菊花‘绿叮当’×毛华菊群体遗传分析及其绿色舌状花呈色原因探究

作     者：梁鑫炜 

作者单位：华中农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王彩云

授予年度：2023年

学科分类：090706[农学-园林植物与观赏园艺] 0907[农学-林学] 09[农学] 

主      题：菊花 遗传分析模型 花色 叶绿素 COL16 

摘      要：菊花（Chrysanthemum×morifolium Ramat.）原产于中国,是我国十大传统名花之一。因其花色多样、花型丰富,具有极高的观赏价值,应用领域广泛,备受世界各地人们喜爱。菊花为异花授粉植物,大部分基因型高度杂合,表型变异极其丰富,遗传基础复杂,限制了部分遗传学理论在菊花育种中的应用,无法获得纯系亲本进行菊花的高效育种,研究群体间观赏性状的杂种优势、相关性与遗传效应,可为高效亲本选配,精准育种提供理论基础。课题组前期以绿色舌状花的菊花‘绿叮当’（***‘Lvdingdang’）(L)和白色舌状花的毛华菊（***）(M)为亲本构建遗传群体（LM）。本研究在此基础上进一步对F1代进行了扦插更新,整理记录更新后群体F1代观赏性状表型,分析杂种优势与性状之间的相关性;通过主基因+多基因模型分析各性状的遗传特征及估算遗传率。课题组前期在花色性状的研究中,在该群体F1代个体中选择了20个极端白色舌状花个体与20个极端绿色个体构建混池,并进行转录组测序,筛选出了与菊花花朵绿色性状相关的基因。本研究对已筛选出的CmCOL16a和CmCOL16b基因进行功能验证,并探究其对菊花绿色舌状花中叶绿素积累的作用。主要结果如下: 1、杂交群体F1表型性状分析。对多个表型性状测量与分析发现,该杂交后代中出现多个性状分离,且不同性状的变异范围差别较大,变异系数在12.58%-54.27%之间。性状多数存在中亲优势,舌状花长和舌状花宽等5个性状存在超亲优势。在对45个性状组合的相关性分析中,有14对性状呈极显著相关,7对性状呈显著相关。其中,花部性状之间相关性较高,花部性状与叶片性状之间相关性系数较小。花序直径与盘心花直径、舌状花长度、舌状花宽度具有显著的正向相关性;盘心花直径与舌状花长度呈显著正相关,与舌状花数呈显著负相关,舌状花长度与舌状花宽具有极显著正相关。叶片长与叶片宽和叶柄长及叶片长宽比呈显著正相关。株高与叶片各性状之间相关性显著,与花部各性状无明显相关性。 2、杂交群体的混合遗传分析。研究结果显示,各性状均为多基因控制,其中包括一或两对主基因控制。舌状花长和舌状花数与叶片长宽比的最适模型为2MG-ADI,即受两对表现为加性+显性+上位性的主基因控制;舌状花宽和叶片宽以及花序直径符合1MG-AD的模型,只受一对主基因的控制;盘心花直径、叶片长、叶柄长和株高受两对主基因的控制,但主基因的效应有所不同。不同的性状的主基因的遗传率差异较大,盘心花直径和叶片长度的主基因遗传率大于80%,多基因的遗传力较小,而花序直径、舌状花长、舌状花宽叶片长宽比及叶柄长的主基因遗传率较小,舌状花长和叶柄长的主基因遗传率小于20%,主要受多基因影响。 3、CmCOL16a和CmCOL16b基因功能的初步验证和转录调控研究。亚细胞定位显示,CmCOL16a和CmCOL16b定位于细胞核中。对筛选出的与叶绿素合成相关的两个基因的研究表明,通过在菊花花瓣中瞬时过表达,CmCOL16a和CmCOL16b均能上调部分叶绿素合成基因HEMA1、CHLI1和PORA1的表达,对叶绿素的积累具有积极地影响。转录激活GUS酶活性测定结果显示,CmCOL16a能显著正向调控CHLI1、CHLG10和CHLG2的启动子活性,CmCOL16b正向调控HEMA1和CHLI1启动子的活性。双荧光素酶实验和酵母单杂交结果显示,CmCOL16a和CmCOL16b能够与HEMA1、CHLI1启动子结合并上调其活性。 本研究通过对菊花杂交群体重要观赏性状的混合遗传分析,为菊花杂交亲本选配及关键基因定位提供参考,同时为今后菊花表型性状的精确定向育种奠定基础;基于该群体前期转录组筛选出的绿、白菊花中的差异基因,对其功能加以验证,从而探究转录调控对菊花舌状花叶绿素积累的影响,为分子育种在绿色菊花种质的创新中的应用提供帮助。