大豆抗食心虫主基因_多基因混合遗传模型的五世代联合分析
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第33卷2014年
第3期6月
大豆科学Vol.33Jun.
No.32014
大豆抗食心虫主基因+多基因混合遗传模型的五世代联合分析
1,22222
赵桂云,王继安,李文滨,滕卫丽,韩英鹏
(1.北华大学生物系,吉林吉林132013;2.东北农业大学大豆生物学教育部重点实验室,东北农业大学农业部东北大豆生物学与遗传育种重点实验室,黑龙江哈尔滨150030)
摘P2、F1、F2、F2∶3)为材要:为探究大豆抗食心虫遗传规律,以高产感虫材料1068和抗源材料8004的5个世代(P1、
料,应用主基因+多基因混合遗传模型,研究了大豆抗食心虫的遗传规律。结果表明:大豆抗食心虫遗传最适模型为D-0模型,即大豆抗食心虫遗传受一对加性-显性主基因+加性-显性-上位性多基因控制。关键词:大豆;食心虫;主基因-多基因;五世代;遗传分析
中图分类号:S565.1文献标识码:ADOI:10.11861/j.issn.1000-9841.2014.03.0301
GeneticAnalysisonResistancetoSoybeanPodBorerbyUsingFiveGenerationsJointAnalysisofMixedInheritanceModelofMajorGeneandPolygene
2
ZHAOGui-yun1,,WANGJi-an2,LIWen-bin2,TENGWei-li2,HANYing-peng2
(1.BiologyDepartment,BeihuaUniversity,Jilin132013,China;2.KeyLaboratoryofSoybeanBiologyinChineseMinistryofEducation,KeyLaboratoryof
SoybeanBiologyandBreeding/GeneticsofChineseAgricultureMinistry,NortheastAgriculturalUniversity,Harbin150030,China)
Abstract:Inordertostudythegeneticruleoftheresisitancetosoybeanpodborer,fivegenerationpopulations(P1,P2,F1,F2
andF2∶3)camefrom1068(thesusceptiblematerialtosoybeanpodborerwithhighyield)and8004(theresistantmaterialtosoybeanpodborer)weretakenasmaterialstostudythegeneticruleoftheresistancetosoybeanpodborerbyusingmajorgeneandpolygeneinheritancemodel.Theresultsshowedthattheresistancetosoybeanpodborerwascontrolledbyonemajor-gene
withadditive-dominanteffectandpolygenewithadditive-dominance-epistasiseffect(ModelD-0).
Keywords:Soybean;Podborer;Majorgenesandpolygene;Fivegenerations;Geneticanalysis
早期人作物的农艺经济性状多属于数量性状,
们认为数量性状均是由微效多基因控制的。但是近年来,随着分子生物学的发展,对已有实验数据进行QTL分析认为,大多数的数量性状遗传均表现为主基因和多基因混合遗传的模式镒
[2]
[1]
多基因混合遗传模型,研究大豆抗食心虫的遗传规
律,以期为大豆食心虫抗性育种提供理论依据。
1
1.1
材料与方法
材料
以高产感虫品种1068为母本(P1),抗虫品系
。同时,盖钧
提出了主基因和多基因混合遗传的统计方法,
即植物数量性状遗传体系主基因-多基因混合遗传模型分离分析法,并广泛应用于大豆、水稻、玉米等作物的抗虫性、抗病性、品质等性状上。大豆食心虫是危害东北大豆生产的一种主要害虫,一般年份虫食率达10%~20%,虫害大发生的年份虫食率高达30%~50%,造成减产的同时严重影响大豆品质。近年对于大豆食心虫的研究国内,而对于抗虫遗以鉴定方法、抗虫机制方面居多
[9][10][11]
孙志强、刘洋只是进行了传规律,张子金、
[12]
简单研究。目前只有张君利用主基因+多基因混合遗传模型对大豆抗食心虫进行了研究。
本研究以高产感虫材料1068和抗源材料8004P2、F1、F2、F2∶3为材料,的5个世代P1、应用主基因+
[3-8]
8004为父本(P2),然后自交获得F2、杂交获得F1,
F2∶3,P2、F1、F2、F2∶3五个世代群体为材料。以P1、1.2
方法
将供试材料分别种植于东北农业大学大豆研
F2种植究所试验地网室内,亲本及F1种植16株,
129株,F2∶3种植129个家系,种植方式和管理与大8月5~15日(大田相同。于7月末进行网室扣网,
豆食心虫发生期)在网室内人工接入大豆食心虫成·m-2)。每5d接入大豆食心虫成虫1次,虫(20对
一共接虫3次,以增加大豆食心虫成虫选择适宜的豆荚进行产卵的机会。成熟时收获全部亲本及后
[13-14]
代的全部单株,以数粒法计算虫食率。利用盖钧镒等提出的主基因-多基因混合遗传分析程
11-18收稿日期:2013-30170634);国家高技术研究发展计划4)。“863计划”(2003AA207060-基金项目:国家自然科学基金(31201225,
),mail:zhaoguiyun2004@aliyun.com。第一作者简介:赵桂云(1977-实验师,主要从事大豆遗传及分子标记辅助育种研究。E-女,博士,),mail:wangsoy@yahoo.com.cn。通讯作者:王继安(1956-研究员,主要从事大豆遗传育种研究。E-男,博士,),mail:wenbinli@yahoo.com。李文滨(1956-教授,主要从事大豆遗传育种研究。E-男,博士,
序
[2,15-16]
,分析大豆抗食心虫的遗传规律。
2
2.1
结果与分析
各世代虫食率的表现
F1虫食率介于两个亲本之间,F2的由表1可知,
P2以及F1,F2和F2∶3变异幅度均大于P1、且F2较小,
而F2∶3表现为连的变异表现出不连续的偏态分布,
续的正态分布,各世代的表现难于用主基因遗传进
行解释,与数量性状遗传也不完全符合,因而本研究采用主基因+多基因分离分析方法对大豆抗食心虫的代表性状虫食率进行分析。
F1,F2∶3的虫食率平高于P2,虫食率平均值低于P1、
均值低于P1,高于P2,与F1相当。P1和F1群体变异
表1
Table1
世代Generations
P1P2F1F2F2∶3
<20.0-9-60-
20.1-30.0
-1-348
各世代虫食率的次数分布
Frequencydistributionofpercentageofdamagedseedsindifferentgenerations
虫食率Percentageofdamagedseeds/%30.1-40.0
-641622
40.1-50.0
--41438
50.1-60.0
4-8534
60.1-70.0
7---24
>70.04---3
总株数Totalplantsnumber151616129129
平均值Mean/%64.5820.6247.9624.8649.25
标准差SD7.8611.255.5213.1511.59
2.2
建立遗传模型
利用主基因+多基因混合遗传模式,采用IECM算法算得5类24种假设遗传模型的极大对数
[2]
4和模似然函数值和AIC值于表2(其中模型B-6未计算出结果)。型B-
根据遗传模型的选取原则,由表2可知模型D-0的似然函数估计值最大(-1127.988),AIC值最小(2275.976),与之AIC值相近为最佳可能模型,
2,2和模型D-0进行的还有模型A-因此对模型A-适合性检验。
表2
Table2
各遗传模型的极大对数似然函数值和AIC值
ThemaximumloglikelihoodvaluesandAICvaluesofvariousgeneticmodels
2.3
模型适合性检验
2中有如表3所示,在适合性检验中,模型A-11个统计量差异显著,0中有1个统计量差模型D-
0,异显著。因此最适模型为模型D-即大豆抗食心
虫遗传受一对加性-显性主基因+加性-显性-上位性多基因控制。
表3
Table3
U21
0.851(0.356)2.662(0.103)0.001(0.977)115.209(0.000)32.424(0.000)0.010(0.920)0.006(0.940)0.044(0.834)1.884(0.170)1.149(0.284)
模型适合性检验
U22
U23
0.253(0.615)0.062(0.803)5.238(0.022)32.014(0.000)8.717(0.003)0.006(0.936)0.554(0.457)10.704(0.001)0.036(0.850)0.003(0.960)
nW2
0.100(>0.05)0.308(>0.05)0.196(>0.05)12.292(<0.01)3.726(<0.01)0.020(>0.05)0.054(>0.05)0.295(>0.05)0.419(>0.05)0.234(>0.05)
Dn
0.170(>0.05)0.493(>0.05)0.270(>0.05)0.468(<0.05)0.266(<0.05)0.087(>0.05)0.263(>0.05)0.288(>0.05)0.102(>0.05)0.106(>0.05)
TestsforgoodnessofmodelA-2andD-0
模型Model
A-2
世代Generation
P1F1P2F2F2∶3
0.589(0.443)2.697(0.101)0.360(0.549)80.608(0.000)22.803(0.000)0.006(0.939)0.013(0.910)0.378(0.539)1.894(0.169)1.051(0.305)
D-0P1F1P2F2F2∶3
括号内数值为适合性检验的概率。
Thenumberinbracketsistheprobabilityoftestsforgoodness.
2.4系
最适模型的遗传参数估计
通过1阶和2阶分布参数与遗传参数的相互关为11.73,属于正向增效;显性效应值为-11.83,为负向减效,有利于抗大豆食心虫;在F2∶3家系中主基因遗传率为47.20%,多基因遗传率为20.32%。
,0的1阶应用最小二乘法估算出最适模型D-和2阶遗传参数。由表4可知,主基因加性效应值
表4
Table4
一阶参数1storderparameter
m1m2m3m4m5dh
[2]
最佳模型下虫食率的有关遗传参数估计
Estimateofgeneticparametersforpercentageofdamagedseedsunderbest-fittedmodel
估计值Estimate52.8559.7832.3531.5651.4611.73-11.83
二阶参数2ndorderparameter
δ2pδ2mgδ2pgδ2h2mg(%)h2pg(%)
F288.3920.74067.6523.460
估计值Estimate
F2∶3208.2698.2942.3267.6547.2020.32
m、d、h分别表示平均数、主基因的加性效应、δ2mg、δ2pg和δ2分别表示表型方差、主基因的显性效应;δ2p、主基因方差、多基因方差、环境h2pg(%)分别表示主基因遗传率和多基因遗传率。方差;h2mg(%)、
respectivelym,dandhrespectivelyrepresentphenotypicmean,majorgeneadditiveeffectandmajorgenedominanteffect;δ2p,δ2mg,δ2pgandδ2,representphenotypicvariance,majorgenevariance,polygenevarianceandenvironmentalvariance;h2mg(%)andh2pg(%)respectivelyrepresentmajorgeneheritabilityandpolygeneheritability.
3结论与讨论
本研究应用高产感虫材料1068和抗源材料
8004的P1、F1、P2、F2和F2∶3五世代联合分析,研究大豆抗食心虫遗传规律,发现大豆抗食心虫性除受到单个基因控制外,还受多基因的影响。大豆抗食心0模型,虫遗传最适模型为D-即大豆抗食心虫遗传受一对加性-显性主基因+加性-显性-上位性多基因控制。在F2∶3家系中主基因遗传率为47.20%,多基因遗传率为20.32%,主基因和多基因产生的变异均占有相当的比重。
本研究与刘洋选用的亲本材料相同,相较于
其仅用单个分离世代(F2)对大豆抗食心虫进行遗传分析。本研究同时利用两个分离世代(F2和F2∶3)
F1和P2三个不分离世代进行分析,大大再加上P1、
增加了提供的信息量,提高了试验的准确度。
[11]
本研究与张君均是应用主基因+多基因混合遗传模型进行联合多世代分析大豆抗食心虫遗传规律,均得到大豆抗食心虫是受一对主基因+多基因控制的结论,但是具有一定差异。本研究获得
0,的最适遗传模型是D-即大豆抗食心虫遗传受一对加性-显性主基因+加性-显性-上位性多基因控
[12]
2,制,而张君获得的最适遗传模型是D-即大豆
[10]
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抗食心虫遗传受一对加性主基因+加性-显性多基
因控制。两个实验结果存在差异的可能原因为①所用亲本材料不同,本试验亲本为1068和8004,而
[11]
张君为2002系选和EXP;②所用的研究参数不同,本试验中所用参数虫食率按照数粒法进行
[11]
计算,而张君所用参数为虫食粒率,并经过反正旋转换;③所处的实验环境不同。在今后的研究中可以对相同组合不同参数做进一步研究,以期提高实验结果的准确度。参考文献
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