家蠶主要經(jīng)濟性狀的QTL定位研究進展

　　摘要:家蠶經(jīng)濟性狀改良一直是蠶育種工作者的重要目標之一，隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，控制家蠶經(jīng)濟性狀的數(shù)量性狀位點(QTL)定位研究工作得以大量開展，使得家蠶分子標記輔助育種成為可能。綜述了家蠶遺傳圖譜的構(gòu)建進程、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)濟性狀QTL定位研究中存在的問題，以期為推進家蠶分子標記輔助育種提供參考。

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

　　家蠶是一種重要的經(jīng)濟昆蟲，我國種桑養(yǎng)蠶發(fā)展至今已有幾千年的歷史。近年來，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，種桑養(yǎng)蠶這項傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)煥發(fā)出新的活力，在我國部分地區(qū)的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮了重要作用[1]。家蠶的經(jīng)濟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)條件和生長環(huán)境的影響[2]。對家蠶上述經(jīng)濟性狀進行改良，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[3]。

　　目前家蠶育種仍以傳統(tǒng)的雜交和回交為主，即通過表現(xiàn)型進行基因型的選擇，品種改良所需時間長、效率不高，尤其當有利性狀與不利性狀連鎖時，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(quantitativetraitlocus，QTL)的定位分析得以逐步實現(xiàn)，利用連鎖群上已知的分子標記，不僅可以將影響數(shù)量性狀的基因定位在染色體上，還可以分析位點各自的效應(yīng)以及互作效應(yīng)，為實現(xiàn)對基因型的直接選擇提供了可能[4]。本文主要對近年來家蠶重要經(jīng)濟性狀的QTL定位研究現(xiàn)狀進行綜述，并對家蠶主要經(jīng)濟性狀QTL定位分析和分子輔助育種中存在的問題進行分析，以期對加快家蠶經(jīng)濟性狀分子標記輔助育種進程提供參考。

　　1家蠶遺傳圖譜的構(gòu)建

　　對數(shù)量性狀進行準確定位，首先要建立高密度的遺傳連鎖圖譜，即通過遺傳信息重組得到基因線性排列圖，可以顯示基因與遺傳標記在染色體上的相對位置。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PFLP標記[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RAPD標記[6]。

　　1998年，Yasukochi等以RAPD為分子標記，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個分子標記，平均圖距2cm[7]。2001年，萬春玲、朱玉芳等利用AFLP(Amplificationfragmentlengthpolymorphism)標記分別構(gòu)建了3張遺傳圖譜，覆蓋基因組的總長度高達6512cm[8~9]。但早期使用的RAPD或AFLP標記多態(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記的開發(fā)應(yīng)用，家蠶遺傳連鎖圖譜的構(gòu)建進程得以加快。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個分子標記[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SNP標記，并將964個RFLP標記整合其中，組成了一張包含1688個獨立基因的整合圖譜[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實基礎(chǔ)。

　　2家蠶經(jīng)濟性狀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)具有較大的目標性狀差異，以便篩選出更多多態(tài)性的分子標記。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，對控制家蠶全繭量、繭層量、繭層率、蛹體重的數(shù)量性狀位點進行了定位分析[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，對控制家蠶重要經(jīng)濟性狀的QTL進行了定位研究[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，對家蠶的5種經(jīng)濟性狀進行了定位分析[2][17~19]。2018年，李春林以繭質(zhì)性狀表現(xiàn)差異較大的兩個品系IS-大造和872B為親本，對家蠶繭層量進行了精細定位[20]。

　　2.2作圖群體的構(gòu)建

　　遺傳分析群體類型在很大程度上影響了定位的準確性及精度。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，也稱為臨時性群體，是通過將目標性狀差異較大的兩個親本雜交得到F1代，再自交或與親本回交配置完成的。這種臨時性群體配置簡單，所需時間較短，基因型相對豐富，可以滿足家蠶數(shù)量性狀定位的需求[20]。近年來，家蠶主要經(jīng)濟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)濟性狀的性別效應(yīng)以及雌配子發(fā)生過程中染色體完全連鎖對定位效果的影響。

　　3家蠶繭質(zhì)性狀QTL定位研究現(xiàn)狀

　　譚遠德于1996年運用形態(tài)學(xué)標記，將控制家蠶全繭量、繭層量和繭長的主基因定位在Z染色體上[21];同年，何克榮等將影響全繭量的一個基因定位在第11染色體上，且確認該位點具有顯性效應(yīng)[22]。2004年，魯成等以AFLP為分子標記利用家蠶大造和C100的回交一代為作圖群體，對家蠶全繭量、繭層量、蛹體重、繭層率進行了QTL定位分析，檢測到與全繭量相關(guān)的位點2個，位于第6、19連鎖群上;與繭層率有關(guān)的位點3個，位于第2、11和15連鎖群上;與繭層量有關(guān)的位點3個，位于第3、14和19連鎖群上;與蛹體重有關(guān)的位點3個，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4個重要經(jīng)濟性狀進行了定位研究，其中檢測到4個貢獻率超過30%的數(shù)量性狀位點，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F2代個體為作圖群體，對上述4種經(jīng)濟性狀進行了定位分析，共檢測出23個具有顯著效應(yīng)的數(shù)量性狀位點;并通過分析發(fā)現(xiàn)，控制全繭量和繭層量的位點一般具有上位效應(yīng)，而控制繭層率和蛹體重的位點主要具有加性或顯性效應(yīng)，尤其與蛹體重有關(guān)的位點大都呈現(xiàn)顯著的負向顯性效應(yīng)[23]。Zhan等2009年利用SSR標記技術(shù)對菁松和蘭10的回交一代群體進行了QTL定位分析，共檢測到與繭質(zhì)相關(guān)的數(shù)量性狀位點7個，且發(fā)現(xiàn)有些QTL位點能同時影響幾個性狀[17]。

　　2013年，侯成香在Zhan的研究基礎(chǔ)上，同樣以菁松和蘭10的回交一代雄性個體為研究對象，對Z染色體上與繭絲相關(guān)的性狀進行了精細定位，獲得了與繭絲量、全繭量、繭層量、蛹體重、繭絲長等相關(guān)的數(shù)量性狀位點，且都有較高的支持率，但未檢測到控制繭層率的數(shù)量性狀位點[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控制繭層量的QTL進行了定位，結(jié)果表明第1和11號染色體上的CSW1和CSW2具有較高的效應(yīng)值[20]。

　　4家蠶繭質(zhì)性狀QTL定位研究存在的問題

　　4.1QTL定位研究的親本選擇單一

　　目前，前人開展家蠶經(jīng)濟性狀QTL定位研究時，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，且家蠶實用品種選擇較少。由此可以看出，在試驗材料的選擇上，對于QTL定位的可行性考慮較多，而對今后開展實用品種分子標記輔助育種實踐，考慮的相對較少，未能將QTL定位研究與分子標記輔助育種實踐緊密結(jié)合在一起。因此，對于今后進行家蠶繭質(zhì)性狀的QTL定位分析，筆者認為應(yīng)綜合考慮親本組合的選擇，盡量選用蠶繭生產(chǎn)上推廣使用的實用品種，打通QTL定位理論研究與分子標記輔助育種實踐的聯(lián)結(jié)障礙。

　　4.2QTL定位研究結(jié)果有待進一步驗證

　　目前，有多位研究者進行了家蠶重要經(jīng)濟性狀的QTL定位研究，但分析研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，選用不同親本進行的定位分析，各性狀的主效位點差異較大;且選用相同親本進行的定位研究其結(jié)果也不完全一樣，因此對于前人的研究結(jié)果，仍需要進行進一步的驗證。針對此問題，筆者認為首先應(yīng)進一步提高分子遺傳連鎖圖譜的密度，增加分子標記位點數(shù)，以此提高數(shù)量性狀位點定位研究的準確性;其次，應(yīng)增加親本種類，選用不同的實用親本類型進行多地點飼養(yǎng)后對已公布的QTL位點進行驗證，以篩選出不同飼養(yǎng)環(huán)境下均能穩(wěn)定表達的繭質(zhì)性狀QTL位點，并進一步實施精細定位或圖位克隆。

　　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，已能利用分子標記實現(xiàn)家蠶部分目標性狀的定向育種，大大縮短了目標性狀的育種進程和難度。雖然家蠶經(jīng)濟性狀的分子標記輔助育種過程還有很多問題需要解決，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)，將來分子標記輔助育種定能為家蠶繭質(zhì)性狀的改良做出重要貢獻。

　　參考文獻

　　[1]劉娜，李娟，秦笙，等.家蠶繭絲相關(guān)性狀的研究進展[J].中國蠶業(yè)，2016，37(4):6~9.

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　　[3]張烈.家蠶分子標記連鎖圖構(gòu)建及繭質(zhì)性狀的QTL定位研究[D].重慶:西南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2004.

　　[4]齊波，楊加銀.大豆籽粒蛋白質(zhì)含量相關(guān)QTL定位研究進展[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2017，33(34):56~62

　　農(nóng)業(yè)論文投稿刊物：中國農(nóng)學(xué)通報設(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)民等社會經(jīng)濟發(fā)展的宏觀社科欄目——三農(nóng)問題研究。

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