基于远杂9102与中花5号的花生重组近交系含油量遗传分析

基于远杂9102与中花5号的花生重组近交系含油量遗传分析

中国是世界上最大的生产区，每年生产约13000万吨，占世界总产值的40%以上。我国花生近60%用于榨油。近五年来全国花生油年产量230万吨左右,占国产植物油的23%,花生油消费量居世界首位。由于花生油基本没有进口而主要依靠国内生产,国内市场供给短缺十分突出,严重影响着花生油固定消费人群生活水平的提高。培育和种植高产高含油量的油用型花生品种对于增加单位面积产油量及提高加工业效益有重要作用。据测算,花生榨油原料含油量每提高1个百分点相当于产量提高2个百分点,加工企业效益则可提高7%以上。我国学者曾对5700份花生种质进行了含油量分析,变异范围为32.35%～60.21%,平均50.62%,密枝亚种变幅比疏枝亚种大。我国目前推广的30个主要花生品种的含油量平均为51.40%,略高于种质资源平均值,尤其是大粒型品种多数在50%以下,而一些含油量相对较高的品种产量潜力低。长期以来由于杂交育种以产量为主,品质测试条件及成本受限制,尚未实现含油量改良的重大突破。发掘和创造具有高产、抗病遗传背景的高油新种质是花生品质育种取得突破的基础,对于保障花生油供给、促进油脂产业发展、增强花生油市场竞争力等方面具有意义。本研究以具有不同遗传背景的花生品种杂交,通过单粒传法构建重组近交系群体(RILs),在F8和F9代检测含油量,期望获得超高油花生新种质。1材料和方法1.1油气产品量分布,主要有油远杂9102来源于河南省农业科学院,系白沙1016×Arachischacoense的远缘杂种后代,属珍珠豆型,平均含油量53.13%,高抗青枯病;中花5号由中国农业科学院油料作物研究所培育,系中花1号×鄂花4号杂交后代,珍珠豆型,含油量57.07%,高产高感青枯病;由远杂9102×中花5号杂交组合产生重组近交系(RILs),其中103个F7～F9家系被选用,2005—2006年于中国农业科学院油料作物研究所试验农场种植RIL家系及亲本。1.2测试方法1.2.1保幼植物生长特性配制“远杂9102×中花5号”组合,F1代按组合种植,每个F2植株按单粒传法处理,在F5代按家系混合收获,F6代扩繁种子并观察家系内部的纯合情况,F7～F9代家系进行遗传变异的研究。1.2.2含油量分析在农业部油料及制品质量监督检验检测中心按GB/T14488.1-1993分析测试。1.3提取的dna用SDS-酚/氯仿方法提取幼叶DNA。1.4pcr检测多态性dna带选用124对SSR引物扩增RIL群体基因组DNASSR序列由国际热带半干旱地区作物研究所(ICRISAT)生物技术实验室提供,PCR反应总体积为10µL,按ICRISAT建立的最佳反应体系和热循环,含1×Reactionbuffer,10ng基因组DNA,10pmol引物对,2mmolL-1MgCl2,0.15mmolL-1dNTPs和1UTaqDNA聚合酶(Bioline)。PCR程序为94℃变性2min;94℃45s,55～65℃(不同引物的退火温度不同)1min,72℃1.5min,35个循环;72℃延伸10min。用6%非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳分离扩增产物,银染显色,电脑扫描。对于显示多态性DNA带的位点,有带记录为“1”,无带记录为“0”。按公式Dij=1-2Nij/(Ni+Nj)计算遗传距离,用Access软件进行聚类分析,采用最长距离法。2结果与分析2.1ril家系含油量分布特性连续2年种子含油量平均值如表1。103个RIL家系的含油量范围为50.85%～62.11%,平均为56.12%,略高于双亲平均值(55.10%)。家系之间含油量相差近12个百分点,而两个亲本相差仅4个百分点。群体中含油量低于双亲平均值的有27个家系,高于双亲平均值的有75个家系,等于双亲平均值的有1个家系。含油量小于52.0%的家系2个,52.1%～54.0%的家系8个,54.1%～55.0%的14个,55.1%～57.0%的家系49个,57.1%～58.0%的15个,58.1%～60.0%的12个大于60.0%的3个。由F2衍生的RIL各家系含油量范围分布如图1所示,呈正态分布,为典型数量性状特征。从本组合后代含油量平均值看,含油量受亲本加性基因控制而且存在超亲优势现象;从RIL家系含油量的变异范围看,比低油亲本含量(53.13%)低的家系共5个,比高油亲本(57.07%)高的家系29个,分别占4.85%和28.16%,RIL家系的含油量超过双亲,而且出现了含油量达62.11%的超过高油亲本5个百分点以上的家系。说明该杂交组合后代由于亲本遗传背景的差异和互补,通过遗传重组和基因互作提高含油量的潜力很大。2.2农艺性状超亲鉴定和应用两个亲本均为珍珠豆型,因此在植物学类型上未出现分离现象。RIL家系在植株高度、总分枝数、叶片大小、叶片颜色、荚果大小等方面存在很大变异。其中植株高度变异于16.7～43.4cm,平均27.5cm;总分枝数5.9～16.6条,平均8.9条;百果重变异于115.5～262.2g,平均190.3g。上述农艺性状在群体中的变异幅度超过两个亲本,说明这些性状均存在超亲现象。锈病的调查结果表明,尽管两个亲本对锈病均无抗性,但在103个家系中有18个表现中抗,发病4～5级,没有高抗锈病的家系出现。青枯病抗性鉴定结果表明,抗病亲本远杂9102的抗病率为94.85%,感病亲本中花5号的抗病率为33.14%,抗病率达到90%以上的家系20个,抗病率低于40%的家系17个。含油量高于58%以上的家系的主要农艺性状表现如表2。从表2看出,在这些高油家系中有4个高抗青枯病,3个中抗青枯病,其中J8、J75和J95含油量高,高抗青枯病,荚果大,百果重分别为184.6、241.1和226.3g,株高适中(23.9、25.7和23.6cm),增产潜力较大,具有重要利用价值。这3份材料已提升至品种比较试验。相关性分析表明,RIL的含油量与青枯病抗性、百果重、总分枝数、株高间的相关均不显著,表明含油量与抗病性或大果等性状不存在连锁遗传关系,创造高产、高抗病、高含油量的花生新种质是可能的。2.3高、低油家系聚类分析选用124对SSR引物扩增亲本基因组DNA,能揭示远杂9102与中花5号之间多态性的引物11对,其编号分别为2A06、15C12、18C05、2D12B、2F05、2G03、2G04、7G02、16G08、7H06和Ah-26。不能显示多态性和没有获得扩增产物的引物113对,两亲本间多态性引物比例为8.9%。用显示亲本多态性的11对引物扩增RIL群体基因组DNA,均能获得清晰稳定的多态性带,可检测到2个以上多态性位点,均表现为共显性遗传。通过11对SSR引物扩增获得的数据的分析,在103个家系中,两两之间的最大距离表现在J3与J13、J61与J65和J48与J114之间,均为1.0,其中J13和J61含油量较高,且抗青枯病。最小距离表现在J1与J47、J4与J62、J30与J31、J42与J43和J90与J100之间,均为0,其中J30与J31和J42与J43的含油量和对青枯病的抗性都很相似,J1与J47、J4与J62以及J90与J100的含油量相似,但对青枯病的抗性存在较大差异。这些遗传距离较大(1.0)的不同含油量、不同抗病性的家系为进一步的品种改良提供了基础;遗传距离为0的家系其遗传背景差异相对较小,为进一步的基因克隆提供了很好的材料。103个RIL家系的平均距离为0.47,在15个高油家系与10个低油家系之间的最大遗传距离表现在J1与J11之间,为0.89,最高含油量家系J66与5个低油家系之间的距离均大于0.60(与J1、J5、J6、J27和J47)。由此可见,这103个家系之间以及高油与低油种质之间均存在较丰富的DNA多态性。根据11对SSR多态性引物的检测结果,应用最长距离法进行聚类分析,103个家系在遗传距离分别为0.999和0.480处可以分为2大组(图2,A组和B组)16小组。第一大组包括7个小组(A1、A2、A3、A4、A5、A6和A7)共44个家系,含油量58%以上的家系6个,最高含油量和最低含油量分别为60.71%和51.33%。A1和A2组均包括5个家系,其中J79和J75含油量较高。A3组的6个家系的含油量在54.51%～57.15%之间。A4组的4个家系的含油量偏低,在53.03%～54.93%之间。A5组由7个家系组成,其中J95和J101的含油量较高。A6组3个家系的含油量在56.08%～57.62%之间。A7组包括14个家系,其中J96的含油量为60.71%。第二大组包括9个小组(B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、B8和B9)59个家系,含油量达58%以上的9个,最高和最低含油量分别为62.11%和50.84%。B1组包括10个家系,其中J29的含油量较高。B2组包括13个家系,其中J66的含油量高达62.11%。B3组包括4个家系,其中J14的含油量较高。B4组由J2和J46两个家系组成。B5组包括6个家系,其中J80的含油量为58.08%。B6组含6个家系含油量在55.53%～58.90%之间。B7组由6个家系组成,B8组的5个家系的含油量为55.41%～58.05%,B9组由7个家系组成,其中J88含油量高达61.34%。由此可见,高含油量的15个家系和低含油量的10个家系被聚在不同的大组和小组中,A4组的含油量偏低A6、B6和B8组的含油量偏高,其他小组中均包含高油和低油家系。因此,在进一步的高油优良品系的选择中,可以参考青枯病抗性或其他性状淘汰一些低油家系。2.4农艺性状、含油量和对青枯病抗性的比较通过前述SSR分析和聚类,有10个RIL家系分别被聚为5组,各组的两个家系之间SSR遗传距离为0,它们的表型性状对比如表3。第3组(J30/J31)和第4组(J42/43)内的农艺性状、含油量和对青枯病的抗性均很相似,说明其遗传背景差异较小。而第1、2、5组内家系在农艺性状和含油量方面相似,但青枯病抗性存在较大差异。通过应用已建立青枯病抗性的SSR标记7G02检测,结果也表明这3组内抗青枯病的J47、J4、J100均可检测出150bp的抗病标记条带,而相应的J1、J62、J90检测出190bp的感病标记带,因此这3组家系可能类似于近等基因系,在抗青枯病基因克隆方面具有重要利用价值。3应用抗青枯病花生品种的必要性本研究获得了高含油量的超亲重组后代,其中含油量达62%的栽培种花生种质国内外尚未见报道。花生含油量属数量性状,受多基因控制,基因的加性遗传效应占主导地位。本研究表明,花生的含油量存在超亲遗传现象,含油量超过高油亲本的后代较多,可见除存在微效基因的累加效应外可能还存在基因间的互作,因此利用不同遗传背景的亲本间杂交创造更高含油量的花生种质乃至培育出超高油(含油量60%以上)的花生品种完全是可能的。传统的花生杂交育种研究中,早期世代主要针对产量性状选择,基本没有对后代含油量进行过系统的鉴定,必然导致高油(也包括其他品质性状)重组类型的丢失,限制了品质育种的进展。本研究通过重组近交系群体的构建,减少了早期世代高油相关基因或基因组合的丢失,保留完整的分离群体,创造出比高油亲本含油量高5个百分点以上的优良后代。因此,通过杂交和重组近交系群体的构建以及在主要性状基本稳定的后代(F7～F9)群体中鉴定选择,是培育油用型花生品种的一种有效方法。作物育种已进入表型鉴定与分子鉴定有机结合的时代。通过对杂交后代群体DNA多样性的分析能为育种研究中储备最少量的材料但具备尽可能丰富的遗传多样性提供依据,减少选择的盲目性和繁育杂交群体的工作量。从本研究结果看,高含油量家系分布在不同类群(cluster)中,类群内的与这些高油家系主要性状接近的低含油量家系可以少保留。含油量偏低(A4组)和偏高(A6、B6和B8组)的小组以及遗传距离为零的家系(图2),可以作为进一步的分子标记或基因克隆研究的材料。由假单胞菌(RalstoniasolanacearumE.F.Smith)引起的青枯病是我国及一些东南亚国家花生生产的重要限制因子,应用抗病品种是国内外最有效的防治途径。目前推广的抗青枯病品种产量水平普遍低于具有相同生态适应性的非抗病品种20%以上,抗病品种的含油量低,培育高含油量高产的抗青枯病花生品种十分必要。本研究通过RIL群体的构建,获得了含油量达到58%以上且高抗青枯病、产量潜力大的花生新种质3份,为培育高油抗病高产新品种奠定了良好基础。4结论通过重组近交系群体(RIL)的构建及鉴定分析获得了3份含油量达60%以上的高油