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(guó)是世界花生生產(chǎn)大國(guó),產(chǎn)量、消費(fèi)量和出口量均居世界首位。在我國(guó)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(kāi)展花生基因組研究對(duì)振興我國(guó)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(guó)內(nèi)不同年代的花生育成品種136個(gè)和外國(guó)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(jì)學(xué)方法對(duì)多個(gè)農(nóng)藝性狀的表型數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,初步揭示不同性狀的遺傳特性。同時(shí)以多個(gè)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(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上,選用64對(duì)遺傳多樣性豐富的SSR位點(diǎn),對(duì)整個(gè)花生基因組進(jìn)行掃描,通過(guò)標(biāo)記的基因型數(shù)據(jù),利用STRUCTURE2.3.1軟件對(duì)群體進(jìn)行結(jié)構(gòu)劃分。最終選用19項(xiàng)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(duì)166份進(jìn)行簡(jiǎn)單線性回歸GLM模型分析

3、。目的是通過(guò)表型-基因型全基因組關(guān)聯(lián)分析,進(jìn)一步揭示新的遺傳現(xiàn)象,驗(yàn)證已有的遺傳規(guī)律,同時(shí)發(fā)掘優(yōu)異的基因位點(diǎn)。主要研究結(jié)果如下:
　　 1、通過(guò)性狀頻數(shù)分布圖、聚類(lèi)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(lèi)。①?gòu)闹髑o高、側(cè)枝長(zhǎng)、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(duì)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(gè)區(qū)段;②根據(jù)1

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

5、異位點(diǎn)有536個(gè)。其中,與植物學(xué)性狀關(guān)聯(lián)的位點(diǎn)有30個(gè),與產(chǎn)量性狀關(guān)聯(lián)的位點(diǎn)的有46個(gè),與品質(zhì)性狀關(guān)聯(lián)的分別有23個(gè)(2010結(jié)果)和29個(gè)(2011年結(jié)果),與抗病性關(guān)聯(lián)的有11個(gè)。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(gè)呈顯著關(guān)聯(lián)且穩(wěn)定遺傳的SSR位點(diǎn)。
　　 3、對(duì)花生種質(zhì)的相關(guān)數(shù)值進(jìn)行簡(jiǎn)單統(tǒng)計(jì)分析與關(guān)聯(lián)分析,揭示并驗(yàn)證遺傳規(guī)律。①采用描述統(tǒng)計(jì)、相關(guān)性分析對(duì)性狀遺傳多樣性分布特點(diǎn)及不同性狀間關(guān)系的分析表明,同

6、類(lèi)型性狀的數(shù)值頻數(shù)分布極為相似,不同類(lèi)型性狀間相關(guān)性要低于同類(lèi)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(gè))和品質(zhì)性狀(5個(gè))均形成了顯著相關(guān)的三角區(qū)域:主莖高-側(cè)枝長(zhǎng)、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(gè)性狀,其分別對(duì)應(yīng)的關(guān)聯(lián)位點(diǎn)也大多數(shù)一致。如:同時(shí)與主莖高和側(cè)枝長(zhǎng)顯著關(guān)聯(lián)的位點(diǎn)有10個(gè),占兩性狀總關(guān)聯(lián)位點(diǎn)數(shù)(17個(gè))的60%;單株仁重與單株生產(chǎn)力呈顯著關(guān)聯(lián)的位點(diǎn)有6個(gè),

7、占兩性狀總關(guān)聯(lián)位點(diǎn)數(shù)(12個(gè))的50%;②通過(guò)與不同性狀呈顯著關(guān)聯(lián)的SSR標(biāo)記中各個(gè)等位變異位點(diǎn)的變異效應(yīng)的比對(duì),或同一性狀不同年份的比對(duì),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(gè)性狀分別呈顯著關(guān)聯(lián)的位點(diǎn)E370和B140,通過(guò)比較其位點(diǎn)的ai可知,E370、B140在C18:1和C18:2性狀上的各個(gè)等位變異位點(diǎn)效應(yīng)趨勢(shì)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(zhǎng)、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(yàn)證。
　　 4、與同一性狀關(guān)聯(lián)的位點(diǎn)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(diǎn)分別集中分布在LG1(3個(gè))、LG14(2個(gè))和LG15(2個(gè))上;與C18:1、C18:2及O/L性狀關(guān)聯(lián)的位點(diǎn)集中分布在LG2(4個(gè))上。這些為今后通過(guò)分子設(shè)計(jì)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(gè)性狀關(guān)聯(lián)分析的結(jié)果進(jìn)行分子育種設(shè)計(jì):選擇僅與某些性狀關(guān)聯(lián)的位點(diǎn)進(jìn)行育種改良,達(dá)到改良目標(biāo)性狀的同時(shí),也不會(huì)對(duì)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(diǎn)E139進(jìn)行改良,可望實(shí)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(diǎn)表達(dá)存在明顯差異。從兩年品質(zhì)性狀關(guān)聯(lián)位點(diǎn)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(diǎn)有7個(gè),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(diǎn)有A003,E038,E139。2011年與油分性狀關(guān)聯(lián)的新增位點(diǎn)有B140、B034、E139、E678表現(xiàn)最為顯著:不再顯著關(guān)聯(lián)的的位點(diǎn)則有E117,E167,C010。此外A028,E280更特別,2010年同時(shí)與C18:1、C18:2、O/L顯著關(guān)聯(lián),又在2011年一同減弱表達(dá)并呈非關(guān)聯(lián)。該現(xiàn)象是對(duì)優(yōu)異等位變

11、異表達(dá)受環(huán)境變化而變化的動(dòng)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(dá)情況的綜合反映。這點(diǎn)可由如下幾點(diǎn)證明:花生種質(zhì)的表型性狀的綜合聚類(lèi)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(zhǎng),單株仁重與單株生產(chǎn)力,C18:1與C18:2這幾對(duì)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(guò)程中選擇僅與某些優(yōu)良性狀關(guān)聯(lián)的位點(diǎn)進(jìn)行育種