家蠶主要經(jīng)濟(jì)性狀的QTL定位研究進(jìn)展

　　摘要:家蠶經(jīng)濟(jì)性狀改良一直是蠶育種工作者的重要目標(biāo)之一，隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，控制家蠶經(jīng)濟(jì)性狀的數(shù)量性狀位點(diǎn)(QTL)定位研究工作得以大量開(kāi)展，使得家蠶分子標(biāo)記輔助育種成為可能。綜述了家蠶遺傳圖譜的構(gòu)建進(jìn)程、家蠶QTL定位常用分離群體、繭質(zhì)性狀QTL定位研究現(xiàn)狀，并分析了家蠶經(jīng)濟(jì)性狀QTL定位研究中存在的問(wèn)題，以期為推進(jìn)家蠶分子標(biāo)記輔助育種提供參考。

　　關(guān)鍵詞:家蠶;經(jīng)濟(jì)性狀;數(shù)量性狀;定位

　　家蠶是一種重要的經(jīng)濟(jì)昆蟲(chóng)，我國(guó)種桑養(yǎng)蠶發(fā)展至今已有幾千年的歷史。近年來(lái)，隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，以及產(chǎn)業(yè)扶貧的逐步推進(jìn)，種桑養(yǎng)蠶這項(xiàng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)煥發(fā)出新的活力，在我國(guó)部分地區(qū)的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮了重要作用[1]。家蠶的經(jīng)濟(jì)性狀主要包括全繭量、繭層量、繭層率、蛹體重等，這些性狀一般都是數(shù)量性狀，由微效多基因控制，且易受到飼養(yǎng)條件和生長(zhǎng)環(huán)境的影響[2]。對(duì)家蠶上述經(jīng)濟(jì)性狀進(jìn)行改良，提高蠶繭產(chǎn)量和質(zhì)量，一直是家蠶育種工作者的重要目標(biāo)[3]。

　　目前家蠶育種仍以傳統(tǒng)的雜交和回交為主，即通過(guò)表現(xiàn)型進(jìn)行基因型的選擇，品種改良所需時(shí)間長(zhǎng)、效率不高，尤其當(dāng)有利性狀與不利性狀連鎖時(shí)，要選育最佳基因型組合的優(yōu)良品種難度更大[3]。隨著數(shù)量遺傳學(xué)和分子生物技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)量性狀位點(diǎn)(quantitativetraitlocus，QTL)的定位分析得以逐步實(shí)現(xiàn)，利用連鎖群上已知的分子標(biāo)記，不僅可以將影響數(shù)量性狀的基因定位在染色體上，還可以分析位點(diǎn)各自的效應(yīng)以及互作效應(yīng)，為實(shí)現(xiàn)對(duì)基因型的直接選擇提供了可能[4]。本文主要對(duì)近年來(lái)家蠶重要經(jīng)濟(jì)性狀的QTL定位研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，并對(duì)家蠶主要經(jīng)濟(jì)性狀QTL定位分析和分子輔助育種中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，以期對(duì)加快家蠶經(jīng)濟(jì)性狀分子標(biāo)記輔助育種進(jìn)程提供參考。

　　1家蠶遺傳圖譜的構(gòu)建

　　對(duì)數(shù)量性狀進(jìn)行準(zhǔn)確定位，首先要建立高密度的遺傳連鎖圖譜，即通過(guò)遺傳信息重組得到基因線(xiàn)性排列圖，可以顯示基因與遺傳標(biāo)記在染色體上的相對(duì)位置。早期構(gòu)建遺傳連鎖圖譜，主要依靠以分子雜交為主的DNA標(biāo)記技術(shù)。Goldsmith于1994年利用RFLP(Restrictionfragmentlengthpolymorphism)技術(shù)繪制出第一張家蠶RFLP分子連鎖圖譜，包括52個(gè)PFLP標(biāo)記[5]。次年，Promboon等以P50和C108為親本，構(gòu)建了第一張家蠶RAPD(RandomamplifiedpolymorphicDNA)遺傳連鎖圖，包含168個(gè)RAPD標(biāo)記[6]。

　　1998年，Yasukochi等以RAPD為分子標(biāo)記，構(gòu)建了首張涵蓋家蠶28條染色體的分子遺傳圖譜，也是首張密度較高的遺傳圖譜，包含了1018個(gè)分子標(biāo)記，平均圖距2cm[7]。2001年，萬(wàn)春玲、朱玉芳等利用AFLP(Amplificationfragmentlengthpolymorphism)標(biāo)記分別構(gòu)建了3張遺傳圖譜，覆蓋基因組的總長(zhǎng)度高達(dá)6512cm[8~9]。但早期使用的RAPD或AFLP標(biāo)記多態(tài)性、重復(fù)性較差[10]。

　　隨著更多重復(fù)性好、序列已知的共顯性標(biāo)記的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，家蠶遺傳連鎖圖譜的構(gòu)建進(jìn)程得以加快。2005年Miao等構(gòu)建了第一張家蠶SSR(Simplese￣quencerepeats)分子遺傳圖譜，涵蓋了家蠶29條染色體上的518個(gè)分子標(biāo)記[11]。2006年Yamamoto構(gòu)建了第一張家蠶SNP(Singlenucleotidepolymo￣phism)分子遺傳圖譜，此圖譜含有534個(gè)SNP標(biāo)記，并將964個(gè)RFLP標(biāo)記整合其中，組成了一張包含1688個(gè)獨(dú)立基因的整合圖譜[12~13]。這些分子遺傳圖譜的構(gòu)建為家蠶數(shù)量性狀基因的定位研究奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

　　2家蠶經(jīng)濟(jì)性狀QTL定位常用群體

　　2.1親本的選擇

　　用于QTL定位分析的親本首先應(yīng)具有較大的目標(biāo)性狀差異，以便篩選出更多多態(tài)性的分子標(biāo)記。2003年，司馬楊虎以872(繭絲量中等偏高，春秋兼用品種)和湘暉(繭絲量較872少，夏秋品種)為親本，對(duì)控制家蠶全繭量、繭層量、繭層率、蛹體重的數(shù)量性狀位點(diǎn)進(jìn)行了定位分析[14]。

　　2004和2005年，魯成、張烈、李斌等分別以大造(綠色繭，繭絲量少繭質(zhì)差)和C100(白色繭，繭絲量中等繭絲質(zhì)優(yōu))為親本，對(duì)控制家蠶重要經(jīng)濟(jì)性狀的QTL進(jìn)行了定位研究[3][15~16]。2009—2013年，Zhan、王修業(yè)、李冰及候成香等人均以菁松(繭絲量多絲質(zhì)優(yōu)，二化性品種)和蘭10(繭絲量低絲質(zhì)差，有滯育多化性品種)為親本，對(duì)家蠶的5種經(jīng)濟(jì)性狀進(jìn)行了定位分析[2][17~19]。2018年，李春林以繭質(zhì)性狀表現(xiàn)差異較大的兩個(gè)品系IS-大造和872B為親本，對(duì)家蠶繭層量進(jìn)行了精細(xì)定位[20]。

　　2.2作圖群體的構(gòu)建

　　遺傳分析群體類(lèi)型在很大程度上影響了定位的準(zhǔn)確性及精度。家蠶數(shù)量性狀定位研究曾被使用的作圖群體包括F2和回交群體，也稱(chēng)為臨時(shí)性群體，是通過(guò)將目標(biāo)性狀差異較大的兩個(gè)親本雜交得到F1代，再自交或與親本回交配置完成的。這種臨時(shí)性群體配置簡(jiǎn)單，所需時(shí)間較短，基因型相對(duì)豐富，可以滿(mǎn)足家蠶數(shù)量性狀定位的需求[20]。近年來(lái)，家蠶主要經(jīng)濟(jì)性狀的定位研究通常使用回交群體，從一定程度上規(guī)避了經(jīng)濟(jì)性狀的性別效應(yīng)以及雌配子發(fā)生過(guò)程中染色體完全連鎖對(duì)定位效果的影響。

　　3家蠶繭質(zhì)性狀QTL定位研究現(xiàn)狀

　　譚遠(yuǎn)德于1996年運(yùn)用形態(tài)學(xué)標(biāo)記，將控制家蠶全繭量、繭層量和繭長(zhǎng)的主基因定位在Z染色體上[21];同年，何克榮等將影響全繭量的一個(gè)基因定位在第11染色體上，且確認(rèn)該位點(diǎn)具有顯性效應(yīng)[22]。2004年，魯成等以AFLP為分子標(biāo)記利用家蠶大造和C100的回交一代為作圖群體，對(duì)家蠶全繭量、繭層量、蛹體重、繭層率進(jìn)行了QTL定位分析，檢測(cè)到與全繭量相關(guān)的位點(diǎn)2個(gè)，位于第6、19連鎖群上;與繭層率有關(guān)的位點(diǎn)3個(gè)，位于第2、11和15連鎖群上;與繭層量有關(guān)的位點(diǎn)3個(gè)，位于第3、14和19連鎖群上;與蛹體重有關(guān)的位點(diǎn)3個(gè)，分別位于第2、14和19連鎖群上[15]。

　　2005年，李斌等利用同樣的親代及回交一代對(duì)4個(gè)重要經(jīng)濟(jì)性狀進(jìn)行了定位研究，其中檢測(cè)到4個(gè)貢獻(xiàn)率超過(guò)30%的數(shù)量性狀位點(diǎn)，分別為控制全繭量的qCW-19、控制繭層率的qCSR-4、控制繭層量的qSW-2和控制蛹體重的qPW-23[16]。同年(2005)，司馬楊虎以湘暉和872為親本配置的98個(gè)F2代個(gè)體為作圖群體，對(duì)上述4種經(jīng)濟(jì)性狀進(jìn)行了定位分析，共檢測(cè)出23個(gè)具有顯著效應(yīng)的數(shù)量性狀位點(diǎn);并通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，控制全繭量和繭層量的位點(diǎn)一般具有上位效應(yīng)，而控制繭層率和蛹體重的位點(diǎn)主要具有加性或顯性效應(yīng)，尤其與蛹體重有關(guān)的位點(diǎn)大都呈現(xiàn)顯著的負(fù)向顯性效應(yīng)[23]。Zhan等2009年利用SSR標(biāo)記技術(shù)對(duì)菁松和蘭10的回交一代群體進(jìn)行了QTL定位分析，共檢測(cè)到與繭質(zhì)相關(guān)的數(shù)量性狀位點(diǎn)7個(gè)，且發(fā)現(xiàn)有些QTL位點(diǎn)能同時(shí)影響幾個(gè)性狀[17]。

　　2013年，侯成香在Zhan的研究基礎(chǔ)上，同樣以菁松和蘭10的回交一代雄性個(gè)體為研究對(duì)象，對(duì)Z染色體上與繭絲相關(guān)的性狀進(jìn)行了精細(xì)定位，獲得了與繭絲量、全繭量、繭層量、蛹體重、繭絲長(zhǎng)等相關(guān)的數(shù)量性狀位點(diǎn)，且都有較高的支持率，但未檢測(cè)到控制繭層率的數(shù)量性狀位點(diǎn)[19]。2018年，李春林等以IS-大造和872B為親本配置了定位分析群體，利用極端性狀混池法對(duì)控制繭層量的QTL進(jìn)行了定位，結(jié)果表明第1和11號(hào)染色體上的CSW1和CSW2具有較高的效應(yīng)值[20]。

　　4家蠶繭質(zhì)性狀QTL定位研究存在的問(wèn)題

　　4.1QTL定位研究的親本選擇單一

　　目前，前人開(kāi)展家蠶經(jīng)濟(jì)性狀QTL定位研究時(shí)，使用較多的親本主要為繭質(zhì)性狀優(yōu)良的菁松和C100，以及繭質(zhì)性狀較差的大造和蘭10。親本選擇較為單一，且家蠶實(shí)用品種選擇較少。由此可以看出，在試驗(yàn)材料的選擇上，對(duì)于QTL定位的可行性考慮較多，而對(duì)今后開(kāi)展實(shí)用品種分子標(biāo)記輔助育種實(shí)踐，考慮的相對(duì)較少，未能將QTL定位研究與分子標(biāo)記輔助育種實(shí)踐緊密結(jié)合在一起。因此，對(duì)于今后進(jìn)行家蠶繭質(zhì)性狀的QTL定位分析，筆者認(rèn)為應(yīng)綜合考慮親本組合的選擇，盡量選用蠶繭生產(chǎn)上推廣使用的實(shí)用品種，打通QTL定位理論研究與分子標(biāo)記輔助育種實(shí)踐的聯(lián)結(jié)障礙。

　　4.2QTL定位研究結(jié)果有待進(jìn)一步驗(yàn)證

　　目前，有多位研究者進(jìn)行了家蠶重要經(jīng)濟(jì)性狀的QTL定位研究，但分析研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，選用不同親本進(jìn)行的定位分析，各性狀的主效位點(diǎn)差異較大;且選用相同親本進(jìn)行的定位研究其結(jié)果也不完全一樣，因此對(duì)于前人的研究結(jié)果，仍需要進(jìn)行進(jìn)一步的驗(yàn)證。針對(duì)此問(wèn)題，筆者認(rèn)為首先應(yīng)進(jìn)一步提高分子遺傳連鎖圖譜的密度，增加分子標(biāo)記位點(diǎn)數(shù)，以此提高數(shù)量性狀位點(diǎn)定位研究的準(zhǔn)確性;其次，應(yīng)增加親本種類(lèi)，選用不同的實(shí)用親本類(lèi)型進(jìn)行多地點(diǎn)飼養(yǎng)后對(duì)已公布的QTL位點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證，以篩選出不同飼養(yǎng)環(huán)境下均能穩(wěn)定表達(dá)的繭質(zhì)性狀QTL位點(diǎn)，并進(jìn)一步實(shí)施精細(xì)定位或圖位克隆。

　　5小結(jié)

　　隨著現(xiàn)代分子生物技術(shù)和生物信息學(xué)的飛速發(fā)展，家蠶數(shù)量性狀定位研究已取得了較多的研究成果，已能利用分子標(biāo)記實(shí)現(xiàn)家蠶部分目標(biāo)性狀的定向育種，大大縮短了目標(biāo)性狀的育種進(jìn)程和難度。雖然家蠶經(jīng)濟(jì)性狀的分子標(biāo)記輔助育種過(guò)程還有很多問(wèn)題需要解決，但隨著分子生物學(xué)研究的不斷深入以及新成果的不斷涌現(xiàn)，將來(lái)分子標(biāo)記輔助育種定能為家蠶繭質(zhì)性狀的改良做出重要貢獻(xiàn)。

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　　農(nóng)業(yè)論文投稿刊物：中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)設(shè)置欄目畜牧獸醫(yī)科學(xué)、農(nóng)業(yè)生物技術(shù)科學(xué)、食品科學(xué)、農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)科學(xué)、林業(yè)科學(xué)、農(nóng)藝科學(xué)、植物生理科學(xué)、土壤肥料科學(xué)、園藝園林科學(xué)、植物保護(hù)科學(xué)、生態(tài)農(nóng)業(yè)科學(xué)、農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境科學(xué)、熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)、農(nóng)業(yè)信息科學(xué)、農(nóng)業(yè)工程科學(xué)、水產(chǎn)漁業(yè)科學(xué)、農(nóng)業(yè)史學(xué)、農(nóng)業(yè)傳媒科學(xué)、農(nóng)村能源科學(xué)等;還有農(nóng)業(yè)、農(nóng)村、農(nóng)民等社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的宏觀(guān)社科欄目——三農(nóng)問(wèn)題研究。

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