全 文 ：第 36卷 第 5期 西 南 林 业 大 学 学 报 Vol． 36 No． 5
2016年 10月 JOUＲNAL OF SOUTHWEST FOＲESTＲY UNIVEＲSITY Oct． 2016
doi:10． 11929 / j． issn． 2095－1914． 2016． 05． 002
欧美杨与藏川杨杂交子代苗期性状 QTLs定位分析
李 娟1 郭 斌1，2 安新民1
(1． 北京林业大学林木育种国家工程实验室，北京 100083;2． 山西省林业科学研究院，山西 太原 030012)
摘要:以欧美杨 I-108和藏川杨为亲本杂交得到 427 个子代为试材，对其进行苗期性状遗传图谱
分析，并构建了 1张总长度 969. 1 cM，标记间平均距离 25. 14 cM的杂交杨树遗传图谱。结果表
明:该图谱包含 6个连锁群，连锁群上标记数量 37 个，用 Genemap 软件绘制标记连锁图谱;检
测到株高 (hs)、单叶光合速率 (Pn)、胞间 CO2浓度 (C i)、蒸腾速率 (Tr)4 个表型指标符合正
态分布。利用 MAPMAKEＲ软件的区间作图法进行 QTL定位和效应估计，共检测到 8 个与苗期生
长和光合性状相关的 QTL，包括 3个与 hs相关的 QTL，贡献率分别为 16. 4%、20. 1%和 17. 8%;
2个与 Pn相关的 QTL，贡献率分别为 10. 2%和 13. 7%;2 个与 C i相关的 QTL，贡献率分别为
6. 7%和 8. 3%;1个与 Tr相关的 QTL，贡献率 9. 7%。
关键词:藏川杨;欧美杨;杂交;遗传图谱;QTL定位;苗期性状
中图分类号:S722．3 文献标志码:A 文章编号:2095－1914(2016)05－0010－06
Mapping of QTLs in Hybrid Progeny of Populus euramericana
and Populus szechuanica var． tibetica
Li Juan1，Guo Bin1，2，An Xinmin1
(1． National Engineering Laboratory for Tree Breeding，Beijing Forestry University，Beijing 100083，China;
2． Shanxi Academy of Forestry Sciences，Taiyuan Shanxi 030012，China)
Abstract:A population including 427 germplasm resources，crossed by female parent Populus euramericana I-
108 and male parent Populus szechuanica var． tibetica were used to construct the genetic linkage map in seedling
stage． The map contains 37 SSＲ makers and 6 linkage groups spanning 969. 1 cM with an average of 25. 14 cM be-
tween markers． Genemap software was used to draw the marker linkage map． The four phenotype indicators of height
(hs)，single leaf photosynthetic rate (Pn)，intercellular CO2 concentration (C i)，transpiration rate (Tr)are in
line with normal distribution． The interval mapping method of software package MAPMAKEＲ were used to map an-
danalyze QTLs． 8 QTLs were detected for seedling growth and photosynthetic trait． 3 QTLs were detected for seed-
ling height which explained 16. 4%，20. 1% and 17. 8% of the phenotypic variation． 2 QTLs were detected for pho-
tosynthetic rate which explained 10. 2% and 13. 7% of the phenotypic variation． 2 QTLs were detected for Intercel-
lular CO2 concentration which explained 6. 7% and 8. 3% of the phenotypic variation． 1 QTL was detected for tran-
spiration rate which explained 9. 7% of the phenotypic variation．
Key words:Populus szechuanica var． tibetica，Populus euramericana，artificial hybridization，genetic map，
QTL locationing，seedling trait
收稿日期:2016－01－27
基金项目:国家“十二五”科技支撑项目 (2012BAD01B0302)资助。
第 1作者:李娟 (1986—)，女，硕士。研究方向:林木功能基因组学与分子育种。Email:lijuan3315@ 126．com。
共同第 1作者:郭斌 (1986—)，男，硕士。研究方向:杨树杂交育种。Email:guobin531188058@ 163．com。
通信作者:安新民 (1968—)，男，博士，教授，博士生导师。研究方向:林木功能基因组学与分子育种。Email:anxinmin@ bjfu．edu．cn。
林木遗传改良的长期实践证明，基因资源及
能否科学有效地选择与利用这些资源对于育种至
关重要［1］。在我国分布有丰富的乡土杨树资源，
发掘、保护、利用这些极其重要的乡土杨树资源，
是我国杨树遗传育种研究值得高度重视的方向。作
为第 1个被测序的木本植物，杨树 (Populus spp．)
是研究木本植物生物学和遗传学的模式树种［2］，杨
树的遗传图谱构建工作进展迅速，已发表的遗传图
谱超过 13项，涉及白杨、青杨、黑杨三大派别，共
14个种或杂种［3］。早在 1993年，Liu 等以美洲黑杨
(P. deltoides)5 个全同胞家系为作图群体，采用 54
个 ＲELP 和 3个等位酶标记构建了杨树第 1 张遗传
连锁图谱［4］。在我国，苏晓华等以美洲黑杨×青杨
(P. cathayana)F2代为作图群体，采用ＲAPD技术构
建了我国杨树第 1张遗传连锁图谱，为开展杨树数
量性状 QTL 研究奠定了基础［5］。之后张德强采用
AFLP 技术构建了乡土杨树毛白杨 (P. tomentosa)的
遗传连锁图谱，为毛白杨遗传改良奠定了理论基
础［6］。尽管杨树遗传图谱构建工作已取得显著进
展，但在我国尚有不少乡土杨树资源未被开发。
藏川杨 (P. szechuanica var． tibetica)是一种位
于青藏高原的青杨组乡土树种，也是我国特有的
杨树，是西南地区分布海拔高的杨树树种之一，
其分布地区环境多变，能够很好地适应高原地区
环境，具有抗低温、低氧等抗性［7］。然而迄今为
止，利用藏川杨作为亲本进行杂交育种鲜有报道。
本研究以藏川杨为亲本与欧美杨 (P. euramericana)
杂交获得生长量大、生长快速、具有较强抗逆性
的杂交子代 508 株，并以保留的 427 株为作图群
体，采用 SSＲ 标记构建了遗传连锁图谱，并对生
长、光合等性状进行了 QTL分析。研究结果为进一
步开发利用藏川杨基因资源奠定了工作基础。
1 材料与方法
1. 1 试验材料
欧美杨 I-108是欧洲黑杨 (P. nigra)和美洲黑
杨的杂交品种，林木良种编号为国 Ｒ-SC-PE-029-
2002［8］，具有显著的速生特性，本试验中作为母
本。藏川杨西南地区在低纬度高海拔地区广泛分
布的乡土树种，具有抗寒的特性，本试验中作为
父本。通过人工杂交，得到 508个杂交子代单株。
1. 2 研究方法
1. 2. 1 杂交群体构建
在平均温度为 20～25 ℃的温室下，对采集的藏
川杨雄株花枝进行水培，收集花粉并干燥于 4 ℃储
藏。随后对雌株花枝进行水培，待雌花序柱头发
亮时进行人工授粉 3 次。共得到杂交子代 508 株，
由于后期管理导致部分杂交成苗数损失，最终选
用 427个子代为测定群体。
1. 2. 2 DNA提取与浓度检测
分别摘取亲本和杂交子代植株顶端幼嫩叶片
1～2 片，用改良的 CTAB 提取 DNA［9］。用紫外分
光光度计 (Pharmcia，MLTＲOSPEC Ⅲ)测定 DNA
浓度。采用 1. 0%琼脂糖凝胶电泳确定 DNA 的质
量，用凝胶成像系统观测电泳结果。
1. 2. 3 SSＲ分子标记分析
使用毛细管电泳技术代替传统的聚丙烯酰胺
凝胶电泳技术，毛细管电泳技术采用不同颜色的
荧光染料标记 SSＲ 引物，随后进行毛细管电泳，
通过 GeneMarker软件读取、分析数据。采用 70 对
4种不同颜色的带 TP-M13 (tailed primer-M13)对
SSＲ引物进行标记。试验中的杨树引物来自北京林
业大学计算生物学中心，选取 4 个子代，筛选了
300对 SSＲ引物。
1. 2. 4 苗期生长性状与光合特性的测定
杂交试验于北京林业大学温室进行，日平均
温度为 20～25 ℃，平均湿度为 50%～70%。对选取
的 427个子代进行株高测定;采用美国 Lico-6400
光合作用分析系统测定叶片净光合速率 (Pn)、胞
间 CO2浓度 (C i)、蒸腾速率 (Tr)等指标。设定光
照强度为 1 400 μmol /(m2·s)，每天重复 3次，连
续测定 3 d。对选取的无性系子代进行同种无性系
不同叶片 Pn的测定，确定测定光合作用指标时的
叶片最佳位置。采用 SPSS 16. 0软件对杂交子代株
高及光合生理指标进行差异显著性分析。
1. 2. 5 构建遗传图谱及定位 QTL
遗传距离用 Mapmaker 3. 0 软件计算以确定
染色体上的标记顺序。以 QTL 存在和不存在该
位置的 2种可能性之比，将比值取以 10 为底的对
数为 LOD值，当 LOD≥ 3. 0，重组率 ＜ 0. 5时，根
据 SSＲ标记构建每条染色体的框架，用 Kosambi函
数将标记之间的重组交换率换算为遗传图距单
位 (cM)。依据标记顺序、标记间的距离和连锁
群，用 Genemap 软件绘制标记连锁图谱。采用
MAPMAKEＲ/QTL 1. 1软件进行QTL定位分析，QTL
的基因作用方式按照 Stuber等来执行［10－11］。
11第 5期 李 娟等:欧美杨与藏川杨杂交子代苗期性状 QTLs定位分析
2 结果与分析
2. 1 杨树株高表型性状及差异分析
作为重要的数量性状，株高在玉米 (Zea mays)、
大麦 (Hordeum vulgare)、大豆 (Glycine max)等农
作物中已进行了 QTL 定位分析，并且其也是影响
木材材积的重要因素［12－14］。本试验采用 SPSS 16. 0
软件对杂交子代株高及光合生理指标进行差异显
著性分析。子代株高 (hs)与单叶光合速率 (Pn)
相关系数为 0. 368，与蒸腾速率 (Tr)相关系数为
0. 359，有极显著相关性，株高与胞间 CO2浓度
(C i)相关系数为 0. 172，无显著相关性。将子代
的 hs、Pn、C i、Tr等特征指标进行频率分布分析，
均呈偏度小于 2的单峰分布 (图 1 所示)，其基本
符合正态分布，可用于 QTL定位分析。
图 1 杂交子代表型性状频率分布分析
Fig. 1 Frequency distribution analysis of phenotypes variation in hybrid progeny
21 西 南 林 业 大 学 学 报 第 36卷
2. 2 SSＲ引物多态性分析及遗传图谱构建
根据已有的 SSＲ 反应体系，从 300 对引物通
过 4个子代筛选出多态性好的 70 对引物，然后用
这些引物进行遗传图谱的构建，共产生了 80 个
SSＲ标记。用 MAPMAKEＲ 3. 0 软件对产生的标记
进行两点连锁分析，得到连锁群的总数量以及每
个连锁群的最佳顺序。共得到 6 个标记数目大于 4
的大连锁群，三联体 8个和连锁对 5个。构建的遗
传图谱框架图的总图距为 751. 6 cM，遗传图谱的
总长度为 969. 1 cM，平均标记数为 6. 2个，平均间
距为 25. 14 cM，每个连锁群上的标记数为 4～37 个
(表 1)。
表 1 欧美杨 ×藏川杨遗传图谱标记
Table 1 Markers on the genetic linkage map of P. euramericana × P. szechuanica var． tibetica
连锁群 标记数 /个 最大间距 / cM 最小间距 / cM 总图距 / cM 平均间距 / cM
group1 8 32. 4 6. 3 151. 4 21. 63
group2 7 41. 7 19. 5 169. 9 28. 31
group3 7 44. 3 7. 9 127. 7 21. 28
group4 6 29. 5 7. 1 90. 4 18. 08
group5 5 45. 9 5. 7 110. 4 27. 60
group6 4 41. 4 30. 0 101. 8 33. 93
总计 37 751. 6
平均 6. 2 25. 14
图 2 欧美杨 ×藏川杨遗传连锁图谱
Fig. 2 The genetic linkage map of P. euramericana × P. szechuanica var． tibetica
2. 3 株高、光合速率、胞间 CO2浓度及蒸腾速率
的 QTL分析
根据所作图谱和表型数据，利用 MAPMAKEＲ/
QTL 1. 1软件对杂交子代苗期性状进行 QTL 分析，
检测到与株高、Pn、C i、Tr有关的 QTL 共 8 个
(表 2)。共检测到 3 个与株高有关的 QTLs，前两
者分别位于 group1连锁群上 6. 3 cM和 32. 4 cM处，
总贡献率为 36. 5%。第 3 个与株高有关的 QTL 位
于 group4连锁群上 20. 3 cM 处，贡献率为 17. 8%。
检测到 2个与 Pn有关的 QTLs，分别位于 group2 连
锁群 24. 3 cM 处、group3 连锁群 16. 7 处，贡献率
分别为 10. 2%、13. 7%。检测到 2 个与 C i有关的
QTLs，分别位于 group1连锁群 12. 7 cM处、group5
连锁群 5. 7 cM 处，贡献率分别为 6. 7%、8. 3%。
检测到一个与 Tr有关的 QTL，位于 group1 连锁群
29. 8 cM处，贡献率为 9. 7%。
31第 5期 李 娟等:欧美杨与藏川杨杂交子代苗期性状 QTLs定位分析
表 2 欧美杨 ×藏川杨杂交子代的 QTLs分析结果
Table 2 QTLs analysis of hybrid progeny of P. euramericana × P. szechuanica var． tibetica
性状 连锁群 标记区间 LOD 似然值 贡献率 /% 加性效应 显性效应 基因作用
hs group1 U8303-1-U8303-2 6. 3 2. 43 16. 4 －0. 78 0. 46 PD
group1 U1331-U25233 32. 4 2. 16 20. 1 1. 28 0. 52 PD
group4 U23501-2-U45665 20. 3 3. 12 17. 8 0. 96 0. 34 PD
Pn group2 U2618-U87160-1 24. 3 2. 61 10. 2 －0. 16 1. 17 OD
group3 U6844-U17120 16. 7 2. 79 13. 7 0. 91 0. 13 A
Ci group1 U17647-U59021 12. 7 4. 17 6. 7 0. 47 －0. 56 D
group5 U2211-U8671 5. 7 3. 65 8. 3 1. 23 －0. 34 PD
Tr group1 U38561-U24229 29. 8 2. 84 9. 7 －1. 68 1. 42 D
注:A为当显性势 d /a = 0～0. 20时为加性方式;PD为当显性势 d /a = 0. 21～0. 80时为部分显性方式;D为当显性势 d /a = 0. 81～1. 2时为
显性方式;OD为当显性势 d /a＞1. 20时为超显性方式。
3 结论与讨论
我国杨树资源十分丰富，乡土杨树资源的遗
传图谱构建工作对于开发利用我国杨树资源十分
重要。张德强等利用 AFLP 标记技术构建了我国乡
土树种毛白杨的遗传连锁图谱，包括 218 个标记，
全场 2 683 cM，覆盖毛白杨全基因组 87%［6］。李博
等利用毛白杨与毛新杨 (P. tomentosa × P. bolleana)
的 F1 代回交群体，构建了根萌苗和木质部的 2 张
转录组图谱，并对生长、生理和木材品质的 28 个
数量性状进行了 QTL 分析［3］。选择遗传背景差别
大的杨树亲本进行杂交，构建株系间遗传差异明
显的作图群体是决定遗传连锁图谱中标记选择和
标记密度的重要基础［15］。当遗传图谱分子标记平
均间距在 10～20 cM 就可以进行 QTL初级定位［16］。
藏川杨是我国西南地区低纬度高海拔地区广泛分
布的乡土树种，具有抗寒、干性通直的优良特性。
欧美杨 I-108具有速生、抗旱等优良特性。本试验
以欧美杨 × 藏川杨杂交子代 427 个单株为作图群
体，采用 SSＲ 标记，构建的杨树遗传图谱的长度
为 969. 1 cM，包含了 80个 SSＲ标记的 6 个大连锁
群。根据 Hulbert等提出的公式进行估算，基因组
长度约为 1 155 cM。本研究中构建的图谱总长度覆
盖基因组约为 83. 9%，框架图覆盖基因组约为
65. 1%。导致本试验覆盖基因组范围较小的主要原
因可能是采用的 SSＲ标记数量较少，以及标记类型
单一，这也是造成未连锁标记比例较大 (11. 3%)
的主要原因。下一步工作可通过增加 SSＲ 标记，
结合 AFLP 标记乃至组学数据增加遗传图谱的饱
和度。
国内外专家对许多农作物的株高进行了 QTL
定位分析，如大豆 (Glycine max)、玉米 (Glycine
max)［17－18］等，表明株高是影响植物光合等生理过
程的重要因素。株高代表了树木的材积及生长过
程，因此找出与株高相关的 QTL 至关重要，可为
提高育种效率奠定基础［7］。光合作用是绿色植物
能量和有机物质的来源，是植物成长的决定性因
素之一。为了更好地对杨树遗传的改良，需对其
光合指标进行 QTL 定位。本研究对株高、单叶光
合速率、蒸腾速率和胞间 CO2浓度等性状进行 QTL
定位。杂交子代的平均株高为 644. 9 mm，极值为
22～1 490 mm，变异系数为 0. 43;平均单叶光合速
率为 19. 37 μmol /(m2· s)，极值为 9. 54 ～ 28. 92
μmol /(m2·s)，变异系数为 0. 16;胞间 CO2浓度
平均值为 294. 04 μmol /mol，极值为 155. 87 ～
428. 62 μmol /mol，变异系数为 0. 15;平均蒸腾速
率为 3. 8 mol /(m2· s)，极值为 0. 68 ～ 6. 96 mol /
(m2·s)，变异系数为 0. 28。数据表明株高的变异
系数最大，胞间 CO2浓度的最小。对 4 个指标进行
频率分布分析，均符合正态分布，可用于 QTL 定
位。本试验采用区间作图法，用 MAPMAKEＲ 软
件，其依赖于完整的遗传图谱 LOD 值。LOD 值与
作图群体的种类和大小密切相关，LOD 值通常与
作图群体大小成正比［17］。但由于所用的标记数少，
且集中在几条染色体，导致构建的连锁群远少于
杨树的染色体条数，综合考虑，LOD 值取为 2［18］。
试验群体为 427，所定位的 8个 QTL中只有 1 个是
超显性方式，其余分别为加性方式、显性方式和
部分显性方式。研究表明，超显性方式的比重与
群体的大小成反比，群体的大小决定了 QTL 定位
的可靠性和准确性。因此，在育种中要重视 QTL
41 西 南 林 业 大 学 学 报 第 36卷
的超显性效应。图谱的标记密度与 QTL 定位也关
系密切，标记密度要适中。除此之外，影响 QTL
的因素还包括控制该性状的 QTL 环境影响、遗传
特性和实验误差等［19－20］。
本研究利用我国特有的乡土杨树藏川杨为父
本，以欧美杨 I-108 为母本构建了作图群体，获得
一批新的种质资源，利用该群体初步构建了遗传
图谱，并对苗期生长、光合等相关性状进行了 QTL
分析，为进一步加密该遗传图谱和利用乡土藏川
杨基因资源开展分子辅助育种工作奠定了基础。
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(责任编辑 张 坤)
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