家蠶主要經濟性狀的QTL定位研究進展

所屬分類：農業論文閱讀次時間：2020-04-26 15:41

本文摘要：摘要:家蠶經濟性狀改良一直是蠶育種工作者的重要目標之一，隨著分子生物學技術的發展，控制家蠶經濟性狀的數量性狀位點(QTL)定位研究工作得以大量開展，使得家蠶分子標記輔助育種成為可能。綜述了家蠶遺傳圖譜的構建進程、家蠶QTL定位常用分離群體、繭質性狀

　　摘要:家蠶經濟性狀改良一直是蠶育種工作者的重要目標之一，隨著分子生物學技術的發展，控制家蠶經濟性狀的數量性狀位點(QTL)定位研究工作得以大量開展，使得家蠶分子標記輔助育種成為可能。綜述了家蠶遺傳圖譜的構建進程、家蠶QTL定位常用分離群體、繭質性狀QTL定位研究現狀，并分析了家蠶經濟性狀QTL定位研究中存在的問題，以期為推進家蠶分子標記輔助育種提供參考。

　　關鍵詞:家蠶;經濟性狀;數量性狀;定位

中國農學通報

　　家蠶是一種重要的經濟昆蟲，我國種桑養蠶發展至今已有幾千年的歷史。近年來，隨著農業產業結構的調整，以及產業扶貧的逐步推進，種桑養蠶這項傳統產業煥發出新的活力，在我國部分地區的農業經濟發展中發揮了重要作用[1]。家蠶的經濟性狀主要包括全繭量、繭層量、繭層率、蛹體重等，這些性狀一般都是數量性狀，由微效多基因控制，且易受到飼養條件和生長環境的影響[2]。對家蠶上述經濟性狀進行改良，提高蠶繭產量和質量，一直是家蠶育種工作者的重要目標[3]。

　　目前家蠶育種仍以傳統的雜交和回交為主，即通過表現型進行基因型的選擇，品種改良所需時間長、效率不高，尤其當有利性狀與不利性狀連鎖時，要選育最佳基因型組合的優良品種難度更大[3]。隨著數量遺傳學和分子生物技術的快速發展，數量性狀位點(quantitativetraitlocus，QTL)的定位分析得以逐步實現，利用連鎖群上已知的分子標記，不僅可以將影響數量性狀的基因定位在染色體上，還可以分析位點各自的效應以及互作效應，為實現對基因型的直接選擇提供了可能[4]。本文主要對近年來家蠶重要經濟性狀的QTL定位研究現狀進行綜述，并對家蠶主要經濟性狀QTL定位分析和分子輔助育種中存在的問題進行分析，以期對加快家蠶經濟性狀分子標記輔助育種進程提供參考。

　　1家蠶遺傳圖譜的構建

　　對數量性狀進行準確定位，首先要建立高密度的遺傳連鎖圖譜，即通過遺傳信息重組得到基因線性排列圖，可以顯示基因與遺傳標記在染色體上的相對位置。早期構建遺傳連鎖圖譜，主要依靠以分子雜交為主的DNA標記技術。Goldsmith于1994年利用RFLP(Restrictionfragmentlengthpolymorphism)技術繪制出第一張家蠶RFLP分子連鎖圖譜，包括52個PFLP標記[5]。次年，Promboon等以P50和C108為親本，構建了第一張家蠶RAPD(RandomamplifiedpolymorphicDNA)遺傳連鎖圖，包含168個RAPD標記[6]。

　　1998年，Yasukochi等以RAPD為分子標記，構建了首張涵蓋家蠶28條染色體的分子遺傳圖譜，也是首張密度較高的遺傳圖譜，包含了1018個分子標記，平均圖距2cm[7]。2001年，萬春玲、朱玉芳等利用AFLP(Amplificationfragmentlengthpolymorphism)標記分別構建了3張遺傳圖譜，覆蓋基因組的總長度高達6512cm[8~9]。但早期使用的RAPD或AFLP標記多態性、重復性較差[10]。

　　隨著更多重復性好、序列已知的共顯性標記的開發應用，家蠶遺傳連鎖圖譜的構建進程得以加快。2005年Miao等構建了第一張家蠶SSR(Simplese￣quencerepeats)分子遺傳圖譜，涵蓋了家蠶29條染色體上的518個分子標記[11]。2006年Yamamoto構建了第一張家蠶SNP(Singlenucleotidepolymo￣phism)分子遺傳圖譜，此圖譜含有534個SNP標記，并將964個RFLP標記整合其中，組成了一張包含1688個獨立基因的整合圖譜[12~13]。這些分子遺傳圖譜的構建為家蠶數量性狀基因的定位研究奠定了堅實基礎。

　　2家蠶經濟性狀QTL定位常用群體

　　2.1親本的選擇

　　用于QTL定位分析的親本首先應具有較大的目標性狀差異，以便篩選出更多多態性的分子標記。2003年，司馬楊虎以872(繭絲量中等偏高，春秋兼用品種)和湘暉(繭絲量較872少，夏秋品種)為親本，對控制家蠶全繭量、繭層量、繭層率、蛹體重的數量性狀位點進行了定位分析[14]。

　　2004和2005年，魯成、張烈、李斌等分別以大造(綠色繭，繭絲量少繭質差)和C100(白色繭，繭絲量中等繭絲質優)為親本，對控制家蠶重要經濟性狀的QTL進行了定位研究[3][15~16]。2009—2013年，Zhan、王修業、李冰及候成香等人均以菁松(繭絲量多絲質優，二化性品種)和蘭10(繭絲量低絲質差，有滯育多化性品種)為親本，對家蠶的5種經濟性狀進行了定位分析[2][17~19]。2018年，李春林以繭質性狀表現差異較大的兩個品系IS-大造和872B為親本，對家蠶繭層量進行了精細定位[20]。

　　2.2作圖群體的構建

　　遺傳分析群體類型在很大程度上影響了定位的準確性及精度。家蠶數量性狀定位研究曾被使用的作圖群體包括F2和回交群體，也稱為臨時性群體，是通過將目標性狀差異較大的兩個親本雜交得到F1代，再自交或與親本回交配置完成的。這種臨時性群體配置簡單，所需時間較短，基因型相對豐富，可以滿足家蠶數量性狀定位的需求[20]。近年來，家蠶主要經濟性狀的定位研究通常使用回交群體，從一定程度上規避了經濟性狀的性別效應以及雌配子發生過程中染色體完全連鎖對定位效果的影響。

　　3家蠶繭質性狀QTL定位研究現狀

　　譚遠德于1996年運用形態學標記，將控制家蠶全繭量、繭層量和繭長的主基因定位在Z染色體上[21];同年，何克榮等將影響全繭量的一個基因定位在第11染色體上，且確認該位點具有顯性效應[22]。2004年，魯成等以AFLP為分子標記利用家蠶大造和C100的回交一代為作圖群體，對家蠶全繭量、繭層量、蛹體重、繭層率進行了QTL定位分析，檢測到與全繭量相關的位點2個，位于第6、19連鎖群上;與繭層率有關的位點3個，位于第2、11和15連鎖群上;與繭層量有關的位點3個，位于第3、14和19連鎖群上;與蛹體重有關的位點3個，分別位于第2、14和19連鎖群上[15]。

　　2005年，李斌等利用同樣的親代及回交一代對4個重要經濟性狀進行了定位研究，其中檢測到4個貢獻率超過30%的數量性狀位點，分別為控制全繭量的qCW-19、控制繭層率的qCSR-4、控制繭層量的qSW-2和控制蛹體重的qPW-23[16]。同年(2005)，司馬楊虎以湘暉和872為親本配置的98個F2代個體為作圖群體，對上述4種經濟性狀進行了定位分析，共檢測出23個具有顯著效應的數量性狀位點;并通過分析發現，控制全繭量和繭層量的位點一般具有上位效應，而控制繭層率和蛹體重的位點主要具有加性或顯性效應，尤其與蛹體重有關的位點大都呈現顯著的負向顯性效應[23]。Zhan等2009年利用SSR標記技術對菁松和蘭10的回交一代群體進行了QTL定位分析，共檢測到與繭質相關的數量性狀位點7個，且發現有些QTL位點能同時影響幾個性狀[17]。

　　2013年，侯成香在Zhan的研究基礎上，同樣以菁松和蘭10的回交一代雄性個體為研究對象，對Z染色體上與繭絲相關的性狀進行了精細定位，獲得了與繭絲量、全繭量、繭層量、蛹體重、繭絲長等相關的數量性狀位點，且都有較高的支持率，但未檢測到控制繭層率的數量性狀位點[19]。2018年，李春林等以IS-大造和872B為親本配置了定位分析群體，利用極端性狀混池法對控制繭層量的QTL進行了定位，結果表明第1和11號染色體上的CSW1和CSW2具有較高的效應值[20]。

　　4家蠶繭質性狀QTL定位研究存在的問題

　　4.1QTL定位研究的親本選擇單一

　　目前，前人開展家蠶經濟性狀QTL定位研究時，使用較多的親本主要為繭質性狀優良的菁松和C100，以及繭質性狀較差的大造和蘭10。親本選擇較為單一，且家蠶實用品種選擇較少。由此可以看出，在試驗材料的選擇上，對于QTL定位的可行性考慮較多，而對今后開展實用品種分子標記輔助育種實踐，考慮的相對較少，未能將QTL定位研究與分子標記輔助育種實踐緊密結合在一起。因此，對于今后進行家蠶繭質性狀的QTL定位分析，筆者認為應綜合考慮親本組合的選擇，盡量選用蠶繭生產上推廣使用的實用品種，打通QTL定位理論研究與分子標記輔助育種實踐的聯結障礙。

　　4.2QTL定位研究結果有待進一步驗證

　　目前，有多位研究者進行了家蠶重要經濟性狀的QTL定位研究，但分析研究結果發現，選用不同親本進行的定位分析，各性狀的主效位點差異較大;且選用相同親本進行的定位研究其結果也不完全一樣，因此對于前人的研究結果，仍需要進行進一步的驗證。針對此問題，筆者認為首先應進一步提高分子遺傳連鎖圖譜的密度，增加分子標記位點數，以此提高數量性狀位點定位研究的準確性;其次，應增加親本種類，選用不同的實用親本類型進行多地點飼養后對已公布的QTL位點進行驗證，以篩選出不同飼養環境下均能穩定表達的繭質性狀QTL位點，并進一步實施精細定位或圖位克隆。

　　5小結

　　隨著現代分子生物技術和生物信息學的飛速發展，家蠶數量性狀定位研究已取得了較多的研究成果，已能利用分子標記實現家蠶部分目標性狀的定向育種，大大縮短了目標性狀的育種進程和難度。雖然家蠶經濟性狀的分子標記輔助育種過程還有很多問題需要解決，但隨著分子生物學研究的不斷深入以及新成果的不斷涌現，將來分子標記輔助育種定能為家蠶繭質性狀的改良做出重要貢獻。

　　參考文獻

　　[1]劉娜，李娟，秦笙，等.家蠶繭絲相關性狀的研究進展[J].中國蠶業，2016，37(4):6~9.

　　[2]李冰.家蠶繭質相關性狀的QTL分析[D].鎮江:江蘇科技大學，2012.

　　[3]張烈.家蠶分子標記連鎖圖構建及繭質性狀的QTL定位研究[D].重慶:西南農業大學，2004.

　　[4]齊波，楊加銀.大豆籽粒蛋白質含量相關QTL定位研究進展[J].中國農學通報，2017，33(34):56~62

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