中国农业科学 ›› 2023, Vol. 56 ›› Issue (5): 935-950.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.05.010
郑文燕1(), 常源升1, 何平1, 何晓文1, 王森1, 高文胜2, 李林光1(
), 王海波1(
)
收稿日期:
2022-04-26
接受日期:
2022-07-14
出版日期:
2023-03-01
发布日期:
2023-03-13
通信作者:
王海波,E-mail:wanghaibo992@126.com。李林光,E-mail:llg6536@163.com
联系方式:
郑文燕,E-mail:1587493148@qq.com。
基金资助:
ZHENG WenYan1(), CHANG YuanSheng1, HE Ping1, HE XiaoWen1, WANG Sen1, GAO WenSheng2, LI LinGuang1(
), WANG HaiBo1(
)
Received:
2022-04-26
Accepted:
2022-07-14
Published:
2023-03-01
Online:
2023-03-13
摘要:
【目的】利用‘鲁丽’ב红1#’亲本及杂交后代,开发苹果叶片性状竞争性等位基因特异PCR(kompetitive allele-specific PCR,KASP)标记,为苹果光能高效利用育种提供参考。【方法】以‘鲁丽’和I型红肉苹果‘红1#’及其134个杂交后代的幼嫩叶片为材料,调查叶片性状表型(包括叶片长度、宽度、叶绿素含量、花青苷含量、光合参数和叶绿素荧光参数等)数据。采用Illumina HiSeq 2500测序平台进行全基因组重测序,通过短序列比对软件将测序序列(reads)回贴到苹果参考基因组,利用GATK软件工具包检测单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphisms, SNP)标记。【结果】‘鲁丽’和‘红1#’及其134个杂交后代重测序得到有效reads数分别为164 776 660、149 482 876和3 927 370 200。与苹果参考基因组比对率分别为98.77%、98.89%和97.79%。共检测到6 445 766个SNP。经过滤后获得94 208个特异性强,准确性高的SNP位点。对每个SNP进行KASP引物设计,最终开发了5 802个苹果全基因KASP标记。这些KASP标记的多态性信息含量(polymorphism information content,PIC)平均值为0.31,PIC大于0.35的占30.13%。Simpson遗传多样性指数在0.01—0.67,平均每个位点遗传多样性指数为0.53。观测杂合度平均值为0.32。KASP标记所在基因的KEGG功能聚类分析显示,“叶酸介导的一碳代谢途径”是差异基因富集最显著的途径。通过对‘鲁丽’ב红1#’杂交群体24个叶片相关性状进行表型调查,结果显示亲本‘鲁丽’和‘红1#’在叶片净光合速率、气孔导度(Gs)等性状的表型值均存在显著差异。杂交后代表型变异幅度较大,各性状分离广泛。随后对杂交群体叶片性状表型值与KASP标记基因型进行相关性分析,结合KASP标记注释,筛选得到21个与叶片大小、Gs和色素含量性状显著相关的KASP标记。【结论】利用‘鲁丽’和‘红1#’及其134个杂交后代全基因组重测序数据开发了5 802个苹果全基因组KASP标记,获得21个与叶片性状显著相关的KASP标记,为开展标记辅助苹果光能高效利用育种提供了理论参考。
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表2
过滤前后染色体上的SNP统计"
染色体Chromosome | 染色体长度 Length of chromosome (Mb) | SNP数 SNP number | SNP密度(个/Mb) SNP density (No./Mb) | 过滤后SNP数 SNP number after filtration | 过滤后SNP密度(个/Mb) SNP density after filtration (No./Mb) |
---|---|---|---|---|---|
Chr01 | 32.625 | 278600 | 8539 | 3216 | 99 |
Chr02 | 37.578 | 404259 | 10758 | 5965 | 159 |
Chr03 | 37.524 | 372841 | 9936 | 5747 | 153 |
Chr04 | 32.302 | 331145 | 10252 | 5380 | 167 |
Chr05 | 47.952 | 486261 | 10141 | 6655 | 139 |
Chr06 | 37.137 | 291836 | 7858 | 3291 | 89 |
Chr07 | 36.691 | 352192 | 9599 | 5113 | 139 |
Chr08 | 31.609 | 302356 | 9566 | 4445 | 141 |
Chr09 | 37.605 | 373414 | 9930 | 5601 | 149 |
Chr10 | 41.762 | 442804 | 10603 | 6965 | 167 |
Chr11 | 43.060 | 406159 | 9432 | 5570 | 129 |
Chr12 | 33.050 | 366784 | 11098 | 6256 | 189 |
Chr13 | 44.340 | 417525 | 9416 | 6019 | 136 |
Chr14 | 32.513 | 329508 | 10135 | 4574 | 141 |
Chr15 | 54.945 | 525072 | 9556 | 7431 | 135 |
Chr16 | 41.389 | 406794 | 9829 | 5892 | 142 |
Chr17 | 34.749 | 358216 | 10309 | 6088 | 175 |
表3
‘鲁丽’ב红1#’杂交群体叶片性状表型分析"
性状 Traits | 亲本 Parents | 杂交后代 Hybrids | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
鲁丽 Luli | 红1# Red No. 1 | 范围 Range | 平均值±标准差 Mean±SD | 变异系数 CV (%) | 正态性检验 Shapiro-Wilk test | ||
Ci | 206a | 212a | 105-245 | 184±30 | 16.47 | Normal | |
Pn | 20.42a | 14.68b | 8.20-24.50 | 17.40±3.37 | 19.22 | Non | |
Gs | 178a | 145b | 77-226 | 147±36 | 24.64 | Normal | |
Tr | 4.68a | 3.95b | 2.00-5.10 | 3.60±0.70 | 18.47 | Normal | |
VPD | 2.96a | 3.06a | 2.00-3.30 | 2.70±0.20 | 7.57 | Non | |
WUE | 4.38a | 3.72b | 2.90-8.40 | 4.90±1.20 | 24.17 | Non | |
Vc | 0.10a | 0.07a | 0.04-0.19 | 0.10±0.03 | 33.90 | Normal | |
Chla | 0.27a | 0.20b | 0.11-0.27 | 0.18±0.03 | 17.83 | Normal | |
Chlb | 0.11a | 0.06b | 0.03-0.11 | 0.06±0.01 | 22.35 | Normal | |
Chl(a+b) | 0.38a | 0.26b | 0.14-0.38 | 0.24±0.05 | 18.74 | Normal | |
Anthocyanin | 0.09b | 0.31a | 0.00-0.55 | 0.20±0.13 | 64.17 | Non | |
Area | 31.25a | 29.49a | 11.20-44.13 | 29.81±6.03 | 20.10 | Normal | |
Length | 11.95a | 11.15b | 6.25-14.94 | 11.12±1.41 | 12.57 | Normal | |
Width | 4.61a | 4.85a | 3.01-5.79 | 4.76±0.49 | 10.17 | Non | |
Perimeter | 30.99a | 27.87a | 17.44-39.09 | 30.23±3.47 | 11.43 | Normal | |
Fv/Fm | 0.81a | 0.82a | 0.30-0.84 | 0.73±0.09 | 11.77 | Non | |
ABS/RC | 1.09b | 1.17a | 1.05-4.75 | 1.81±0.67 | 36.78 | Non | |
DIo/RC | 0.20a | 0.22a | 0.17-3.19 | 0.58±0.49 | 84.19 | Non | |
TRo/RC | 0.89b | 0.96a | 0.88-2.08 | 1.25±0.24 | 18.78 | Normal | |
ETo/RC | 0.55a | 0.51b | 0.44-0.94 | 0.63±0.08 | 12.92 | Non | |
ABS/CSo | 6146a | 6202a | 5921-10932 | 7746±1090 | 14.01 | Non | |
DIo/CSo | 1143a | 1137a | 973-6117 | 2212±1051 | 7.35 | Non | |
TRo/CSo | 5003b | 5065a | 4251-6912 | 5575±343 | 6.12 | Non | |
ETo/CSo | 3097a | 2700b | 1669-3586 | 2929±347 | 11.81 | Normal |
表4
叶片性状相关的21个KASP标记"
KASP名称 KASP name | 变异 Variation type | 性状 Traits | 亲本基因型 Parental genotype | 杂交后代基因型 Hybrid genotype | 卡方检验 χ 2 | ||
---|---|---|---|---|---|---|---|
鲁丽 Luli | 红1# Red No. 1 | 20个高表型极端个体 20 extremely high-phynotype individuals | 20个低表型极端个体 20 extremely low-phynotype individuals | ||||
KASP3343 | C/A | Anthocyanin | CA | CA | CC:CA:AA=12:2:4 | CC:CA:AA=3:2:13 | 10.17** |
KASP5095 | A/C | Chlb | AC | AA | AA:AC=8:6 | AA:AC=15:1 | 5.59* |
KASP5105 | G/A | Chla | GA | GG | GA:GG=8:6 | GA:GG=15:1 | 5.59* |
KASP3508 | C/T | Chlb | CT | CT | CC:CT:TT=3:9:2 | CC:CT:TT=10:1:6 | 11.99** |
KASP2936 | T/C | Gs | TT | TC | TT:TC=8:9 | TT:TC=14:3 | 4.64* |
KASP3022 | A/G | Gs | AG | GG | AG:GG=0:15 | AG:GG=6:7 | 8.81** |
KASP2608 | A/T | Length | TT | AT | AT:TT=4:11 | AT:TT=9:4 | 5.07* |
KASP2718 | T/A | Length | TT | TA | TT:TA=7:11 | TT:TA=11:4 | 3.92* |
KASP2744 | G/A | Length | GG | GA | GG:GA=7:11 | GG:GA=11:4 | 3.92* |
KASP4678 | A/T | Length | TT | AT | AT:TT=6:7 | AT:TT=1:13 | 5.34* |
KASP3350 | A/G | Width | AG | AA | AA:AG=10:2 | AA:AG=5:7 | 4.44* |
KASP4591 | G/T | Width | GT | GG | GG:GT=14:2 | GG:GT=7:7 | 5.00* |
KASP1587 | T/C | Width | TC | TC | TT:TC:CC=9:6:3 | TT:TC:CC=6:2:10 | 6.37* |
KASP1588 | C/T | Width | CT | CT | CC:CT:TT=12:2:5 | CC:CT:TT=4:6:7 | 6.24* |
KASP1584 | G/T | ETo/CSo | GT | GG | GG:GT=6:5 | GG:GT=17:1 | 6.62* |
KASP1586 | T/C | ETo/CSo | TC | TT | TT:TC=6:9 | TT:TC=14:2 | 7.63** |
KASP1589 | C/T | ETo/CSo | CT | CC | CC:CT=7:9 | CC:CT=13:3 | 4.80* |
KASP1587 | T/C | ETo/CSo | TC | TC | TT:TC:CC=4:4:9 | TT:TC:CC=12:2:2 | 9.10** |
KASP1588 | C/T | ETo/CSo | CT | CT | CC:CT:TT=4:5:10 | CC:CT:TT=11:4:1 | 10.56** |
KASP1592 | G/T | ETo/CSo | GT | TT | GT:TT=2:17 | GT:TT=8:6 | 8.29** |
KASP4533 | G/A | ETo/CSo | GA | AA | GA:AA=2:14 | GA:AA=6:6 | 4.73* |
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