全 文 ：园 　艺 　学 　报 　2007, 34 (1) : 99 - 104
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2006 - 06 - 05; 修回日期 : 2006 - 10 - 11
基金项目 : 中—荷战略科学联盟项目 ( ‘973’国际合作计划 , 2004CB720 ) ; 中—荷联合园艺作物基因组技术实验室项目
(2001CB711102) ; 农业部蔬菜遗传与生理重点开放实验室项目3 通讯作者 Author for correspondence ( E2mail: wangxw@mail1caas1net1cn)
大白菜叶色相关性状的 QTL定位与分析
徐东辉 1, 2 , 孙日飞 1 , 张延国 1 , 原玉香 1, 2, 3 , 康俊根 4 , 武 　剑 1 , 张 　慧 1, 2 ,
宋晓飞 5 , 李晓楠 1, 2 , 宋一沫 6 , 王晓武 13
(1 中国农业科学院蔬菜花卉研究所 , 北京 100081; 2 中国农业科学院研究生院 , 北京 100081; 3 河南农业科学院生物
技术研究所 , 郑州 450002; 4 山西省农业科学院蔬菜研究所 , 太原 030031; 5 河北农业大学园艺学院 , 河北保定
071001; 6 首都师范大学生命科学学院 , 北京 100037)
摘 　要 : 应用已构建了 AFLP遗传图谱的大白菜 DH群体 , 采用多模型 QTL作图的方法 , 通过色差计
法、叶色素测定法和人为目测法 3种方法 7个指标对叶色相关性状进行 QTL定位和分析。结果表明 , 在 7
个连锁群上共检测到 18个 QTL, 其中色差计法检测到 9个 QTL, 叶色素测定法检测到 8个 QTL, 人为目测
法仅检测到 1个 QTL。另外 , 估算了单个 QTL的贡献率和加性效应 , 发现各 QTL的加性效应各不相等 , 各
位点的贡献率在 515% ～1516%之间。
关键词 : 大白菜 ; 叶色 ; 数量性状位点 (QTL) ; 连锁群
中图分类号 : S 63411　　文献标识码 : A　　文章编号 : 05132353X (2007) 0120099206
M app ing and Ana lysis of QTL Rela ted to L eaf Color in Ch inese Cabbage
( B rassica rapa L. ssp. pekinensis)
XU Dong2hui1, 2 , SUN R i2fei1 , ZHANG Yan2guo1 , YUAN Yu2xiang1, 2, 3 , KANG Jun2gen4 , WU J ian1 ,
ZHANG Hui1, 2 , SONG Xiao2fei5 , L I Xiao2nan1, 2 , SONG Yi2mo6 , and WANG Xiao2wu13
( 1 Institu te of V egetables and Flow ers, Ch inese A cadem y of A gricultural Sciences, B eijing 100081, Ch ina; 2 The Graduate School of
Chinese A cadem y of A gricu ltura l Sciences, B eijing 100081, Ch ina; 3 Institu te of B iotechnology, Henan A cadem y of A gricultural
Sciences, Zhengzhou 450002, Ch ina; 4 Institu te of V egetables, Shanxi A cadem y of A gricultural Sciences, Ta iyuan 030031, China;
5 College of Horticu lture, Hebei A gricultural U niversity, B aod ing, Hebei 071001, Ch ina; 6 College of L ife sciences, Capita l N orm al
U niversity, B eijing 100037, China )
Abstract: A Chinese cabbage (B rassica rapa L. ssp. pekinensis) double2hap loid (DH) population with a
reported AFLP genetic map was emp loyed to map quantitative trait loci (QTL ) related to leaf color by using
MAPQTL 410 package. Tristimulus colorimeter, leafy p igment determ ination and ocular measurement were used
to measure the traits related to leaf color. A total of 18 QTL were detected on 7 linkage group s, 9, 8 and 1 QTL
were detected by 3 methods, respectively. These QTL individually exp lained 515% to 1516% of the phenotyp ic
variation, and there were unequal gene effects on the traits related to leaf color. These mapped QTL could be
used to develop a marker assisted selection p rogram for leaf color in B rassica rapa vegetable varieties.
Key words: Chinese cabbage; Leaf color; QTL; L inkage group
大白菜 (B rassica rapa L. ssp. pek inensis) 育种的目标性状不少表现为数量性状遗传的特点 , 即
受多个数量性状位点 (QTL ) 和环境因子的共同作用。传统的育种手段多依靠育种者的经验 , 因
此选择周期较长 , 选择效率低。分子标记技术可使育种者更加清楚地了解某些性状的遗传基础 ,
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进而提高育种效率和育种过程中的预见性 , 成为数量性状研究的有利工具。
目前 , 白菜类作物 QTL定位的研究已经广泛开展 , 尤其在形态学 ( Song et al. , 1995; Nozaki
et al. , 1997; 卢钢 等 , 2002; 于拴仓 等 , 2003a, 2004 )、抗病性 (M atsunomoto et al. , 1998;
Kole et al. , 2002)、抗逆性 (于拴仓 等 , 2003b) 和抽薹开花 ( Teutonico et al. , 1995; Axelsson et
al. , 2001; Zhang et al. , 2006) 等性状上做了很多工作 , 但在品质育种相关的 QTL定位方面的研
究却较少 , 仅在白菜型油菜的脂肪酸组成上有报道 ( Tanhuanp¾¾et al. , 1996)。
对于白菜类蔬菜 , 叶色与光合效率密切相关。同时 , 不同的消费习惯和用途对叶色的要求不
同 , 因此有必要对叶色相关性状进行遗传学研究。
本研究针对大白菜叶色相关性状进行 QTL定位和分析 , 为今后开展叶色及相关性状的育种提
供理论依据。
1　材料与方法
111　大白菜 D H群体及图谱
用于构建遗传图谱的群体是对不同大白菜 DH系杂交 ( Y17722, Y195293) 的 F1进行游离小孢子
培养获得的 DH群体 , 共 183个株系。Y177212为来源于日本大白菜品种 Y177经小孢子培养产生的
纯系 , Y195293为来源于国内大白菜品种 Y195经小孢子培养产生的纯系。两个亲本叶片颜色差异较
大。用该群体构建的分子遗传图谱包括 10个连锁群 , 186个 AFLP标记 , 遗传图谱总长 88718 cM ,
标记间平均距离 4147 cM。该图谱已由 Zhang等 (2006) 报道。
112　叶色性状的考察
DH群体及亲本在中国农业科学院蔬菜花卉研究所实验田种植 , 每个 DH株系 3株 , 常规栽培管
理。在莲座期应用 3种方法进行叶色相关性状的考察和测定。
叶色测量 : 选择健康完整的外叶 , 应用 CR2400型色差计 (M inolta, Japan) 测量其中部偏离叶脉
处的叶色 , 每个单株测量 3个点 , 3次重复 , 取平均值。色差仪可以从 L3 (从黑到白 , 0～100) , a3
(从绿到红 , - A～ +A) , b3 (从蓝到黄 , - B～ +B) 3个方向三维立体分别评价。
色素测定 : 应用 UV 21601 型紫外分光光度计分别在 663、 645 和 470 nm 测定叶绿素 a
(Chl1a)、叶绿素 b (Chl1b) 和类胡萝卜素 ( Car1 ) 的含量。叶片选择和取样位置选择与仪器测
量一致 , 每个单株取样 1次 , 3次重复 , 测定结果取平均值。色素提取参照改良的 A rnon方法 (杨
振德 , 1996)。
人为目测 : 由视觉正常的 3人分别独立进行观察 , 将叶色按绿色深浅分为 5级。即 : 1黄绿 , 3
浅绿 , 5绿 , 7灰绿 , 9深绿。然后综合 3人结果进行统计分析。
113　数据统计分析
采用 SPSS1210软件对叶色相关性状指标值进行统计分析 , 获得柱形分布图。
使用 MAPQTL 410分析软件进行叶色相关性状的 QTL分析。首先使用区间作图法 ( Interval map2
p ing, IM ) 找到确定的 QTL和与其紧密连锁的标记 , 然后根据模拟计算表确定不同连锁群的 LOD阈
值 (Van et al. , 1999) , 使用自动选择的协同因子 (Automatic cofactor selection) 对与 IM检测到的
QTL紧密连锁的标记进行选择 , 在 P < 0105水平上显著的标记作为协同因子用于多模型 QTL作图
(MQM ) 的检测。利用置换测验 ( Permutation Test) 做 1 000次重复 , 估算各连锁群上在α = 0105水
平上的 LOD阈值 (Churchill & Doerge, 1994)。 IM和 MQM都以 5 cM的步长扫描整个基因组。以连锁
群上 LOD值最高的位置作为 QTL的位置。
001
　1期 徐东辉等 : 大白菜叶色相关形状的 QTL定位与分析 　
2　结果与分析
211　叶色相关性状指标值及其遗传变异
由表 1可知 , 各性状在双亲间差异较明显 ,
因而用此双亲构建群体有可能获得控制叶球相关
性状的 QTL。由图 1可见 , 评价叶色的 7个指标
在群体中表现明显的分离 , 且均有一定数量的超
亲遗传类型存在 , 表现为数量性状遗传的特点。
表 1　各指标的亲本值及在分离群体中的分布
Table 1　Parents va lues and distr ibution in DH population for tra its
性状
Traits
亲本 Parents
P1 ( Y177212) P2 ( Y195293) DH平均 Mean SD
L3 451181 481139 461211 11473
a3 - 131089 - 141433 - 131360 11024
b3 191648 231076 201481 21333
Chl1a 01480 01425 01474 01083
Chl1b 01201 01174 01194 01031
Car1 01494 01568 01499 01082
目测 Ocular 7 3 41699 21062
measurement
　　
212　叶色相关性状的 QTL定位与分析
通过对大白菜 DH群体与叶色相关性状 7个指标的 QTL分析 , 利用多 QTL模型作图法 , 共发现
了控制 7个指标的 18个 QTL (表 2) , 这些 QTL共分布于 7个连锁群上 (图 2)。
通过色差计测量发现 , 控制 L3 值的 QTL有 3个 , 命名为 L3 21、L3 22 和 L3 23, 分别位于 LG2、
LG5和 LG6, 贡献率为 813% ～1516%。其中 L3 21贡献率最高 , 为 1516% , 为减效位点 , 效应值为
- 01589。L3 22和 L3 23为增效位点 , 效应值分别为 01483和 01754。控制 a3 值的 QTL有 2个 , 命名
为 a3 21和 a3 22, 分别位于 LG2和 LG9, 贡献率分别为 810%和 615%。其中 a3 21为增效位点 , 效应
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值为 01287, a3 22为减效位点 , 效应值为 - 01328。控制 b3 值的 QTL有 4个 , 命名为 b3 21、 b3 22、
b3 23和 b3 24, 分别位于 LG2、LG5、LG7和 LG9, 贡献率为 710% ～1312%。其中 b3 21贡献率最高 ,
为 1312% , b3 23贡献率最低 , 且这两个 QTL均为减效位点 , 效应值分别为 - 01847和 - 01732。 b3 22
和 b3 24为增效位点 , 效应值分别为 01627和 01781。
表 2　检测到叶色相关性状的 QTL
Table 2　QTL detected by M QM w ith M APQTL 410
性状
Traits
QTL 连锁群
LG
图谱位置
Position ( cM) LOD
侧翼标记
Flanking loci
间距
Interval( cM)
贡献率
Exp l. ( % )
加性效应
Add.
L3 L 3 21 2 0 7143 E35M5621 0 1516 - 01589
L 3 22 5 11410 3122 E38M51210 0 813 01438
L 3 23 6 2319 2115 E33M542222E33M5023 1412 911 01754
a3 a3 21 2 510 2160 E35M562122E33M4823 815 810 01287
a
3 22 9 0 2138 E36M50214 0 615 - 01328
b3 b3 21 2 0 5132 E35M5621 0 1312 - 01847
b3 22 5 10616 2125 E38M512922E38M51211 1319 712 01627
b3 23 7 1716 2170 E38M5126 0 710 - 01723
b3 24 9 0 2198 E36M50214 0 719 01781
Chl1a Chl1a21 2 0 2182 E35M5621 0 812 01032
Chl1a22 10 3210 2178 E33M4929 0 810 01026
Chl1b Chl1b21 2 0 3121 E35M5621 0 913 01013
Chl1b22 8 8611 3102 E36M4722 0 817 - 01013
Chl1b23 10 3210 3109 E33M4929 0 818 01010
Car1 Car121 2 0 2153 E35M5621 0 713 01022
Car122 8 8611 3126 E36M4722 0 913 - 01036
Car123 10 3210 1189 E33M4929 0 515 01021
目测 Eo 10 3210 2187 E33M4929 0 719 01695
Ocular meacurement
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　1期 徐东辉等 : 大白菜叶色相关形状的 QTL定位与分析 　
　　通过叶色素测定发现 , 控制叶绿素 a的 QTL有 2个 , 命名为 Chl1a21和 Chl1a22, 分别位于 LG2和
LG10, 贡献率分别为 812%和 810% , 且这两个 QTL均为增效位点 , 但效应值很低 , 分别为 01032和
01026。控制叶绿素 b的 QTL 有 3个 , 命名为 Chl1b21、Chl1b22和 Chl1b23, 分别位于 LG2、LG8和
LG10, 贡献率为 817%～913%。其中 Chl1b22为减效位点 , Chl1b21和 Chl1b23为增效位点 , 并且效应值
都很低。控制胡萝卜素的 QTL有 3个 , 命名为 Car121、Car122和 Car123, 分别位于 LG2、LG8和 LG10,
贡献率为 515%～913%。其中 Car122为减效位点 , Car121和 Car123为增效位点 , 效应值也都很低。
通过人为目测仅发现 1个 QTL, 命名为 Eo, 位于 LG10, 贡献率为 719% , 为增效位点 , 效应值
为 01695。
在 7个指标的 18个 QTL中 , 位于 LG2上的 6个 QTL除了 a3 21外 , 其余 5个 QTL均位于 LG2的
相同位置 , 并与标记 E35M5621紧密连锁 , 而且 a3 21的侧翼标记为 E35M5621和 E33M4823。位于
LG8上的 Chl1b22和 Car122两个 QTL的位置也相同 , 并与标记 E36M4722 紧密连锁。位于 LG9上的
a
3 22和 b3 24的位置也相同 , 并与 E36M50214紧密连锁。位于 LG10上的 4个 QTL位置相同 , 并与标
记 E33M4929紧密连锁。因此 , 可以利用其紧密连锁的单标记进行辅助选择。
3　讨论
311　大白菜 D H群体的构建
利用不同大白菜 DH系杂交 ( Y17722 ×Y195293) 的 F1进行游离小孢子培养获得的 DH群体 , 主
要在于利用叶色差异显著的两个大白菜亲本 , 从而形成 DH群体叶色相关性状的多态性 , 在 DH群体
各单株间形成叶色相关性状的差异 , 可以利用此群体进行叶色相关性状的 QTL分析。
312　不同方法评价叶色相关性状的优势和适用环境
色差计是对颜色进行测定的精密仪器 , 它将颜色进行数值化表示 , 并将构成叶片色泽的因素进行
区分 , 可以说是对叶色构成因素的综合评价。应用色差计测量颜色在农业和食品加工业上已有报道
(Larrauri et al. , 1998; Lentheric et al. , 1999; Ana et al. , 2003) , 但尚未见其用于测量芸薹属蔬菜叶
色的报道。本研究利用色差计共检测到 9个 QTL, 是 3种方法中检测 QTL最多的。
应用紫外分光光度计测定代谢产物可对构成颜色的物质进行测定 , 步骤比较繁琐。本研究测定了
3种主要叶色素的含量并检测到 8个 QTL, 分布在 3个连锁群。并且 3种叶色素在相同连锁群上的位
置相同 , 相同的标记紧密连锁 , 这可能与 3种叶色素的生物合成途径有关。相同的 QTL可能是控制
叶色素合成前体物质的位点 , 也可能是合成途径中某一基因的位点。
人为目测的方法是直接利用叶片颜色差异对人视觉的刺激反映进行评判、分级 , 这种方法受环境
的影响较大 , 具有较大的主观性。但通过多人评定排除环境饰变也可具有较高的准确性 , 本研究虽然
只在 LG10上检测到一个 QTL, 但这个 QTL却与 3种叶色素位于同一位置。说明人的视觉对叶片颜色
的反映与叶色素的刺激有很大关系 , 人为目测虽然没有仪器检测精确 , 但也有较高准确性 , 并且易于
操作 , 是可以用于叶色相关性状初步选择的方法。
另外 , 目测法与色度计法没有检测到共同的 QTL, 主要是因为利用色度计对颜色差异的评判与人
视觉对绿色差异的评判是两种不同水平的评判 , 二者具有一定差距。
313　叶色相关性状的 QTL分析
在白菜类蔬菜中 , 关于叶色遗传方面尚未见相关的报道。本研究对叶色相关性状进行遗传分析 ,
结果表明叶色性状是由多基因控制的数量性状 , 其性状的表现除了受叶色素组成和相对含量的影响
外 , 还与许多代谢途径相关 , 并且环境因素的作用也不可忽视。
通过分析发现 , 叶色相关性状的 QTL在连锁群上的分布是不均匀的 , 如在 LG2上分布了 6个
QTL, LG10上 4个 , LG5上 2个 , LG9上 2个 , LG8上 2个 , 其它连锁群上很少或没有分布。同时 ,
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不同指标的一些 QTL出现在同一连锁群的相同位置 , 如位于 LG2上的 5个 QTL, 并与标记 E35M5621
紧密连锁 , 在第 8、9和 10连锁群上也存在相同的现象。这些 QTL的聚集和紧密连锁现象说明影响
叶片颜色的各个因素是相关的 , 在控制性状表现上存在明显的基因间互作 , 基因位点的相关最终表现
为性状的相关。这种现象在芸薹属及其它作物的基因定位中经常出现 , 这种情况对于品种改良中连锁
累赘不良性状的排除带来诸多困难。但通过分析每个 QTL的效应和方向 , 采用标记辅助选择将有利
基因聚合 , 获得返祖或超亲新组合 , 这也展示了分析利用 QTL的巨大潜力。
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