花生種質資源重要農(nóng)藝品質性狀的全基因組關聯(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薮蟆Ｒ虼?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,包括國內不同年代的花生育成品種136個和外國種質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。同時以多個已構建的花生遺傳連鎖圖譜及復合圖譜中的連鎖群為花生擬染色體,在以往試驗結果的基礎上,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,通過標記的基因型數(shù)據(jù),利用STRUCTURE2.3.1軟件對群體進行結構劃分。最終選用19項農(nóng)藝性狀的表型數(shù)據(jù)和種質的基因型數(shù)據(jù),以結構劃分依據(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。主要研究結果如下:
　　 1、通過性狀頻數(shù)分布圖、聚類分析、結構劃分的分析,可將166份種質劃分為7大亞類。①從主莖高、側枝長、結果枝、單株飽果數(shù)、百仁重、粗蛋白質含量、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果,也將種質劃分為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果,對166份種質進行結構劃分,最終劃分為7個亞群,其中2個亞群主要為外國核心種質(平均90%以上),這與表型聚類分析劃分結果相似。
　　 2、對2011年度獲取的19個性狀的表型數(shù)據(jù)與種質群體的基因型數(shù)據(jù)進行關聯(lián)分析。結果顯示,在所用64對引物中有55對與性狀呈顯著關聯(lián),等位變

5、異位點有536個。其中,與植物學性狀關聯(lián)的位點有30個,與產(chǎn)量性狀關聯(lián)的位點的有46個,與品質性狀關聯(lián)的分別有23個(2010結果)和29個(2011年結果),與抗病性關聯(lián)的有11個。從2010年和2011年品質性狀關聯(lián)數(shù)據(jù)中發(fā)掘出12個呈顯著關聯(lián)且穩(wěn)定遺傳的SSR位點。
　　 3、對花生種質的相關數(shù)值進行簡單統(tǒng)計分析與關聯(lián)分析,揭示并驗證遺傳規(guī)律。①采用描述統(tǒng)計、相關性分析對性狀遺傳多樣性分布特點及不同性狀間關系的分析表明,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性要低于同類型內不同性狀間的相關性。在相關分析表中,產(chǎn)量性狀(8個)和品質性狀(5個)均形成了顯著相關的三角區(qū)域:主莖高-側枝長、單株仁重-單株生產(chǎn)力、油酸含量-O/L呈顯著正相關。關聯(lián)分析結果表明,呈顯著正相關的兩個性狀,其分別對應的關聯(lián)位點也大多數(shù)一致。如:同時與主莖高和側枝長顯著關聯(lián)的位點有10個,占兩性狀總關聯(lián)位點數(shù)(17個)的60%;單株仁重與單株生產(chǎn)力呈顯著關聯(lián)的位點有6個,

7、占兩性狀總關聯(lián)位點數(shù)(12個)的50%;②通過與不同性狀呈顯著關聯(lián)的SSR標記中各個等位變異位點的變異效應的比對,或同一性狀不同年份的比對,揭示了與性狀相關的一系列遺傳規(guī)律。以品質性狀為例,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的正相關以及與C18:2的負相關關系。與之相似,主莖高與側枝長、單株仁重與單株生產(chǎn)力之間的的緊密相關關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性狀關聯(lián)的位點集中分布在LG2(4個)上。這些為今后通過分子設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)與各個性狀關聯(lián)分析的結果進行分子育種設計:選擇僅與某些性狀關聯(lián)的位點進行育種改良,達到改良目標性狀的同時,也不會對花生品種的其他性狀產(chǎn)生負面影響。如:E139則與除了蛋白質含量以外的所有油分性狀呈極顯著關聯(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。
　　 6、不同年份(環(huán)境下),優(yōu)異基因位點表達存在明顯差異。從兩年品質性狀關聯(lián)位點的信息可知,與2010年相比,

10、2011年與蛋白質含量顯著關聯(lián)的新位點有7個,如:B009,B049等,其中極顯著關聯(lián)的B140,C010;不再關聯(lián)的位點有A003,E038,E139。2011年與油分性狀關聯(lián)的新增位點有B140、B034、E139、E678表現(xiàn)最為顯著:不再顯著關聯(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顯著關聯(lián),又在2011年一同減弱表達并呈非關聯(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)調控理論的有效證明。
　　 綜上所述可知,表型相關和遺傳相關具有一致性,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:花生種質的表型性狀的綜合聚類結果與基于基因型的種群結構劃分結果均受地源因素影響;主莖高與側枝長,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果均在表型性狀與基因水平表現(xiàn)出一致的顯著相關性。因此,在育種過程中選擇僅與某些優(yōu)良性狀關聯(lián)的位點進行育種