检索
E-mail
RSS
高级检索 图表检索

当期目录 我要投稿 过刊浏览
高级检索 图表检索

作物杂志,2024, 第4期: 82–89 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2024.04.010

• 遗传育种·种质资源·生物技术 • 上一篇    下一篇

谷子主要性状主基因多基因混合遗传模型分析

解慧芳1(), 魏萌涵2, 宋中强1, 刘金荣1, 王素英1, 邢璐1, 王淑君1, 刘海萍1, 贾小平3(), 宋慧1()   

  1. 1安阳市农业科学院，455000，河南安阳
    2许昌职业技术学院，461000，河南许昌
    3河南科技大学农学院，471023，河南洛阳
  • 收稿日期:2023-02-10 修回日期:2023-09-21 出版日期:2024-08-15 发布日期:2024-08-14
  • 通讯作者: 宋慧，研究方向为谷子遗传育种，E-mail：837181622@qq.com；贾小平，研究方向为谷子资源评价与分子育种，E-mail：jiaxiaoping2007@163.com
  • 作者简介:解慧芳，研究方向为谷子遗传育种，E-mail：xiehuifangxhf@163.com
  • 基金资助:
    国家重点研发计划(2019YFD1000700);国家重点研发计划(2019YFD1000702-8);现代农业产业技术体系建设专项(CARS-06-13.5-B25);河南省青年人才托举工程项目(2021HYTP035);河南省现代农业产业体系建设专项(HARS-22-04-Z1)

Analyzing of the Mixed Inheritance Model of Major Gene Plus Polygene of Main Traits in Foxtail Millet

Xie Huifang1(), Wei Menghan2, Song Zhongqiang1, Liu Jinrong1, Wang Suying1, Xing Lu1, Wang Shujun1, Liu Haiping1, Jia Xiaoping3(), Song Hui1()   

  1. 1Anyang Academy of Agricultural Sciences, Anyang 455000, Henan, China
    2Xuchang Vocational Technical College, Xuchang 461000, Henan, China
    3College of Agriculture, Henan University of Science and Technology, Luoyang 471023, Henan, China
  • Received:2023-02-10 Revised:2023-09-21 Online:2024-08-15 Published:2024-08-14

RichHTML

1

PDF (PC)

57

摘要：

本研究揭示了谷子抽穗期、生育期、株高、主茎节数、穗下节间长、穗颈粗、穗长、单穗重和单穗粒重9个主要农艺性状遗传规律，为相关性状的进一步遗传改良及基因定位提供参考。以高产、优质、广适品种豫谷18为母本，抗除草剂品种冀谷38为父本构建1个包含584个家系的重组自交系（RIL）群体，采用主基因+多基因混合遗传模型，对RIL群体9个性状进行遗传分析。结果表明，RIL群体各性状表现出不同程度的分离，变异系数最高的为单穗粒重，最低的为生育期。对各性状进行相关性分析，表明多个性状间存在显著相关性，与单穗粒重相关性最高的为单穗重，其次为株高。遗传模型分析显示，抽穗期、生育期和穗颈粗均存在较强的主基因效应，且主基因遗传率较高。

关键词: 谷子, 重组自交系, 农艺性状, 主基因+多基因, 遗传模型

Abstract:

This study revealed the genetic rules of nine main agronomic traits in foxtail millet, including heading date, growth period, plant height, numbers of stem nodes, internode length under panicle, panicle neck diameter, panicle length, panicle diameter, single panicle weight, grain weight per panicle. These results served as a guide for future genetic improvement and gene mapping of related traits. A recombinant inbred line (RIL) population with 584 families was constructed using Yugu 18 as the female parent and Jigu 38 as the male parent. Nine traits of the RIL population were analyzed using the mixed inheritance model of major gene plus polygene. The results showed that the traits of RIL population showed different degree of separation, the highest variation coefficient was grain weight per panicle, the lowest coefficient of variation was growth period. Correlation analysis was carried out for traits, the result showed that there were significant correlations among the traits. The highest correlation with grain weight per panicle was single panicle weight, following by plant height. The genetic model analysis showed that strong main gene effects were seen in panicle neck diameter, growth period, and heading date, major genes also showed a high heritability.

Key words: Foxtail millet, Recombinant inbred line (RIL), Agronomic traits, Major gene plus polygene, Inheritance model

表1

亲本和RIL群体性状描述

性状
Trait		 亲本Parent RIL群体RIL population
豫谷18
Yugu 18		 冀谷38
Jigu 38		 最小值
Min. value		 最大值
Max. value		 中位数
Median		 平均值
Mean value		 标准偏差
Standard deviation		 变异系数
Variable coefficient (%)		 偏斜度
Skewness		 峰度
Kurtosis
抽穗期HD (d) 53.00 56.00 49.00 68.00 57.00 56.79 3.09 5.45 0.01 -0.09
生育期GP (d) 92.00 94.00 87.00 101.00 92.00 91.60 2.82 3.08 0.34 0.45
株高PH (cm) 113.17 124.00 92.00 150.33 124.00 123.92 9.69 7.82 -0.15 0.09
主茎节数NSN 12.33 14.00 10.00 16.67 13.33 13.42 1.05 7.85 -0.32 0.17
穗下节间长PIL (cm) 29.00 38.33 17.00 41.00 29.67 29.49 3.53 11.99 -0.27 0.33
穗颈粗PND (cm) 2.50 3.19 2.10 3.67 2.75 2.77 0.27 9.77 0.70 0.75
穗长PL (cm) 19.83 23.83 15.67 29.67 22.67 22.72 2.11 9.30 0.08 0.46
单穗重SPW (g) 17.95 14.84 9.44 24.44 15.78 15.92 2.59 16.25 0.44 0.02
单穗粒重GWP (g) 14.62 11.09 7.22 19.77 12.05 12.21 2.12 17.40 0.48 0.14

图1

RIL群体9个性状的频率分布（柱形）、拟合分布（红线）和成分分布（黑线）

图2

RIL群体超亲遗传比率

表2

RIL群体性状间的相关性

性状
Trait		 抽穗期
HD		 生育期
GP		 株高
PH		 主茎节数
NSN		 穗下节间长
PIL		 穗颈粗
PND		 穗长
PL		 单穗重
SPW		 单穗粒重
GWP
抽穗期HD 1.000
生育期GP 0.716** 1.000
株高PH 0.166** 0.151** 1.000
主茎节数NSN 0.385** 0.260** 0.482** 1.000
穗下节间长PIL -0.122** -0.070 0.347** -0.154** 1.000
穗颈粗PND 0.143** 0.052 0.038 0.106* -0.092* 1.000
穗长PL 0.005 0.052 0.146** 0.056 0.018 0.484** 1.000
单穗重SPW 0.119** 0.130** 0.289** 0.061 0.118** 0.256** 0.250** 1.000
单穗粒重GWP 0.124** 0.138** 0.314** 0.056 0.145** 0.242** 0.260** 0.964** 1.000

表3

9个性状备选模型的极大对数似然函数值、AIC值及遗传模型的适合性检验

性状
Trait		 备选模型
Candidate model		 极大对数似然函数值
Maximum logarithmic likelihood value		 AIC值
AIC value		 适合性检验
Test of goodness-of-fit
抽穗期HD 4MG-AI -1477.311 2976.621 1/0/0/2/2
3MG-AI -1489.350 2996.700 1/1/1/2/2
MX2-ED-A -1495.658 3003.316 0/0/0/1/1
生育期GP 4MG-AI -1172.061 2366.122 0/0/3/1/1
MX3-AI-A -1366.896 2755.791 0/0/1/1/1
MX2-EA-A -1372.996 2755.992 0/0/1/1/1
株高PH MX2-IE-A -2165.974 4341.948 0/0/0/0/0
MX2-CE-A -2165.999 4341.998 0/0/0/0/0
PG-AI -2166.407 4342.813 0/0/0/0/0
主茎节数NSN 3MG-CEA -867.231 1740.461 0/0/0/1/1
2MG-CE -868.123 1742.246 0/0/0/1/1
2MG-AE -868.004 1744.008 0/0/0/1/1
穗下节间长PIL PG-AI -1591.805 3193.611 0/0/0/0/0
MX2-AI-AI -1589.787 3195.574 0/0/0/0/0
MX1-A-AI -1591.813 3195.625 0/0/0/0/0
穗颈粗PND MX3-AI-A -39.956 101.912 0/0/1/0/0
MX2-IE-A -405.471 820.942 0/1/2/1/1
MX2-CE-A -405.489 820.978 0/1/2/1/1
穗长PL PG-AI -1269.208 2548.416 0/0/0/0/0
MX2-IE-A -1269.400 2548.801 0/0/0/0/0
MX2-CE-A -1269.430 2548.860 0/0/0/0/0
单穗重SPW MX2-AE-A -1381.294 2774.588 0/0/0/0/0
MX2-AI-AI -1380.063 2776.127 0/0/0/0/0
MX2-AI-A -1381.294 2776.588 0/0/0/0/0
单穗粒重GWP MX2-DE-A -1265.140 2540.281 0/0/0/0/0
MX2-AE-A -1264.671 2541.342 0/0/0/0/0
MX2-ED-A -1264.898 2541.797 0/0/0/0/0

表4

RIL群体相关性状的一阶遗传参数估值

性状Trait 模型Model m(m1) m2 m3 d(da) db dc iab(i*) iac ibc iabc [d]
抽穗期HD MX2-ED-A 56.925 － － 0.265 3.876 － － － － － -3.703
生育期GP MX3-AI-A 91.642 － － -2.284 -1.183 -1.187 0.086 0.087 1.184 -0.084 3.739
株高PH MX2-IE-A 122.150 － － － － － -3.575 － － － -5.417
主茎节数NSN 3MG-CEA 13.324 － － -0.361 -0.361 -0.361 － － － － －
穗下节间长PIL PG-AI 29.000 38.33 29.462 － － － － － － － －
穗颈粗PND MX3-AI-A 2.805 － － -2.514 -2.386 -2.514 -0.021 0.107 -0.021 -2.386 9.480
穗长PL PG-AI 19.830 23.83 22.716 － － － － － － － －
单穗重SPW MX2-AE-A 15.895 － － 1.151 － － 0.573 － － － -0.745
单穗粒重GWP MX2-DE-A 13.452 － － － － － -1.019 － － － 1.765

表5

RIL群体相关性状的二阶遗传参数估值

性状
Trait		 模型
Model		 方差
Variance		 主基因方差
Major gene variance		 多基因方差
Polygenes variance		 主基因遗传率
Major gene heritability (%)		 多基因遗传率
Polygenes heritability (%)
抽穗期HD MX2-ED-A 2.50 7.06 1.69 73.84 17.71
生育期GP MX3-AI-A 1.13 6.82 0.00 85.76 0.00
株高PH MX2-IE-A 83.97 10.01 83.56 10.65 88.91
主茎节数NSN 3MG-CEA 0.70 0.41 － 37.31 －
穗下节间长PIL PG-AI 12.94 － 12.45 － 96.10
穗颈粗PND MX3-AI-A 0.04 0.20 0.02 82.88 9.99
穗长PL PG-AI 4.45 － 4.34 － 97.24
单穗重SPW MX2-AE-A 3.69 3.01 3.52 44.91 52.60
单穗粒重GWP MX2-DE-A 2.71 1.81 2.55 40.00 56.51
[1] Yang X Y, Wan Z W, Perry L, et al. Early millet use in northern China. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2012, 109(10):3726-3730.
[2] Lu H Y, Zhang J P, Liu K B, et al. Earliest domestication of common millet (Panicum miliaceum) in East Asia extended to 10,000 years ago. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2009, 106(18):7367-7372.
[3] Doust A N, Kellogg E A, Devos K M, et al. Foxtail millet: a sequence-driven grass model system. Plant Physiology, 2009, 149(1):137-141.
doi: 10.1104/pp.108.129627 pmid: 19126705
[4] Lata C, Gupta S, Prasad M. Foxtail millet: a model crop for genetic and genomic studies in bioenergy grasses. Critical Reviews in Biotechnology, 2013, 33(3):328-343.
doi: 10.3109/07388551.2012.716809 pmid: 22985089
[5] Muthamilarasan M, Prasad M. Advances in Setaria genomics for genetic improvement of cereals and bioenergy grasses. Theoretical and Applied Genetics:International Journal of Breeding Research and Cell Genetics, 2015, 128(1):1-14.
[6] 刘三才, 朱志华, 李为喜, 等. 谷子品种资源微量元素硒和蛋白质含量的测定与评价. 中国农业科学, 2009, 42(11):3812-3818.
[7] Liu M X, Ping L. Distribution of vitamin E content and its correlation with agronomic traits and carotenoids content in foxtail millet varieties in China. Acta Agronomica Sinica, 2013, 39(3):398.
[8] Shao L H, Wang L, Bai W W, et al. Evaluation and analysis of folic acid content in millet from different ecological regions in Shanxi province. Scientia Agricultura Sinica, 2014, 47(7):1265-1272.
[9] Poole G J. Identification of quantitative trait loci (QTL) for resistance to Fusarium crown rot in wheat and a survey of Fusarium pseudograminearum and F. culmorum in the Pacific Northwest of the U.S. Dissertations & Theses-Gradworks, 2010, 99(6).
[10] Zhai H J, Feng Z Y, Li J, et al. QTL analysis of spike morphological traits and plant height in winter wheat (Triticum aestivum L.) using a high-density SNP and SSR-Based linkage map. Frontiers in Plant Science, 2016, 7:1617.
[11] Li H J, Yang Q S, Fan N N, et al. Quantitative trait locus analysis of heterosis for plant height and ear height in an elite maize hybrid Zhengdan 958 by design III. BMC Genetics, 2017, 18(1):36.
doi: 10.1186/s12863-017-0503-9 pmid: 28415964
[12] 王靖天, 张亚雯, 杜应雯, 等. 数量性状主基因+多基因混合遗传分析R软件包SEA v2.0. 作物学报, 2022, 48(6):1416-1424.
doi: 10.3724/SP.J.1006.2022.14088
[13] 盖钧镒, 章元明, 王建康. QTL混合遗传模型扩展至2对主基因+多基因时的多世代联合分析. 作物学报, 2000, 26(4):385-391.
[14] 章元明, 盖钧镒. 数量性状主基因+多基因混合遗传分析中鉴定多基因存在的IECM算法. 生物数学学报, 1999, 14(4):429-434.
[15] 章元明, 盖钧镒. 利用DH或RIL群体检测QTL体系并估计其遗传效应. 遗传学报, 2000, 27(7):634-640.
[16] 解松峰, 吉万全, 王长有, 等. 等小麦穗部性状的主基因+多基因混合遗传模型分析. 中国农业科学, 2019, 52(24):4437-4452.
doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.24.001
[17] 江建华, 张武汉, 党小景,等. 水稻核不育系柱头性状的主基因+多基因遗传分析. 作物学报, 2021, 47(7):1215-1227.
doi: 10.3724/SP.J.1006.2021.02057
[18] 龚举武, 刘爱英, 段丽, 等. 不同环境下‘中棉所70’RIL群体棉铃重的主基因+多基因遗传分析. 中国农学通报, 2019, 35(15):128-137.
doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb18010162
[19] 朱猛, 于大伟, 员海燕. 抗旱型玉米苗期根系性状的主基因+多基因遗传模型分析. 西北农林科技大学学报(自然科学版), 2022, 50(1):81-90.
[20] 张毛宁, 黄冰艳, 苗利娟, 等. 巢式杂交分离群体的花生籽仁性状的主基因+多基因混合遗传模型分析. 中国农业科学, 2021, 54(13):2916-2939.
doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2021.13.019
[21] 吴兴富, 焦芳婵, 陈学军, 等. 烟草主要农艺性状的主基因+多基因遗传分析. 分子植物育种, 2021, 19(19):6438-6447.
[22] 崔月, 陆建农, 施玉珍, 等. 蓖麻株高性状主基因+多基因遗传分析. 作物学报, 2019, 45(7):1111-1118.
doi: 10.3724/SP.J.1006.2019.84127
[23] 郭淑青, 宋慧, 杨清华, 等. 谷子株高及穗部性状主基因+多基因混合遗传模型分析. 中国农业科学, 2021, 54(24):5177-5193.
doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2021.24.002
[24] 乔慧琴, 杜晓芬, 杨慧卿, 等. 谷子不育系高146A不育与早抽穗性状遗传关系分析. 中国农学通报, 2015, 31(27):159-163.
doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb15020101
[25] 陆平. 谷子种质资源描述规范和数据标准. 北京: 中国农业出版社, 2006.
[26] 任芹勇, 樊巧利, 李涛, 等. 65份谷子品种农艺性状聚类和相关性. 分子植物育种, 2017, 15(12):5178-5188.
[27] 李晓宇, 王昆鹏, 刘迎春, 等. 谷子主要农艺性状分析. 内蒙古农业大学学报(自然科学版), 2015, 36(2):26-30.
[28] 赵芳, 张晓磊, 魏玮, 等. 杂交谷子重组自交系群体农艺性状分析. 种子, 2021, 40(8):30-38.
[29] 贾小平, 李剑峰, 赵渊, 等. 谷子抽穗期与农艺性状的相关与回归分析. 植物遗传资源学报, 2019, 20(3):634-645.
[30] 王晓宇, 刁现民, 王节之, 等. 谷子SSR分子图谱构建及主要农艺性状QTL定位. 植物遗传资源学报, 2013, 14(5):871-878.
doi: 10.13430/j.cnki.jpgr.2013.05.017
[31] 杨慧卿, 王军, 袁峰, 等. 西北春谷区中晚熟组谷子主要农艺性状的相关和通径分析. 河北农业科学, 2010, 14(11):105-106,111.
[32] 张艾英, 郭二虎, 刁现民, 等. 2005-2015年西北春谷中晚熟区谷子育成品种评价. 中国农业科学, 2017, 50(23):4486-4495.
doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2017.23.003
[33] 解云, 李强, 郭世华. 30份谷子品种农艺性状的遗传多样性及相关性. 分子植物育种, 2020, 18(9):3079-3085.
[34] 陈茜午, 张永虎, 温蕊. 56份谷子品种(系)表型性状比较分析. 种子, 2020, 39(8):56-60.
[35] Liu T, He J, Dong K, et al. QTL mapping of yield component traits on bin map generated from resequencing a RIL population of foxtail millet (Setaria italica). BMC Genomics, 2020, 21(1):141.
doi: 10.1186/s12864-020-6553-9 pmid: 32041544
[36] 杨朋娟, 张世文, 王振山, 等. 多环境评估谷子资源主要农艺性状遗传参数. 植物遗传资源学报, 2022, 23(4):1046-1054.
[37] He Q, Zhi H, Tang S, et al. QTL mapping for foxtail millet plant height in multi-environment using an ultra-high density bin map. Theoretical and Applied Genetics, 2021, 134(2):557-572.
doi: 10.1007/s00122-020-03714-w pmid: 33128073
[38] 解松峰, 吉万全, 张耀元, 等. 小麦重要产量性状的主基因+多基因混合遗传分析. 作物学报, 2020, 46(3):365-384.
doi: 10.3724/SP.J.1006.2020.91044
[39] Zhang K, Fan G Y, Zhang X X, et al. Identification of QTLs for 14 agronomically important traits in setaria italica based on SNPs generated from high-throughput sequencing. Genes|Genomes| Genetics, 2017, 7(5):1587-1594.
[40] Wang J, Wang Z L, Du X F, et al. A high-density genetic map and QTL analysis of agronomic traits in foxtail millet [Setaria italica (L.) P. Beauv.] using RAD-seq. PLoS ONE, 2017, 12(6):e0179717.
[1] 马延华, 孙德全, 李绥艳, 林红, 潘丽艳, 李东林, 范金生, 吴建忠, 杨国伟. 黑龙江省玉米地方品种主要农艺性状综合评价及优异种质资源筛选[J]. 作物杂志, 2024, (4): 103–112
[2] 袁迪, 智慧, 王海岗, 张慧, 姚琦, 梁红凯, 王君杰, 陈凌, 刁现民, 贾冠清. 我国谷子登记品种遗传多样性分析及综合评价[J]. 作物杂志, 2024, (4): 14–23
[3] 杜杰, 冯宇, 夏清, 智慧, 王文霞. 外源油菜素内酯缓解谷子穗分化期干旱胁迫的机理研究[J]. 作物杂志, 2024, (4): 144–151
[4] 李虎, 吴子帅, 刘广林, 罗群昌, 陈传华, 朱其南. 不同栽培条件对水稻籽粒镉含量及主要性状的影响研究[J]. 作物杂志, 2024, (4): 203–208
[5] 李春花, 吴晗, 加央多拉, 王春龙, 王艳青, 任长忠. 播期对甜荞品种（系）农艺性状及产量的影响[J]. 作物杂志, 2024, (4): 216–222
[6] 宋全昊, 曹燕威, 金艳, 肖永贵, 宋佳静, 赵立尚, 陈杰, 白冬, 朱统泉. 50份ICARDA新引进小麦种质资源的综合评价[J]. 作物杂志, 2024, (4): 54–61
[7] 宋慧, 王涛, 邢璐, 刘俊芳, 张扬, 刘金荣, 陈红旗, 冯佰利. 不同谷子品种喷施咪唑啉酮除草剂后的转录组分析[J]. 作物杂志, 2024, (3): 13–22
[8] 杜杰, 苏福丽, 夏清, 智慧, 王文霞. 谷子苗期对低温胁迫的生理生化响应[J]. 作物杂志, 2024, (3): 180–185
[9] 包雪莲, 文峰, 金晓光, 呼瑞梅, 黄前晶, 张桂华, 齐金全, 白颖哲, 乌月汗, 白乙拉图. 蒙东粮食主产区不同谷子品种的适应性分析[J]. 作物杂志, 2024, (3): 201–206
[10] 刘莹, 尹泽群, 吴柏辰, 徐明丽, 刘畅, 石慧姝, 庞博, 苗兴芬. 复合盐碱胁迫对不同谷子品种萌发期的影响及耐盐碱品种筛选[J]. 作物杂志, 2024, (3): 207–215
[11] 刘繁超, 方淑梅, 王庆燕, 王晗昕, 牛娟娟, 梁喜龙. 不同浓度外源氨基酸对水稻秧苗生长及相关生理指标的影响[J]. 作物杂志, 2024, (2): 71–79
[12] 张璐, 李登明, 翟晓宇, 武俊英, 高世华, 赵宇飞. 燕麦刈割期农艺与品质性状差异及其与再生性能的关系[J]. 作物杂志, 2024, (1): 220–228
[13] 孙远涛, 龙文靖, 李元, 刘天朋, 赵甘霖, 丁国祥, 倪先林. 45份糯高粱种质资源主要农艺性状和SSR标记的遗传多样性分析[J]. 作物杂志, 2024, (1): 57–64
[14] 董好胜, 王琦, 闫鹏, 许艳丽, 张薇, 卢霖, 董志强. 乙矮合剂对谷子茎秆抗倒伏能力及产量的影响[J]. 作物杂志, 2023, (6): 181–189
[15] 赵丽洁, 赵海燕, 韩根兰, 王江, 聂萌恩, 杜慧玲, 原向阳, 董淑琦. 氮肥配施有机肥对谷子品质的影响[J]. 作物杂志, 2023, (6): 224–232
Viewed
Full text


Abstract

Cited
  Shared   
  Discussed   
No Suggested Reading articles found!