马铃薯SSR遗传连锁图谱构建及3个重要农艺性状QTLs定位

中国蔬菜 2010（18）：10-14
CHINA VEGETABLES
马铃薯SSR遗传连锁图谱构建及3个重要农艺性状QTLs定位
单友蛟 刘 杰 卞春松 段绍光 徐建飞 庞万福 金黎平*
（中国农业科学院蔬菜花卉研究所，北京 100081）
摘 要：利用二倍体马铃薯杂交群体P1的167个基因型为作图群体，应用SSR标记构建了一张总长度为645 cM的遗传连锁图谱，该图谱包含86个SSR标记，标记间平均距离为7.5 cM。

应用该图谱，利用复合区间作图法，对与马铃薯块茎相关的3个重要农艺性状进行QTL定位和遗传效应分析，结果在第5条染色体上检测到控制3个性状的QTL各1个，其中控制单株产量的QTL遗传贡献率为12.3 %，控制单薯质量的QTL遗传贡献率为16.1 %，控制块茎比重的QTL遗传贡献率为11.2 %。

关键词：马铃薯；SSR标记；遗传图谱；块茎性状；数量性状位点（QTL）
中图分类号：S532 文献标识码：A 文章编号：1000-6346（2010）18-0010-05 Construction of Genetic Map by SSR Markers and QTL Analysis of 3 Important Agronomic Traits in Diploid Potato
SHAN You-jiao, LIU Jie, BIAN Chun-song, DUAN Shao-guang, XU Jian-fei, PANG Wan-fu, JIN Li-ping*
（Institute of Vegetables and Flowers, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China） Abstract：P1population of 167 progenies was used as mapping population. A molecular genetic linkage map of diploid potato（Solanum tuberosum L.）was constructed with 86 SSR markers, which covered a total distance of 645 cM with an average interval of 7.5 cM between markers. Composite interval mapping was used to identify quantitative trait loci（QTL）associated with tuber yield, tuber size and specific gravity. 1 QTL for tuber yield was located on chromosomes Ⅴ, with the genetic variance of 12.3 %. 1 QTL for tuber size was located on chromosomes Ⅴ, with the genetic variance of 16.1 %. 1 QTLs for specific gravity was located on chromosome Ⅴ, with the genetic variance of 11.2 %。

Key words：Potato; SSR marker; Genetic map; Tuber traits; QTL
马铃薯（Solanum tuberosum L.）是仅次于小麦、水稻的世界第三大粮食作物（Visser et al.，2009），并可作为蔬菜和饲料兼用。

为了加快新品种选育，满足快速发展的市场需求，对马铃薯块茎性状进行研究非常重要。

马铃薯块茎性状是主要的育种目标性状，多为数量性状，受多基因控制，育种过程中对块茎性状的选择更多是依靠育种家的经验，周期较长，效率相对较低。

传统数
收稿日期：2010-06-20；接受日期：2010-07-30
基金项目：国家现代农业产业技术体系建设专项（nycytx-15）
作者简介：单友蛟，硕士研究生，专业方向：马铃薯遗传育种，E-mail：2008caas@
* 通讯作者（Corresponding author）：金黎平，研究员，博士生导师，专业方向：马铃薯遗传育种，E-mail：jinlp@mail.caas.
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量遗传学方法不能对单个数量性状位点（QTL）进行遗传操作，因此块茎性状等数量性状一直是常规育种的难点之一。

利用分子标记构建遗传连锁图谱，对数量性状进行QTL定位，进而进行分子辅助选择是加快育种进程的有效方法。

国外已有一些关于马铃薯块茎性状QTL定位研究的报道，其中对产量相关性状的研究较多，Bonierbale等（1993）、Schäfer-Pregl等（1998）和Bradshaw等（2008）分别用不同的作图群体和标记，定位出与产量性状相关的QTL 26个、8个和2个；Freyre和Douches （1994）利用二倍体原始栽培种杂交群体，定位了10个控制马铃薯块茎比重的QTLs。

国内在这方面的研究相对较少，仅金黎平（2006）以二倍体马铃薯群体为材料，主要利用AFLP遗传图谱，定位了与3个块茎相关性状的QTL位点39个。

本试验利用多代改良的二倍体马铃薯亲本杂交获得的永久群体，构建SSR遗传图谱，对马铃薯3个重要块茎性状进行QTL定位分析。

1材料与方法
1.1试验群体
以经过多代改良块茎性状差异显著的二倍体无性系08675-21和09901-01为亲本，人工杂交获得F1实生种子，随机选取167个基因型系作为P1群体。

亲本由加拿大农业食品部在福瑞德克通（Fredericton）马铃薯研究中心的De Jone H博士提供。

1.2农艺性状鉴定
2009年8月底将双亲本及P1群体种植在福建省周宁县试验站，行距1 m，株距0.25 m，每垄双行种植，小区面积为2.25 m2，3次重复，收获后对P1群体单株产量、单薯质量、块茎比重3个性状进行调查。

用SPSS13.0软件对各性状进行正态性分布分析。

1.3SSR标记
共利用SSR引物1 144对，其中344对来自公开发表的文献（Regen et al.，1990；Kawchuk et al.，1996；Provan et al.，1996；Milbourn & Meyer，1998；Johannes et al.，2000；Feingold et al.，2005；Marc et al.，2009），800对由中国农业科学院蔬菜花卉研究所根据马铃薯基因组测序结果设计开发。

引物均由上海生工生物工程技术服务有限公司合成。

DNA提取采用改良的CTAB法（Stacey & Isaac，1994）。

用Rnase处理后，以λDNA作对照，1.0 %琼脂糖凝胶检测DNA浓度和纯度，根据检测结果对浓度进行调整。

PCR反应体系为20 μL，即20 ng·μL-1 DNA模板2 μL，2.5 U·μL-1Taq酶0.4 μL，10 μmol·L-1 Forward primer 0.8 μL，10 μmol·L-1 Reverse primer 0.8 μL，10×Buffer 2 μL，2.5 μmol·L-1 dNTP 1.6 μL，ddH2O 12.4 μL。

PCR扩增程序：94 ℃预变性5 min；94 ℃变性30 s；
94 ℃变性30 s，55 ℃退火30 s，72 ℃延伸45 s，35个循环；72 ℃终延伸7 min；4 ℃保温。

扩增结果用8 %非变性丙烯酰胺胶电泳，电压为160 V，电泳2 h后用凝胶成像仪照相。

1.4遗传图谱构建及QTL分析
采用Joinmap3.0软件构建遗传图谱。

采用MapQTL 4.0软件进行QTL分析，首先用区间作图法进行QTL初步定位，然后用复合区间作图法（composite interval mapping，CIM）进一步详细分析。

2结果与分析
2.1亲本及P1群体块茎性状表现
亲本在单株产量、单薯质量、块茎比重等性状之间存在差异（表1）。

P1群体各基因型单株产
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量差异明显，标准差为46.34，变异幅度大；单薯质量差异也很明显，标准差为7.85，变异幅度较大；块茎比重差异较小，标准差为0.01，变异幅度较小。

3个性状峰度、坡度值均小于2（图1），是数量遗传典型的分布，可以进行QTL 定位分析。

表1 P 1群体及亲本性状表型值
亲本 P 1群体 性状 08675-21 09901-01
均值 分布范围 极差 标准差 峰度 偏度单株质量 73.54 62.96 81.5 7.5～218.5 211 46.34 -0.21 0.62单薯质量 19.71 14.53 18.63 3.0～51.2 48.2 7.85 1.00 0.73块茎比重
1.071
1.060
1.075
1.052～1.099
0.047
0.01
-0.48
-0.05
图1 P 1群体各块茎性状分布
2.2 农艺性状间的相关性分析
马铃薯单株产量、单薯质量、块茎比重等性状是马铃薯优质高产育种的重要参考指标。

从表2可以看出：单株产量与单薯质量呈极显著正相关，相关系数为0.755，与块茎比重呈极显著负相关，相关系数为-0.240；单薯质量与块茎比重呈极显著负相关，相关系数为-0.206。

说明在试验群体中可以根据形态性状进行相关优良基因型植株的间接选择。

2.3 SSR 连锁图谱构建及农艺性状的QTL 定位分析
利用双亲及从P 1群体随机挑选的6个单株对1 144对SSR 引物进行多态性分析，筛选出129对扩增带型清晰、稳定的SSR 引物，利用这129对引物对群体进行分析，构建遗传图谱。

用Joinmap3.0软件构建了一张总长度为645 cM 的遗传图谱，该图谱包含定位在11条染色体上的13个连锁群，仅第6条染色体没有覆盖，共计86个SSR 标记，标记间平均距离为7.5 cM，满足QTL 定位要求（图2）。

每个染色体上的标记数为3～13个，距离为2～128 cM，平均间距最大的为第2条染色体，为13.3 cM，平均间距最小的为0.3 cM。

在第1、2、4、7、11条染色体上仍有大于30 cM 的空隙。

第7、11条染色体可能由于某一部分的标记不能连锁而被打断，各有2个连锁群。

采用复合区间作图分析，结果在第5条染色体上检测到控制单株产量、单薯质量、块茎比重3个性状的QTL 各1个。

控制单株产量的QTL 命名为qTY-5，位于标记STM5148-1～SSR16661之间，与STM5148-1的间距为3.4 cM，贡献率为12.3 %；控制单薯质量的QTL 命名为qTSIZE-5，
表2 二倍体马铃薯块茎性状的相关分析
性状
单株产量 单薯质量 块茎比重 单株产量 1.000 单薯质量 0.755**
1.000 块茎比重
-0.240**
-0.206**
1.000
注：** 表示极显著相关（α=0.01）。

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与STM5148-1的间距为3.4 cM，位于标记STM5148-1～SSR16661之间，贡献率为16.1 %；控制块茎比重的QTL命名为qSG-5，位于标记STG0021～STM5148-2之间，与STM5148-2的间距为3.4 cM，贡献率为11.2 %（表3）。

图2二倍体马铃薯SSR标记连锁图谱和块茎性状QTL的位置
表3二倍体马铃薯块茎性状的QTL及其效应
性状 染色体 数量性状位点 标记区间 贡献率/%
单株产量 5 qTY-5 STM5148-1～SSR16661 12.3
单薯质量 5 qTSIZE-5 STM5148-1～SSR16661 16.1
块茎比重 5 qSG-5 STG0021～STM5148-2 11.2
3讨论
SSR标记因为具有共显性、高度重复性、高度丰富的多态性等优点，成为构建遗传连锁图谱、基因定位、基因克隆、分子标记辅助育种、目标性状分子标记筛选的理想工具。

本试验的SSR标记数量较少，标记在整个染色体中有些区域的分布还不是很均匀，有些标记位点间的距离也相对较大，因此除了增加更多的SSR标记外，可进一步增加新的AFLP、CAPS、SCAR、SNP、INdel 等标记，从而进一步加大遗传图谱的饱和度。

本试验虽然标记少，但是都定位到了染色体，除了
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第6条染色体外其他都定位了，为今后用其他标记来加密图谱进行更准确定位打下基础。

本试验检测到1个马铃薯单株产量QTL位点qTY-5，1个马铃薯单薯质量QTL位点qTSIZE-5，1个马铃薯块茎比重QTL位点qSG-5，都定位在第5条染色体的相同或者相近的区段，这与马铃薯单株产量、单薯质量和块茎比重之间极显著相关一致，Bradshaw等（2008）也作了马铃薯相关农艺性状QTL被定位在相同或者相邻区间内的报道，这些显著相关的性状被定位在染色体相同或相邻区间内，有助于研究者开展遗传改良工作，同时也可以帮助研究者试着从DNA 水平上解释它们之间的显著相关关系。

在定位的3个QTLs中，仅有qTSIZE-5位置与Bradshaw 等（2008）的研究结果位于相近的区域，在标记STM5148-2附近，可能是同一个QTL位点。

与前人作图结果比较可以看出，利用不同的马铃薯作图亲本，不同的马铃薯作图群体，以及不同类型的作图标记类型，在不同环境条件下得到的QTL数量、效应具有一定的差异，这可能是由于在数量性状之间存在着基因与基因以及基因与环境之间的互作。

因此，为了得到较为理想和真实的QTL作图结果，就必须严格控制实验误差，使用基因型不同的群体组合，在多年、多个环境下对QTL进行定位分析，才能得到更加准确的QTL作图结果。

此外，对于本试验发现的QTLs，应在该区段进一步增加标记以缩小QTL与两端标记的距离，得到与QTL紧密连锁的标记，为马铃薯分子标记辅助选择育种奠定基础。

参考文献
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