牵牛花花期长短相关的遗传学分析

　　切花花期的长短是消费者和生产者都非常关心的一个问题。花期长短的改良是花卉产业中一个重要的课题。但是花期长短很难客观的评价。同时对于相同的植物种内花期有显着差异的品种和系统的比较分析实验是非常少的。所以适合遗传育种的植物材料在选择上有一定的困难。在选择模特植物时，花小的植物不利于试验观察，玫瑰、菊花等有很大利用价值的花卉，虽然很方便但是花芽的生育期比较长，栽培起来比较困难。这些植物材料在基础研究中不予考虑。

　　牵牛花(Ipomoea nil)作为古典园艺植物的一种，和其他的植物比起来具有花大，开花数量多，花芽形成期短（仅为 1 个月左右）的特点。同时，由于具有从开花到花瓣枯萎的时间短的特点，对有效研究花的花期具有重要的意义。并且它从很早就开始被用于有关花芽形成的生理学研究以及花和叶的形态相关的遗传学研究，所以在基础研究方面比其他的花具有更多可知性。

　　同时牵牛花的品种有大量的保存，研究者可以随时进行选择。近年，伴随着 EST 解析的深入和 cDNA 基因库的进一步完善，也为牵牛花提供了在分子生物学水平上进行研究的基础和平台。牵牛花因为具有以上典型特点，因此我们把它选定为此次有关花保持性的基础研究的代表性模型植物。

　　本试验对“北京天坛”和“狮子牡丹”杂交培育的89 个 F2代个体的 TOI 进行频度分布来计算分离比，进一步进行遗传分析（genetic analysis）。从而将 TOI 相关的基因数明确化。

　　1 植物材料

　　本试验对 TOI 有显着差异，杂交结实率高，并能在品种之间检测出较多多型 DNA 的牵牛花品种：“北京天坛”和“狮子牡丹”进行杂交组合。用亲本：“北京天坛”、“狮子牡丹”、杂交培育的 F1代和 F1代自交所获得的 89 个 F2代为试验材料。

　　2 栽培

　　用蒸馏水和洗洁精对将要用到的工具（培养皿、刮胡刀片等）进行清洗烘干。在种脐的相反一侧用薄刀片进行 1mm 左右的芽切。用蒸馏水润湿滤纸并铺在培养皿底端。在培养皿中将 3 粒芽切过的种子呈品字形播种。并在 24℃条件下静置培养。2~4 天后将生根的种子移植到盆口为 12cm 左右的花盆中，每 3 粒种子种植 1 盆。置于 24℃的恒温室中，并用白色荧光灯进行 12 小时（12:00~24:00）的光照处理。将伴随着生长而延长的牵牛花藤蔓盘成拱形附在粗铁丝上。每周用稀释 1000 倍的活力液体肥料施肥 1次。

　　3 花瓣老化开始时期的 TOI 评价

　　花瓣老化开始为 TOI （time to onset of inwardrolling）。牵牛花的花瓣老化的特征是伴随着花瓣儿逐渐卷曲的现象。开花当天的 10 点从培育好的植株上连同花托将花蕾取下，插入盛有蒸馏水的 1.5L 塑料软管中进行培养（见图 1）。在花蕾的正上方固定 1 个数码照相机，把花瓣从逐渐展开到老化结束的过程以每 30分钟 1 次的时间间隔进行拍摄。并用面积分析软件（Flower shape analysis system version 1.0）计算出每朵花在各个时间段花瓣的面积（见图 2）。用以上所测定的花瓣面积为基准，花蕾逐渐展开时把花瓣面积达到最大值的 90%的时间点设定为开花开始时间，随着花瓣开始萎缩，将花瓣面积开始小于最大值的90%的时间点设定为边缘卷曲开始时间。【图1-2略】

　　并将开花开始时间和边缘卷曲开始时间的差值作为开花时间，而花瓣边缘开始卷曲的时间做为花瓣老化开始时期。以上述方法对亲代、F1以及 F2代进行分析。每种随机取 3 个样本，取平均值做为分析数据（见图 3）。【图3 略】
　　
　　4 结果与考察
　　
　　本试验使用 100 粒 F2代种子。其中正常生长、开花并且得到有效数据的个体为 89 个。其他由于发育不良，开花数小于 3 朵或花瓣形状和亲本有很大差异等原因未作为实验调查对象。

　　对亲代、F1代以及 F2代的切花个体进行时间系列画像分析，之后将开花前后花冠面积的相对值计算出来（见图 2）。如图所示所有个体的花冠面积可以明了化。在这些数据的基础之上，用以前述的方法计算出相应的 TOI 值。每个个体取 3 朵花计算 TOI 并取平均值，作为这个个体的结果数据。将本试验中 89 个 F2代的TOI 做成频度分布图（见图 4）。通过 shapiro-wilk 检定分析，知道这个频度分布不符合正规分布。从这个结果来看 TOI 属于数量性状基因座。不是由多基因组来支配调控的，而是受某些少数主动基因所调控的。【图4】

　　因此，究竟有哪些主动基因是与 TOI 相关的，我们在研究分离比的基础上展开了遗传学分析。具体来说，TOI 按时间的长短区分为 S、M、L3 个区域（见图 5）。（S为 TOI≤4.5 小时，M 为 4.5 小时≤TOI≤9 小时，L 为TOI≥9 小时）将这 3 个区域中所含有个体数统计之后发现 S:M:L 为 40:42:7。【图5】

　　首先假设调控主动基因的数目有 1~4 种。然后进行 x2统计检定，通过对分离比的观察，当我们假定有 3种主动基因时结果和理论值 27:36:1 相似。从这个结果图 3 TOI(time of onset of inward rolling)来看牵牛花的 TOI 可能是有 3 个主动基因所控制的。并且大部分个体的 TOI 都分布在 S 和 M 区域中，同时我们还要考虑有一些微动基因也对 TOI 进行影响的可能性。

　　为了确定每回所得的试验数据是否受到环境，季节等因素的影响，对亲本和 F1代的 TOI 进行了分散分析。结果发现每回的 TOI 平均值都出现有误差。所以判断环境的变化对于牵牛花的 TOI 也可能有一定的影响。

　　通过上述试验，今后可以通过对北京天坛和狮子牡丹的杂交组合来进行 QTL 解析，从而通过相关的信息对影响牵牛花 TOI 的主动基因进行定位。以便进行育种从而改良牵牛花的花期。

　　QTL（quantitative trait locus）是数量性状基因位，它是指控制数量性状的基因在基因组中的位置。对 QTL的定位必须使用遗传标记，人们通过寻找遗传标记和感兴趣的数量性状之间的联系，将一个或多个 QTL 定位到位于同一染色体的遗传标记旁，换句话说，标记和QTL 是连锁的。近几年 QTL 定位应用的较为广泛，植物上，模式植物抗逆性基因的定位较多。因为制作遗传图谱进行 QTL 解析需要确定大量的遗传标记。同时 F2代的数量还不足以达到要求所以还需要进一步的长期研究。

　　参考文献：

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