全 文 ：园 艺 学 报 2012，39（4）：661–668 http: // www. ahs. ac. cn
Acta Horticulturae Sinica E-mail: yuanyixuebao@126.com
收稿日期：2011–11–17；修回日期：2012–03–23
基金项目：国际科技合作项目（2010DFA31730）；国家自然科学基金项目（30800753）；中央级公益性科研院所基本科研业务费专项
（201011）
* 通信作者 Author for correspondence（E-mail：wangxw@caas.net.cn）
控制大白菜和白菜型油菜叶缘裂刻的 QTL 定位
及分析
邓 杰，王 辉，程 锋，武 剑，王晓武*
（中国农业科学院蔬菜花卉研究所，北京 100081）
摘 要：利用叶缘光滑无裂刻的大白菜[Brassica campestris L. ssp. pekinensis（Lour）Olsson]材料
‘Z16’和叶缘深裂的白菜型油菜（Brassica campestris L. var. yellow sarson Prain）‘Yellow Sarson 143’构
建的 120 个株系的 BC2DH 群体及已构建的包含 10 个连锁群的遗传图谱，利用 JoinMap4 软件及 MQM 作
图法，对叶缘裂刻性状进行 QTL 定位分析。3 次重复试验中，分别在第 3、10 号染色体上的相同位置各
检测到1个控制叶缘裂刻性状的QTL，具有重复性。各QTL的LOD值在7.66 ~ 18.99间，可解释26.4% ~ 44.7%
的表型变异。通过大白菜与拟南芥注释基因比对，生物活性赤霉素（GA1、GA4）合成的关键基因 BrGA20ox3
位于第 10 染色体的 QTL 区域，对 143 施加外源赤霉素 GA3能明显抑制叶缘裂刻表型，因此 BrGA20ox3
为控制叶片裂刻的可能候选基因。对 BrGA20ox3 克隆测序获得与该基因共分离的特异标记（BrIDlobe-2），
对进一步研究叶缘裂刻性状及分子标记辅助育种具有重要的意义。
关键词：大白菜；白菜；裂刻；QTL；BrGA20ox3
中图分类号：S 634.1；S 634.3 文献标识码：A 文章编号：0513-353X（2012）04-0661-08

QTL Mapping of a Leaf-lobed Trait in Brassica campestris
DENG Jie，WANG Hui，CHENG Feng，WU Jian，and WANG Xiao-wu*
（Institute of Vegetables and Flowers，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Beijing 100081，China）
Abstract：The objective of this study was to map and analyze QTLs controlling leaf-lobed trait in the
population constructed by Chinese cabbage‘Z16’[Brassica campestris L. ssp. pekinensis（Lour）Olsson]
and‘Yellow Sarson 143’（Brassica campestris L. var. yellow sarson Prain），so as to provide information
for molecular marker assisted selection in Chinese cabbage breeding. Leaf-lobed trait was detected in
parents and individuals of BC2DH population of Z16 × 143 in different growing seasons. An integrated
map of 559.08 cM with 10 linkage groups was also used for the QTL analysis. Using the genetic map and
multiple QTL model（MQM）method of software package MapQTL（version 4.0），QTLs were detected
in the same position on 3rd and 10th chromosomes in the three different growing seasons. The LOD values
varied from 7.66 to 18.99 which explained 26.4% - 44.7% of the phenotypic variation. When
analyzed with annotated genes between Arabidopsis thaliana and B. rapa in the QTL region on 10th

662 园 艺 学 报 39 卷
chromosome，one active GA biosynthetic gene was found as the candidate gene for the leaf-lobed trait. The
lobed phenotype was inhibited with application of exogenous GA3 in line 143.
Key words：Chinese cabbage；Brassica campestris；leaf-lobed trait；quantitative trait locus（QTL）；
BrGA20ox3

叶片形态是植物重要的农艺性状之一，对光合作用、叶面温度和水分蒸腾有着密切的关系。
植物叶缘形态的改变产生了叶片形状的多样性。十字花科芸薹属包含大白菜、白菜、芜菁、乌塌
菜等多个亚种，其叶片形态有着很大的差异，叶缘形态有全缘、浅裂、深裂等表型（Blein et al.，
2008），为研究叶片形态的分子机制提供了很好的基础材料。Li 等（2009）利用白菜型油菜构建的
F2 群体检测到 2 个控制叶缘裂刻的 QTL，刘静（2008）研究表明，白菜叶缘裂刻性状是受到一对
显性基因控制的质量性状，惠麦侠等（2010）利用 cDNA-AFLP 技术，对白菜全缘和裂刻的近等
基因系间基因表达的差异进行了研究。虽已有这些报道，但目前对叶缘裂刻形成的研究主要还集
中在模式植物拟南芥和番茄等作物上，而对白菜叶缘发育的分子机制还不清楚，因此对白菜叶缘
裂刻形态进行 QTL 定位分析，对于揭示叶缘裂刻发生的分子机制具有重要意义，也为裂刻性状的
分子选择提供依据。
本试验中试图定位控制叶缘裂刻的 QTL 位点，并对其可能的候选基因进行分析，以期为分子标
记辅助选择有叶缘裂刻的育种材料奠定基础。
1 材料与方法
1.1 群体构建
试验在中国农业科学院蔬菜花卉研究所进行。
以两个叶缘表型较大差异的 DH 材料：即叶缘深刻的黄籽沙逊型油菜‘Yellow Sarson 143’
（Brassica campestris L. var. yellow sarson Prain）为父本，叶缘光滑无裂刻的大白菜‘Z16’[Brassica
campestris L. ssp. pekinensis（Lour）Olsson]为母本杂交后，再以‘Z16’为轮回亲本回交两代后，随
机挑选 40 株 BC2 单株进行小孢子培养，从每个 BC2 单株产生的 DH 材料中随机挑选 3 株，建立 120
个株系的 BC2DH 群体。
1.2 群体种植与性状调查
供试群体于 2009 年 7 月、2010 年 7 月和 2011 年 7 月，分别播种于中国农业科学院蔬菜花卉研
究所纱棚中，每株系 3 个重复单株，常规栽培管理。
播后 60 d，对每个单株外层起完全展开的第 5 或第 6 片真叶进行拍照扫描，统计叶片裂刻数。
统计方法为完整无裂刻叶片记为 0，叶片具有 1 对裂刻记为 1，具有 2 对裂刻记为 2，以此类推，随
后进行 QTL 分析。
1.3 QTL 分析
基于已经构建的分子遗传图谱（王辉 等，2011），用 MAPQTL 4.0 软件进行叶片裂刻性状的 QTL
分析。形态学性状数据以 3 个重复单株的平均值进行 QTL 分析。通过置换测验（1 000 次重复）估
算基因组范围内 α = 0.05 水平上的 LOD 阈值。
利用区间作图法（IM）进行 QTL 分析，在每条染色体上每隔 1 cM 对 QTL 存在的可能性扫描 1
次。对于 IM 分析检测到的 QTL，将最高 LOD 值所在位置的标记或与其紧密连锁的标记作为协同因
4 期 邓 杰等：控制大白菜和白菜型油菜叶缘裂刻的 QTL 定位及分析 663

子，对 IM 检测到的 QTL 进行多座位 QTL 模型（MQM）检测，以连锁群上 LOD 值最高的位置作
为 QTL 的位置。
1.4 InDel 分析
对于 A10 上检测到的 QTL 区域进行标记加密，根据‘Z16’与‘Yellow Sarson 143’重测序结
果进行 InDel 引物设计（本研究中设计的标记命名为 BrID11***），设计流程参照 Wang 等（2011）的
方法。
PCR 反应体系为 20 μL，包括模板 DNA 40 ng、1 × PCR buffer、Mg2+ 2.5 mmol · L-1、dNTP 0.25
mmol · L-1、引物 0.2 μmol · L-1、Taq DNA polymerase 0.05 U · μL-1 和 ddH2O。热循环程序：94 ℃预
变性 5 min；然后 94 30 s℃ ，36 30 s℃ ，72 30 s℃ ，循环 35 次；72 ℃延伸 4 min。扩增产物采用
8%聚丙烯酰胺凝胶电泳分离，120 V 电泳约 2.5 h。最后银染显色分析。
1.5 外源赤霉素处理
对叶缘裂刻的亲本‘Yellow Sarson 143’施加外源赤霉素（GA3），观察对叶缘裂刻的影响。种
子播种发芽后，施加 500 mg · L-1 GA3，待植株生长到 5 ~ 6 片真叶后，施加 800 mg · L-1 GA3。
1.6 RNA 提取和纯度检测
总 RNA 分离采用 Trizol 法。分别取亲本心叶叶片各 50 ~ 100 mg 用液氮研磨后，加入 1 mL RNA
提取液，操作步骤按其说明书进行。
提取的 RNA 溶于 20 µL RNase-free H2O 中，用 DNaseⅠ（全式金）处理后，用于 cDNA 合成。
cDNA 第一链合成采用 Oligo dT 和 M-MLV 逆转录酶（全式金），反应体系按照其说明书进行。
用琼脂糖凝胶电泳和 Nanodrop 分析纯度和产量。
1.7 BrGA20ox3 基因克隆及全长的获得
取上述 cDNA 作为模板，用于基因扩增。根据“白菜基因组计划”公布的大白菜基因组序列
（http：//brassicadb. org/brad/），在 BrGA20ox3 的基因两端 UTR 区域设计引物：Bio11089-F：5′-TACCT
CAGAAGCCCTTTA-3′和 Bio11090-R：5′-CACTTCTGGGCCACATC-3′，以 cDNA 第一链作模板进行
PCR 扩增。
扩增产物回收、纯化，连接 pGM-T 载体（全式金），转化大肠杆菌 DH5α 的感受态细胞，蓝白
斑筛选阳性克隆并测序，获得该基因全长序列。
在 BrGA20ox3 第 1、3 外显子区域设计与 Bra20ox3 共分离的 InDel 标记 BrIDlobe-2F：GCTTTCTA
TTATCTGTGAC和BrIDlobe-2R：TTAGAGCCTAAATATGACACC，在基因组DNA中扩增BrGA20ox3
第 1 个内含子，扩增产物回收、纯化后进行测序。
2 结果与分析
2.1 亲本间叶缘形态性状的差异以及在 DH 群体中的变异
‘Z16’大白菜亲本叶缘光滑，无明显的叶缘裂刻（图 1，A），‘Yellow Sarson 143’叶缘裂刻
明显（图 1，B），双亲之间存在显著的差异。因此用‘Z16’和‘Yellow Sarson 143’构建群体可能
获得控制叶缘缺刻相关性状的 QTL。
结果表明，在 BC2DH 群体中，裂叶性状出现明显的分离（图 1，C ~ H），120 个株系中有 103
664 园 艺 学 报 39 卷
个叶缘形态偏向于亲本‘Z16’的形态，有 17 个（14.17%）株系表现出叶缘深裂，与‘Yellow Sarson
143’叶缘裂刻表型相似。表明叶缘裂刻的表型与理论值存在差异，这可能是该群体中偏分离现象造
成的。

图 1 叶缘表型
A：Z16；B：Yellow Sarson 143；C ~ H：BC2DH 群体；I：外源 GA3 处理‘Yellow Sarson 143’。
Fig. 1 Leaf marginal shape
A：Z16；B：Yellow Sarson 143；C–H：BC2DH population；I：Exogenous GA3 treatment on‘Yellow Sarson 143’.

2.2 叶缘裂刻性状 QTL 分析
利用已构建的 BC2DH 分子遗传图谱，对叶缘缺刻性状进行 QTL 分析，并在连锁群 A10 上设计
新的 InDel 标记进行遗传图谱加密。利用复合区间作图法，结合 2009—2011 年叶缘裂刻性状调查结
果，共检测到 6 个与叶缘裂刻相关的 QTLs，分别位于连锁群 A03 和 A10 上（表 1）。
分别将 3 次重复在连锁群 A03 与 A10 上检测到的 QTL 命名为 09Qlobe-1、10Qlobe-1、11Qlobe-1
与 09Qlobe-2、10Qlobe-2、11Qlobe-2。Qlobe-1 位于区间长度 18.6 cM 的范围内，与区间内标记
BrID90305 的遗传距离为 3.6 cM，加性效应为 1.84 ~ 2.13，表型变异为 26.4% ~ 33.9%；Qlobe-2 位
于 A10 末端标记 BrIDlobe-2 上，检测到的 LOD 值为 14.29 ~ 18.99，加性效应为 1.43 ~ 1.57，表型变
4 期 邓 杰等：控制大白菜和白菜型油菜叶缘裂刻的 QTL 定位及分析 665

异为 35.7% ~ 44.7%（图 2）。Qlobe-1 与 Qlobe-2 为增效 QTL，具有增效—显性效应的 QTL。

表 1 叶缘缺刻性状 QTL 定位及其基因效应
Table 1 QTL controlling leaf-lobed trait and its effect in B. campestris
年份
Year
QTL 位点
QTL（MQM） LOD
染色体
Chr.
位置/cM
Position
标记区间
Marker interval
加性效应
Additive effect
贡献率/%
R2
2009 09Qlobe-1 11.56 3 15 BrID10367-90305 1.90828 31.4
2010 10Qlobe-1 7.66 3 15 BrID 10367-90305 1.84329 26.4
2011 11Qlobe-1 9.27 3 15 BrID 10367-90305 2.13195 33.9
2009 09Qlobe-2 18.99 10 36 BrIDlobe-2 1.56703 44.7
2010 10Qlobe-2 16.15 10 36 BrIDlobe-2 1.51509 40.6
2011 11Qlobe-2 14.29 10 36 BrIDlobe-2 1.43063 35.7


图 2 叶缘裂刻 QTL 在染色体上定位
“↑”表示正的加性效应。
Fig. 2 Mapping of QTL controlling leaf margin lobe in chromosomes
“↑”means positive effect.

2.3 Qlobe-2 区域分析及可能候选基因的确定
对 Qlobe-2 区域的大白菜注释基因分析发现存在一个与拟南芥 ATGA20ox3 同源的基因
BrGA20ox3，在两个亲本中对该基因的第 1 个内含子扩增发现存在碱基的插入缺失，是 BrGA20ox3
内部的 InDel 标记（BrIDlobe-2）。在遗传连锁图中作图分析中发现该标记位于 A10 末端。拟南芥中，
ATGA20ox 基因是编码合成有生物活性的内源赤霉素 GA1 与 GA4 的关键基因（Yamaguchi，2008），
在番茄叶片上施加外源赤霉素会明显抑制叶片多裂的表型。经过 3 年对叶缘裂刻性状调查，发现在
该标记处有 1 个与叶缘深刻显著相关的 QTL（图 2，表 1）。因此将 BrGA20ox3 作为该群体中控制叶
缘深刻性状的可能的候选基因。
666 园 艺 学 报 39 卷
2.4 外源赤霉素（GA3）对‘Yellow Sarson 143’叶缘缺刻的影响
未进行外源赤霉素处理的‘Yellow Sarson 143’植株叶片表型为明显的叶缘深刻，叶片深裂成
一个个独立的裂叶，而施加外源赤霉素 GA3 后，植株叶片深裂的表型显著被抑制，独立裂叶的数量
明显减少，并且叶柄基部的出现类似于叶翅的表型（图 1，I）。
这些结果说明施加外源赤霉素能显著抑制‘Yellow Sarson 143’叶缘深刻的表型，减少深裂独
立裂叶的数量。
2.5 BrGA20ox3 基因克隆及表达分析
经电泳检测，从 Z16 和 143 中所提取 RNA 的 28S 和 18S 条带清晰，说明 RNA 完整性良好，纯
度高。用 Actin-F、Actin-R 对 cDNA 进行 PCR 扩增均得到约 200 bp 的产物，说明反转录得到的 cDNA
第 1 链结果良好。
利用引物 Bio11089-F 和 Bio11090-R，以上述的 cDNA 为模板进行扩增，获得约为 1 500 bp 片
段（图 3）。

图 3 BrGA20ox3 基因克隆
Fig. 3 Amplification of the BrGA20ox3
M：Marker；1：Z16 BrGA20ox3；2：Yellow Sarson 143 BrGA20ox3.

测序结果经 BLAST 与大白菜全基因组序列比对分析表明克隆获得的序列为 BrGA20ox3。该序
列包含 1 140 bp 的开放阅读框，编码 379 个氨基酸（图 4）。



图 4 BrGA20ox3 编码氨基酸差异
Fig. 4 Difference of BrGA20ox3 coding sequence between Z16 and Yellow Sarson 143

4 期 邓 杰等：控制大白菜和白菜型油菜叶缘裂刻的 QTL 定位及分析 667

分析比对两个亲本之间的氨基酸序列表明，BrGA20ox3 在两个亲本 Z16 与 143 之间只有一个氨
基酸的差异，即位 228 位点处 I/L 的差异（图 4）。而利用引物 Bio11089-F 和 Bio11090-R 扩增基因
组 DNA 测序结果表明，两亲本间在基因第一个内含子处有多个碱基插入缺失（图 5），并且全部是
A/T 插入缺失。

图 5 BrGA20ox3 第一内含子序列差异
Fig. 5 Difference of BrGA20ox3 intron1 between‘Z16’and‘Yellow Sarson 143’
3 讨论
本研究选用了叶缘光滑无裂刻的大白菜材料‘Z16’与叶缘深刻的白菜型油菜‘Yellow Sarson
143’构建了 BC2DH 群体。利用 3 次重复播种的数据，在 A03 和 A10 上定位了两个比较显著的 QTL
区域，Li 等（2009）利用‘Yellow Sarson’与大白菜材料‘Osome’构建的 F2 群体也在 A10 末端相
同的位置检测到一个显著的 QTL，同样的结果也被 Kubo 等（2010）证实。3 年试验数据表明，叶
片叶缘裂刻在后代中分离明显，受外界环境影响较小，试验重复性较高。可为候选基因共分离标记
BrIDlobe-2 的开发和裂叶性状在白菜其它亚种中的研究提供了依据。
已有大量研究表明，GA20oxs 基因家族是生物体内合成有活性的内源赤霉素的关键基因之一
（Yamaguchi，2008）。拟南芥中调控赤霉素合成途径基因突变，会导致叶缘缺刻（Kandasamy et al.，
2001）。番茄施加外源赤霉素会导致叶片多裂表型消失（Hay et al.，2002），这些结果表明赤霉素与
叶片边缘多裂的性状紧密相关。通过该区域大白菜注释基因与拟南芥注释基因比对发现存在生物体
内合成有活性赤霉素 GA1 与 GA4 的关键基因 BrGA20ox3。克隆测序表明该基因编码区氨基酸序列仅
存在 I/L 突变，而在基因第一个内含子处有多个 A/T 的插入缺失。Li 等（2009）对 A10 上检测到的
叶缘裂刻 QTL 区域分析后将 BrGA20ox3 作为调控该性状可能的候选基因，但从‘Yellow Sarson’
中克隆的序列与本研究结果并不一致，这可能是试验中所利用的‘Yellow Sarson’株系不同造成的。
有研究表明，在烟草芽顶端分生组织中，KNOX 蛋白的编码基因 NTH15 直接与 GA20oxs 的第一个
内含子结合从而抑制其表达（Tamaoki et al.，2009）。本研究中两个亲本之间在 BrGA20ox3 第一个内
含子处存在的差异可能是导致叶缘缺刻差异出现的原因，其机理需进一步研究。

References
Blein T，Pulido A，Guiraud A V，Nikovics K，Morin H，Hay A，Johansen I E，Tsiantis M，Laufs P. 2008. Leaf development：A conserved molecular
framework for compound. Science，322：1835–1839.
Hay A，Kaur H，Phillips A，Hedden P，Hake S，Tsiantis M. 2002. The gibberellin pathway mediates KNOTTED1-type homeobox function in plants
with different body plans. Current Biology，12 (18)：1557–1565.
Hui Mai-xia，Wang Han，Zhang Lu-gang，He Yu-ke. 2010. cDNA-AFLP analysis and conversion of scar markers of near-isogenic lines with lobed
leaves from no-heading Chinese cabbage（Brassica rapa ssp. cheninsis）. Scientia Agricultura Sinica，43 (21)：4447–4454. (in Chinese)
668 园 艺 学 报 39 卷
通 知
惠麦侠，王 晗，张鲁刚，何玉科. 2010. 白菜叶缘裂刻近等基因系的 cDNA-AFLP 分析及 SCAR 标记的转化. 中国农业科学，43 (21)：
4447–4454.
Kandasamy M K，Gilliland L U，McKinney E C，Richard B R. 2001. One plant actin isovariant，ACT7，is induced by auxin and required for normal
callus formation. The Plant Cell，13 (7)：1541–1554.
Kubo N，Saito M，Tsukazaki H，Kondo T，Matsumoto S，Hirai M. 2010. Detection of quantitative trait loci controlling morphological traits in
Brassica rapa L. Breeding Science，60：164–171.
Li F，Kitashiba H，Inaba K，Nishio T. 2009. A Brassica rapa linkage map of EST-based SNP markers for identification of candidate genes controlling
flowering time and leaf morphological traits. DNA Research 16 (6)：311–323.
Liu Jing. 2008. Studies on the cytomorphology of abortion floral bud in radish and molecular marker for dehiscent leaf in no-heading Chinese
cabbage[M. D. Dissertation]. Yangling：Northwest Agricultural and Forestry University. (in Chinese)
刘 静. 2008. 萝卜败蕾的细胞形态学和小白菜裂叶性状分子标记研究[硕士论文]. 杨凌：西北农林科技大学.
Tamaoki M，Kusaba S，Kano-Murakami Y，Matsuoka M. 2009. Over-expression of a tobacco homeobox gene，NTH15，decreases the expression
of a gibberellin biosynthetic gene encoding GA 20-oxidase. The Plant Journal，15 (3)：391–400.
Wang Hui，Sun Ri-fei，Deng Jie，Wu Jian，Wang Xiao-wu. 2011. QTL analysis for gluconapin accumulation in leaves of Brassica campestris L. Acta
Horticulturae Sinica，38 (7)：1283–1290. (in Chinese)
王 辉，孙日飞，邓 杰，武 剑，王晓武. 2011. 控制白菜 3–丁烯基硫代葡萄糖苷积累的 QTL 定位及分析. 园艺学报，38 (7)：
1283–1290.
Wang Y，Sun S L，Liu B，Wang H，Deng J，Wang Q，Cheng F，Wang X W，Wu J. 2011. A sequence-based genetic linkage map as a reference
for Brassica rapa pseudochromosome assembly. BMC Genomics，12：239.
Yamaguchi S. 2008. Gibberellin metabolism and its regulation. Annu Rev Plant Biol，59：225–251.


“2012 年现代无土栽培国际研讨会”通知
在经济全球化背景下，人类的城市化进程已经不可逆转，预计到 2050 年，世界城市化率将高达 70%。在只占地
球面积不到 1%的城市中要提供一定自给率的农产品，必须要依靠现代科技，克服城市在土地、水资源、生物及非生
物污染、劳动力成本等方面的劣势，充分利用城市有限的空间实现最大化的生产，并在满足一定农产品需求的同时，
营造生态生活和谐的城市未来，现代无土栽培技术将会是都市现代农业特别是设施农业的关键技术之一。
2012 年现代无土栽培国际研讨会由国际园艺学会、中国园艺学会和上海市农业科学院主办，会议将于 2012 年 5
月 22—25 日在上海举办。本届大会围绕“现代无土栽培技术让生活更美好”的主题，以都市农业为主要对象，但不
局限于都市农业。大会初步设定以下专题：
议题一：都市无土栽培技术的战略研究，包括都市无土栽培技术的历史、现状、发展趋势等，都市无土栽培技
术的经济、生态、社会功能等。
议题二：现代无土栽培方式研究，包括 NFT、DFT、Aeroponic planting 等无土栽培体系以及高新技术如信息技
术、LED 技术的应用等。
议题三：鱼菜共生体系的应用。充分利用城市水产养殖的水面以及富营养化的水质开展蔬菜生产，并将经栽培
后的水循环用于水产养殖。
议题四：植物工厂。包括使用工厂化生产的蔬菜和食用菌种类、体系以及关键技术和装备等。
议题五：基质及营养液。包括基质和营养液的配方、监测、循环使用及其对产量、品质以及环境的影响。
议题六：植物生理及非生物胁迫。
会议详情请查阅：http：//www. icesc-2012. com/index. html。
联系人：许爽；电话：18918162193；E-mail：wtzp05@163.com。
上海市农业科学院