家蚕主要经济性状的QTL定位研究进展

所属分类：农业论文阅读次时间：2020-04-26 15:41

本文摘要：摘要:家蚕经济性状改良一直是蚕育种工作者的重要目标之一，随着分子生物学技术的发展，控制家蚕经济性状的数量性状位点(QTL)定位研究工作得以大量开展，使得家蚕分子标记辅助育种成为可能。综述了家蚕遗传图谱的构建进程、家蚕QTL定位常用分离群体、茧质性状

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　　摘要:家蚕经济性状改良一直是蚕育种工作者的重要目标之一，随着分子生物学技术的发展，控制家蚕经济性状的数量性状位点(QTL)定位研究工作得以大量开展，使得家蚕分子标记辅助育种成为可能。综述了家蚕遗传图谱的构建进程、家蚕QTL定位常用分离群体、茧质性状QTL定位研究现状，并分析了家蚕经济性状QTL定位研究中存在的问题，以期为推进家蚕分子标记辅助育种提供参考。

　　关键词:家蚕;经济性状;数量性状;定位

中国农学通报

　　家蚕是一种重要的经济昆虫，我国种桑养蚕发展至今已有几千年的历史。近年来，随着农业产业结构的调整，以及产业扶贫的逐步推进，种桑养蚕这项传统产业焕发出新的活力，在我国部分地区的农业经济发展中发挥了重要作用[1]。家蚕的经济性状主要包括全茧量、茧层量、茧层率、蛹体重等，这些性状一般都是数量性状，由微效多基因控制，且易受到饲养条件和生长环境的影响[2]。对家蚕上述经济性状进行改良，提高蚕茧产量和质量，一直是家蚕育种工作者的重要目标[3]。

　　目前家蚕育种仍以传统的杂交和回交为主，即通过表现型进行基因型的选择，品种改良所需时间长、效率不高，尤其当有利性状与不利性状连锁时，要选育最佳基因型组合的优良品种难度更大[3]。随着数量遗传学和分子生物技术的快速发展，数量性状位点(quantitativetraitlocus，QTL)的定位分析得以逐步实现，利用连锁群上已知的分子标记，不仅可以将影响数量性状的基因定位在染色体上，还可以分析位点各自的效应以及互作效应，为实现对基因型的直接选择提供了可能[4]。本文主要对近年来家蚕重要经济性状的QTL定位研究现状进行综述，并对家蚕主要经济性状QTL定位分析和分子辅助育种中存在的问题进行分析，以期对加快家蚕经济性状分子标记辅助育种进程提供参考。

　　1家蚕遗传图谱的构建

　　对数量性状进行准确定位，首先要建立高密度的遗传连锁图谱，即通过遗传信息重组得到基因线性排列图，可以显示基因与遗传标记在染色体上的相对位置。早期构建遗传连锁图谱，主要依靠以分子杂交为主的DNA标记技术。Goldsmith于1994年利用RFLP(Restrictionfragmentlengthpolymorphism)技术绘制出第一张家蚕RFLP分子连锁图谱，包括52个PFLP标记[5]。次年，Promboon等以P50和C108为亲本，构建了第一张家蚕RAPD(RandomamplifiedpolymorphicDNA)遗传连锁图，包含168个RAPD标记[6]。

　　1998年，Yasukochi等以RAPD为分子标记，构建了首张涵盖家蚕28条染色体的分子遗传图谱，也是首张密度较高的遗传图谱，包含了1018个分子标记，平均图距2cm[7]。2001年，万春玲、朱玉芳等利用AFLP(Amplificationfragmentlengthpolymorphism)标记分别构建了3张遗传图谱，覆盖基因组的总长度高达6512cm[8~9]。但早期使用的RAPD或AFLP标记多态性、重复性较差[10]。

　　随着更多重复性好、序列已知的共显性标记的开发应用，家蚕遗传连锁图谱的构建进程得以加快。2005年Miao等构建了第一张家蚕SSR(Simplese￣quencerepeats)分子遗传图谱，涵盖了家蚕29条染色体上的518个分子标记[11]。2006年Yamamoto构建了第一张家蚕SNP(Singlenucleotidepolymo￣phism)分子遗传图谱，此图谱含有534个SNP标记，并将964个RFLP标记整合其中，组成了一张包含1688个独立基因的整合图谱[12~13]。这些分子遗传图谱的构建为家蚕数量性状基因的定位研究奠定了坚实基础。

　　2家蚕经济性状QTL定位常用群体

　　2.1亲本的选择

　　用于QTL定位分析的亲本首先应具有较大的目标性状差异，以便筛选出更多多态性的分子标记。2003年，司马杨虎以872(茧丝量中等偏高，春秋兼用品种)和湘晖(茧丝量较872少，夏秋品种)为亲本，对控制家蚕全茧量、茧层量、茧层率、蛹体重的数量性状位点进行了定位分析[14]。

　　2004和2005年，鲁成、张烈、李斌等分别以大造(绿色茧，茧丝量少茧质差)和C100(白色茧，茧丝量中等茧丝质优)为亲本，对控制家蚕重要经济性状的QTL进行了定位研究[3][15~16]。2009—2013年，Zhan、王修业、李冰及候成香等人均以菁松(茧丝量多丝质优，二化性品种)和兰10(茧丝量低丝质差，有滞育多化性品种)为亲本，对家蚕的5种经济性状进行了定位分析[2][17~19]。2018年，李春林以茧质性状表现差异较大的两个品系IS-大造和872B为亲本，对家蚕茧层量进行了精细定位[20]。

　　2.2作图群体的构建

　　遗传分析群体类型在很大程度上影响了定位的准确性及精度。家蚕数量性状定位研究曾被使用的作图群体包括F2和回交群体，也称为临时性群体，是通过将目标性状差异较大的两个亲本杂交得到F1代，再自交或与亲本回交配置完成的。这种临时性群体配置简单，所需时间较短，基因型相对丰富，可以满足家蚕数量性状定位的需求[20]。近年来，家蚕主要经济性状的定位研究通常使用回交群体，从一定程度上规避了经济性状的性别效应以及雌配子发生过程中染色体完全连锁对定位效果的影响。

　　3家蚕茧质性状QTL定位研究现状

　　谭远德于1996年运用形态学标记，将控制家蚕全茧量、茧层量和茧长的主基因定位在Z染色体上[21];同年，何克荣等将影响全茧量的一个基因定位在第11染色体上，且确认该位点具有显性效应[22]。2004年，鲁成等以AFLP为分子标记利用家蚕大造和C100的回交一代为作图群体，对家蚕全茧量、茧层量、蛹体重、茧层率进行了QTL定位分析，检测到与全茧量相关的位点2个，位于第6、19连锁群上;与茧层率有关的位点3个，位于第2、11和15连锁群上;与茧层量有关的位点3个，位于第3、14和19连锁群上;与蛹体重有关的位点3个，分别位于第2、14和19连锁群上[15]。

　　2005年，李斌等利用同样的亲代及回交一代对4个重要经济性状进行了定位研究，其中检测到4个贡献率超过30%的数量性状位点，分别为控制全茧量的qCW-19、控制茧层率的qCSR-4、控制茧层量的qSW-2和控制蛹体重的qPW-23[16]。同年(2005)，司马杨虎以湘晖和872为亲本配置的98个F2代个体为作图群体，对上述4种经济性状进行了定位分析，共检测出23个具有显著效应的数量性状位点;并通过分析发现，控制全茧量和茧层量的位点一般具有上位效应，而控制茧层率和蛹体重的位点主要具有加性或显性效应，尤其与蛹体重有关的位点大都呈现显著的负向显性效应[23]。Zhan等2009年利用SSR标记技术对菁松和兰10的回交一代群体进行了QTL定位分析，共检测到与茧质相关的数量性状位点7个，且发现有些QTL位点能同时影响几个性状[17]。

　　2013年，侯成香在Zhan的研究基础上，同样以菁松和兰10的回交一代雄性个体为研究对象，对Z染色体上与茧丝相关的性状进行了精细定位，获得了与茧丝量、全茧量、茧层量、蛹体重、茧丝长等相关的数量性状位点，且都有较高的支持率，但未检测到控制茧层率的数量性状位点[19]。2018年，李春林等以IS-大造和872B为亲本配置了定位分析群体，利用极端性状混池法对控制茧层量的QTL进行了定位，结果表明第1和11号染色体上的CSW1和CSW2具有较高的效应值[20]。

　　4家蚕茧质性状QTL定位研究存在的问题

　　4.1QTL定位研究的亲本选择单一

　　目前，前人开展家蚕经济性状QTL定位研究时，使用较多的亲本主要为茧质性状优良的菁松和C100，以及茧质性状较差的大造和兰10。亲本选择较为单一，且家蚕实用品种选择较少。由此可以看出，在试验材料的选择上，对于QTL定位的可行性考虑较多，而对今后开展实用品种分子标记辅助育种实践，考虑的相对较少，未能将QTL定位研究与分子标记辅助育种实践紧密结合在一起。因此，对于今后进行家蚕茧质性状的QTL定位分析，笔者认为应综合考虑亲本组合的选择，尽量选用蚕茧生产上推广使用的实用品种，打通QTL定位理论研究与分子标记辅助育种实践的联结障碍。

　　4.2QTL定位研究结果有待进一步验证

　　目前，有多位研究者进行了家蚕重要经济性状的QTL定位研究，但分析研究结果发现，选用不同亲本进行的定位分析，各性状的主效位点差异较大;且选用相同亲本进行的定位研究其结果也不完全一样，因此对于前人的研究结果，仍需要进行进一步的验证。针对此问题，笔者认为首先应进一步提高分子遗传连锁图谱的密度，增加分子标记位点数，以此提高数量性状位点定位研究的准确性;其次，应增加亲本种类，选用不同的实用亲本类型进行多地点饲养后对已公布的QTL位点进行验证，以筛选出不同饲养环境下均能稳定表达的茧质性状QTL位点，并进一步实施精细定位或图位克隆。

　　5小结

　　随着现代分子生物技术和生物信息学的飞速发展，家蚕数量性状定位研究已取得了较多的研究成果，已能利用分子标记实现家蚕部分目标性状的定向育种，大大缩短了目标性状的育种进程和难度。虽然家蚕经济性状的分子标记辅助育种过程还有很多问题需要解决，但随着分子生物学研究的不断深入以及新成果的不断涌现，将来分子标记辅助育种定能为家蚕茧质性状的改良做出重要贡献。

　　参考文献

　　[1]刘娜，李娟，秦笙，等.家蚕茧丝相关性状的研究进展[J].中国蚕业，2016，37(4):6~9.

　　[2]李冰.家蚕茧质相关性状的QTL分析[D].镇江:江苏科技大学，2012.

　　[3]张烈.家蚕分子标记连锁图构建及茧质性状的QTL定位研究[D].重庆:西南农业大学，2004.

　　[4]齐波，杨加银.大豆籽粒蛋白质含量相关QTL定位研究进展[J].中国农学通报，2017，33(34):56~62

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