編號：2023ZC083）；河南省農業科學院新興學科發展專項（編號：2022XK03、2023XK03）；河南省科技攻關項目（編號：222102110379、222102110466、232102110198、232102110243、232102110262）。

作者簡介：許蘭杰（1982—），女，河南漯河人，博士研究生，副研究員，主要從事紅花育種與遺傳改良。E-mail：xulanjie18@126.com。

通信作者：梁慧珍，博士，研究員，主要從事中藥材遺傳育種及品質改良，E-mail：lhzh66666@163.com；余永亮，碩士，副研究員，主要從事中藥材遺傳育種、區域試驗，E-mail：yyl790721@126.com。

紅花種子是菊科植物紅花（Carthamus tinctorius L.）的干燥成熟果實［1］。紅花種子富含油脂，主要為亞油酸，亞油酸含量高達73～85%，素有“亞油酸之王”的美譽，同時還含有豐富的維生素和人體必需的氨基酸，具有降血脂和抗血栓等功效［2-3］。紅花種子餅粕是高蛋白制品的優質原料［4］。1973年，紅花作為油料作物被聯合國糧農組織正式列入《聯合國糧農組織（FAO）生產年鑒》。紅花油被世界公認為具有保健、美容功效的功能性食用油［5-7］。紅花在我國已有2 000多年的栽培歷史和藥用歷史，具有抗旱、耐堿、耐貧瘠等生長特性，適應性廣。我國紅花種質資源非常豐富，產地分布廣泛，其商業化種植主要集中在新疆、云南、甘肅和河南等［6-9］。

紅花是一種常異花授粉植物，天然異交率為5%～95%，長期天然雜交產生了大量變異，且變異性狀多為數量性狀［10-11］。SCoT標記作為一種顯性標記，已廣泛應用于紅花的品種鑒定和遺傳多樣性分析等領域［12-13］。關聯分析（association analysis）把具有多樣性的目標性狀與基因的多態性位點聯合起來，篩選出與目標性狀密切相關的基因位點或標記位點，是研究數量性狀的重要遺傳學方法［14-16］。本研究以84份紅花種質所構成的自然群體為基礎，對其進行群體結構解析，并尋找與12個農藝性狀關聯的SCoT標記位點，將為新品種選育、品質改良及分子標記輔助育種提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本研究所有材料均來自河南省農業科學院芝麻研究中心藥用植物研究室。在紅花資源圃中選擇具有代表性的84份紅花品種（包括河南14份、新疆32份、云南2份、遼寧1份、安徽1份、陜西1份、土耳其2份、利比亞3份、印度10份、法國1份、阿爾及利亞1份、以色列1份、前蘇聯1份、羅馬尼亞2份、肯尼亞9份、西班牙1份、蘇丹2份）。84份種質分別于2020年和2021年的10月15日大田播種，翌年3—4月單株定植，常規田間管理［17］。在2020—2021年連續2年對84份紅花種質的白平子產量相關性狀進行調查記載。

1.2 試驗方法

1.2.1 表型性狀的測定

本研究共調查12個農藝性狀，包括果球性狀8個（單株總果球數、單株二級分枝果球數、頂果球著粒數、頂果球質量、頂果球直徑、單株果球總質量、單株種子質量、頂果球著粒質量）和整體性狀4個（株高、莖粗、第一分枝高度、單株有效分枝數）。性狀測定方法參照許蘭杰等的方法［10］，每個品種調查10個單株的12個農藝性狀，求取平均值。將2年數據求取平均值，再用平均值計算12個農藝性狀的變異系數。

1.2.2 DNA提取

在紅花伸長期，每份種質取5株中部新鮮葉片，用TOLOBIO的快捷無毒植物基因組DNA提取試劑盒（貨號36302）提取84份紅花種質的基因組DNA。用1.2%瓊脂糖凝膠電泳檢測DNA質量，帶型模糊者重新提取基因組DNA，樣品在-20 ℃保存備用，使用前稀釋至40 ng/μL。

1.2.3 SCoT引物來源及PCR擴增

參照劉新梅等的方法［18］，以80條SCoT引物為試驗對象，對其進行多態性篩選［19-20］。將篩選出的多態性好、條帶清晰的19條SCoT標記對84份紅花種質進行擴增。將具有相同遷移率的擴增片段（僅記錄清晰、穩定的擴增條帶），無帶的記為0，有帶的記為1［21］。

1.3 數據分析

應用TASSEL軟件一般線性模型程序，將84個紅花品種的Q值作為協變量，將12個農藝性狀數據分別對SCoT標記變異逐一進行回歸分析，確認農藝性狀關聯位點并計算位點對農藝性狀變異的解釋率［16］。

2 結果與分析

2.1 農藝性狀描述統計

以2年數據的平均數分別對12個農藝性狀進行調查和統計分析（表1）：12個性狀均表現出廣泛的表型變異，變異系數為9.23%～51.21%，第一分枝高度在品種間變異系數較大，為51.21%；其次是單株種子質量、單株果球總質量和單株2級分枝果球數，分別為46.62%、45.52%和40.93%，其余性狀變異系數為9.23%～31.61%。變異系數反映了12個農藝性狀在84個紅花品種間的離散情況，品種間的差異越大越容易在不同基因型間找到與其目標性狀關聯的標記［14］。

除單株果球總質量偏度值和峰度值﹥1外，其余11個農藝性狀的偏度值和峰度值的絕對值均lt;1（表1），11個農藝性狀平均值呈連續性分布并符合正態分布，是受多基因控制的數量性狀（圖1）。

相關性分析（表2）表明，各產量相關性狀之間相互影響，相互協同，從而影響紅花種子產量。株高與莖粗和第一分枝高度呈顯著正相關，有效分枝總數與果球數和二級分枝果球數呈極顯著正相關，頂果球直徑與頂果球著粒數、頂果球著粒質量和頂果球質量呈極顯著正相關；單株種子質量與莖粗、有效分枝總數、果球總數、頂果球直徑、頂果球著粒數、頂果球著粒質量、頂果球質量和單株果球總質量呈顯著正相關，而與第一分枝高度呈顯著負相關。

2.2 群體結構分析

84份紅花種質在 K=5 時，ΔK最大，因此在K=5的模式下分析紅花種質的遺傳結構并計算出

5個類群的最大Q值分布（圖2）。

不同的色塊代表不同的類群（圖3、表3），紅色部分為類群Ⅰ，包含11份材料，其中9份材料來自國外，2份材料來自國內新疆和河南。綠色部分為類群Ⅱ，包含9份材料，其中5份材料來自國外，4份材料來自國內新疆和河南。藍色部分為類群Ⅲ，包含20份材料，其中7份材料來自國外，10份材料來自國內新疆，3份材料來自國內河南。黃色部分為群組Ⅳ，包含9份材料，均來自于國內，其中7份新疆，1份河南，1份安徽。紫色部分為群組Ⅴ，包含

35份材料，其中12份材料來自國外，12份來自新疆，7份來自河南，2份來自云南，1份來自遼寧，1份來自陜西。

群體結構分析中，當某一材料在某類群中的 Q≥0.6 時，則認為該材料血緣關系相對比較單一，否則認為該材料血緣關系來源復雜［23］。Q≥0.6、Q≥0.8、Q≥0.9的紅花品種分別占所有供試材料的71.43%、28.57%和23.81%，說明5個群體中大部分品種親緣關系比較單一。N1在5個類群中的Q值分別為0.075、0.022、0.359、0.399和0.145，它們

的基因都主要來源于類群Ⅰ和類群Ⅱ中（表4）。

2.3 SCoT標記與表型性狀關聯的分子標記位點

將84份紅花種質對應的Q值作為協變量，將12個農藝性狀的表型變異對SCoT標記位點進行回歸分析，尋找與農藝性狀相關聯的等位變異。結果表明，在0.05水平上，11條引物總共17個位點與8個產量相關性狀發生顯著性關聯，各位點對表型變異的解釋率在4.34%～10.93%。其中，與莖粗相關的SCoT位點有4個，分別是ScoT62、ScoT48、ScoT54和ScoT3；與單株有效分枝總數相關的SCoT位點有2個，分別是ScoT55和ScoT29；與單株總果球數相關的SCoT位點有1個，為ScoT29；與單株二級果球數相關的SCoT位點有3個，分別是ScoT62、ScoT69和ScoT29；與頂果球直徑相關的SCoT位點有2個，

分別是ScoT55和ScoT51；與頂果球質量相關的SCoT位點有1個，為ScoT65；與單株果球總質量相關的SCoT位點有2個，分別是ScoT41和ScoT36；與單株種子質量相關的SCoT位點有2個，分別是ScoT65和ScoT51（表5）。

共有3個SCoT標記位點與4個數量性狀（單株總果球數、單株二級果球數、單株果球總質量和單株種子質量）在0.01水平上顯著相關。各位點對表型變異的解釋率在8.25%～10.93%，解釋率最大（10.93%）的SCoT位點是SCoT41；SCoT29同時與單株總果球數和單株二級分枝果球數顯著相關，對表型的解釋率分別為10.21%和8.25%（表5）。

3 討論

紅花種子產量是一個復雜的數量性狀，其構成比較復雜，與多個性狀（單株有效果球數、百粒質量、二級分枝數等）密切相關［23-24］。趙昕鵬等認為百粒質量、一級分枝數對種子產量影響最大［23］，而官玲亮等認為單株有效果球數和單株總果球數對產量的直接影響最大［24］。單株有效果球數、總果球數、百粒質量與單株種子產量呈正相關［23-24］。本研究以84份紅花核心種質為研究對象，相關分析發現株高與莖粗和第一分枝高度呈顯著正相關；單株有效分枝數與單株總果球數和單株二級分枝果球數呈極顯著正相關。頂果球直徑與頂果球著粒數、頂果球著粒質量和頂果球質量呈極顯著正相關；單株種子質量與莖粗、單株有效分枝數、單株總果球數、頂果球直徑、頂果球著粒數、頂果球著粒質量、頂果球質量和單株果球總質量呈顯著正相關，而與第一分枝高度呈顯著負相關；其他單株種子質量相關性狀間也存在顯著或極顯著的相關性，說明各產量相關性狀之間相互影響、相互協同，從而影響紅花單株種子質量。

本研究利用關聯分析能夠有效地找到與紅花12個農藝性狀關聯的標記標點。研究結果可為紅花分子標記輔助育種品種提供技術支持。使用篩選出的19條SCoT引物，共64條多態性條帶對84份紅花種質進行多位點掃描分析。本研究在0.05水平上，11個SCoT標記與8個農藝性狀發生顯著關聯，各SCoT標記位點對表型變異的解釋率在4.34%～10.93%；在0.01水平上，共有3個SCoT標記位點與4個農藝性狀（單株總果球數、單株二級果球數、單株果球總質量和單株種子總質量）顯著相關，這可能與果球性狀在品種間存在較大程度變異有關，更利于關聯標記的發現。

4 結論

綜上所述，本研究中84份紅花種質的12個農藝性狀變異系數為9.23%～51.21%，數據呈正態分布。群體遺傳結構分析可將84份紅花種質劃分為5個類群，分別包含11、9、20、9、35份試驗材料。3個SCoT標記位點與單株總果球數、單株二級分枝果球數、單株果球總質量和單株種子質量呈極顯著相關聯（Plt;0.01），各位點對表型變異的解釋率為8.25%～10.93%。

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