花生種質(zhì)資源重要農(nóng)藝品質(zhì)性狀的全基因組關(guān)聯(lián)分析.pdf

1、花生(Arachis hypogaea L.)是世界上五大重要的油料作物之一。我國是世界花生生產(chǎn)大國,產(chǎn)量、消費量和出口量均居世界首位。在我國油料作物中,花生產(chǎn)量約占油料作物總產(chǎn)的48％,而且發(fā)展?jié)摿薮?。因?開展花生基因組研究對振興我國花生乃至油料作物產(chǎn)業(yè),緩解食用植物油供需矛盾,具有重要的戰(zhàn)略意義。
　　 本研究選用166份花生種質(zhì),包括國內(nèi)不同年代的花生育成品種136個和外國種質(zhì)30份,具有廣泛的代表性和豐富的遺傳多樣性

2、。采用傳統(tǒng)的統(tǒng)計學(xué)方法對多個農(nóng)藝性狀的表型數(shù)據(jù)進行分析,初步揭示不同性狀的遺傳特性。同時以多個已構(gòu)建的花生遺傳連鎖圖譜及復(fù)合圖譜中的連鎖群為花生擬染色體,在以往試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上,選用64對遺傳多樣性豐富的SSR位點,對整個花生基因組進行掃描,通過標(biāo)記的基因型數(shù)據(jù),利用STRUCTURE2.3.1軟件對群體進行結(jié)構(gòu)劃分。最終選用19項農(nóng)藝性狀的表型數(shù)據(jù)和種質(zhì)的基因型數(shù)據(jù),以結(jié)構(gòu)劃分依據(jù)Q因子作協(xié)變量對166份進行簡單線性回歸GLM模型分析

3、。目的是通過表型-基因型全基因組關(guān)聯(lián)分析,進一步揭示新的遺傳現(xiàn)象,驗證已有的遺傳規(guī)律,同時發(fā)掘優(yōu)異的基因位點。主要研究結(jié)果如下:
　　 1、通過性狀頻數(shù)分布圖、聚類分析、結(jié)構(gòu)劃分的分析,可將166份種質(zhì)劃分為7大亞類。①從主莖高、側(cè)枝長、結(jié)果枝、單株飽果數(shù)、百仁重、粗蛋白質(zhì)含量、脂肪酸含量、油酸(C18:1)含量、亞油酸(C18:2)含量、油酸/亞油酸比值(O/L)對應(yīng)的頻數(shù)分布圖,可發(fā)現(xiàn)各性狀值主要集中分布在7個區(qū)段;②根據(jù)1

4、7個性狀的綜合聚類分析結(jié)果,也將種質(zhì)劃分為7個亞群;③依據(jù)Hardy-Weinberg平衡理論,經(jīng)過LD檢測,基于Bayesian模型和遺傳聚類分析的結(jié)果,對166份種質(zhì)進行結(jié)構(gòu)劃分,最終劃分為7個亞群,其中2個亞群主要為外國核心種質(zhì)(平均90%以上),這與表型聚類分析劃分結(jié)果相似。
　　 2、對2011年度獲取的19個性狀的表型數(shù)據(jù)與種質(zhì)群體的基因型數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)分析。結(jié)果顯示,在所用64對引物中有55對與性狀呈顯著關(guān)聯(lián),等位變

5、異位點有536個。其中,與植物學(xué)性狀關(guān)聯(lián)的位點有30個,與產(chǎn)量性狀關(guān)聯(lián)的位點的有46個,與品質(zhì)性狀關(guān)聯(lián)的分別有23個(2010結(jié)果)和29個(2011年結(jié)果),與抗病性關(guān)聯(lián)的有11個。從2010年和2011年品質(zhì)性狀關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)中發(fā)掘出12個呈顯著關(guān)聯(lián)且穩(wěn)定遺傳的SSR位點。
　　 3、對花生種質(zhì)的相關(guān)數(shù)值進行簡單統(tǒng)計分析與關(guān)聯(lián)分析,揭示并驗證遺傳規(guī)律。①采用描述統(tǒng)計、相關(guān)性分析對性狀遺傳多樣性分布特點及不同性狀間關(guān)系的分析表明,同

6、類型性狀的數(shù)值頻數(shù)分布極為相似,不同類型性狀間相關(guān)性要低于同類型內(nèi)不同性狀間的相關(guān)性。在相關(guān)分析表中,產(chǎn)量性狀(8個)和品質(zhì)性狀(5個)均形成了顯著相關(guān)的三角區(qū)域:主莖高-側(cè)枝長、單株仁重-單株生產(chǎn)力、油酸含量-O/L呈顯著正相關(guān)。關(guān)聯(lián)分析結(jié)果表明,呈顯著正相關(guān)的兩個性狀,其分別對應(yīng)的關(guān)聯(lián)位點也大多數(shù)一致。如:同時與主莖高和側(cè)枝長顯著關(guān)聯(lián)的位點有10個,占兩性狀總關(guān)聯(lián)位點數(shù)(17個)的60%;單株仁重與單株生產(chǎn)力呈顯著關(guān)聯(lián)的位點有6個,

7、占兩性狀總關(guān)聯(lián)位點數(shù)(12個)的50%;②通過與不同性狀呈顯著關(guān)聯(lián)的SSR標(biāo)記中各個等位變異位點的變異效應(yīng)的比對,或同一性狀不同年份的比對,揭示了與性狀相關(guān)的一系列遺傳規(guī)律。以品質(zhì)性狀為例,2010年和2011年與C18:1、C18:2、O/L三個性狀分別呈顯著關(guān)聯(lián)的位點E370和B140,通過比較其位點的ai可知,E370、B140在C18:1和C18:2性狀上的各個等位變異位點效應(yīng)趨勢均相反。這就從基因水平上分別解釋了C18:1與O

8、/L的正相關(guān)以及與C18:2的負(fù)相關(guān)關(guān)系。與之相似,主莖高與側(cè)枝長、單株仁重與單株生產(chǎn)力之間的的緊密相關(guān)關(guān)系同樣可以在基因水平上得以解釋或驗證。
　　 4、與同一性狀關(guān)聯(lián)的位點可集中分布在某一連鎖群的部分區(qū)域。如:與主莖高關(guān)聯(lián)的位點分別集中分布在LG1(3個)、LG14(2個)和LG15(2個)上;與C18:1、C18:2及O/L性狀關(guān)聯(lián)的位點集中分布在LG2(4個)上。這些為今后通過分子設(shè)計育種選擇性地累積優(yōu)異性狀提供重要依據(jù)

9、。
　　 5、依據(jù)與各個性狀關(guān)聯(lián)分析的結(jié)果進行分子育種設(shè)計:選擇僅與某些性狀關(guān)聯(lián)的位點進行育種改良,達到改良目標(biāo)性狀的同時,也不會對花生品種的其他性狀產(chǎn)生負(fù)面影響。如:E139則與除了蛋白質(zhì)含量以外的所有油分性狀呈極顯著關(guān)聯(lián)(P＜0.001)。有目的選擇位點E139進行改良,可望實現(xiàn)花生高油脂高蛋白育種目標(biāo)。
　　 6、不同年份(環(huán)境下),優(yōu)異基因位點表達存在明顯差異。從兩年品質(zhì)性狀關(guān)聯(lián)位點的信息可知,與2010年相比,

10、2011年與蛋白質(zhì)含量顯著關(guān)聯(lián)的新位點有7個,如:B009,B049等,其中極顯著關(guān)聯(lián)的B140,C010;不再關(guān)聯(lián)的位點有A003,E038,E139。2011年與油分性狀關(guān)聯(lián)的新增位點有B140、B034、E139、E678表現(xiàn)最為顯著:不再顯著關(guān)聯(lián)的的位點則有E117,E167,C010。此外A028,E280更特別,2010年同時與C18:1、C18:2、O/L顯著關(guān)聯(lián),又在2011年一同減弱表達并呈非關(guān)聯(lián)。該現(xiàn)象是對優(yōu)異等位變

11、異表達受環(huán)境變化而變化的動態(tài)調(diào)控理論的有效證明。
　　 綜上所述可知,表型相關(guān)和遺傳相關(guān)具有一致性,表現(xiàn)型在一定程度上恰是基因型表達情況的綜合反映。這點可由如下幾點證明:花生種質(zhì)的表型性狀的綜合聚類結(jié)果與基于基因型的種群結(jié)構(gòu)劃分結(jié)果均受地源因素影響;主莖高與側(cè)枝長,單株仁重與單株生產(chǎn)力,C18:1與C18:2這幾對性狀的分析結(jié)果均在表型性狀與基因水平表現(xiàn)出一致的顯著相關(guān)性。因此,在育種過程中選擇僅與某些優(yōu)良性狀關(guān)聯(lián)的位點進行育種