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摘 要：为了对控制苦瓜第1雄花节位的遗传位点进行定位，基于苦瓜K44×Dali-11的F2群体和04-17×47-2-1-1-3的F2群体构建遗传图谱，结合第1雄花节位的表型数据，对苦瓜第1雄花节位进行了QTL检测。结果表明，对于2个F2群体，都在相近的遗传位置区域检测到控制苦瓜第1雄花节位的QTL位点fmfn，该位点位于苦瓜的MC06连锁群或拟染色体上10.66～14.32 Mb区间，候选区间的遗传距离和物理距离分别为11.65 cM和3.66 Mb，遗传贡献率为34.80%，其中包含195个注释基因。研究结果为进一步精细定位及克隆控制苦瓜第1雄花节位的基因提供了重要参考依据。
关键词：苦瓜;第1雄花节位;QTL;候选区间
中图分类号：S642.5 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2021）07-025-04
QTL mapping of the first male flower node in bitter gourd
CUI Junjie1， PENG Jiazhu2， CHENG Jiaowen3， HU Kailin3
（1. Department of Horticulture， Foshan University， Foshan 528000， Guangdong， China; 2. Guangzhou Academy of Agricultural Sciences， Guangzhou 510335， Guangdong， China; 3. College of Horticulture， South China Agricultural University， Guangzhou 510642， Guangdong， China）
Abstract： In order to map the genetic locus controlling the first male flower node of bitter gourd， based on the genetic maps constructed by the F2 populations of K44×Dali-11 and 04-17×47-2-1-1-3， combined with the phenotypic data of the first male flower node， we detected QTLs for the first male flower node of bitter gourd. The results showed that for the two F2 populations， the QTL locus， fmfn， controlling the first male flower node of bitter gourd was detected in the similar genetic location， which was located in the 10.66-14.32 Mb interval on the linkage group or pseudo chromosome MC06. The genetic and physical distance of the candidate interval are 11.65 cM and 3.66 Mb， respectively， and the genetic contribution rate is 34.80%， including 195 annotated genes. The results of this study provide an important reference for further fine mapping and cloning of genes controlling the first male flower node of bitter gourd.
Key words： Bitter gourd; First male flower node; QTL; Candidate interval
苦瓜（Momordica charantia L.）属于葫芦科作物，主要分布在亚洲和非洲[1]，通常为单性花，雌雄同株，雌花接受雄花花粉授粉后果实才迅速发育和膨大，因此苦瓜开花节位的高低会显著影响苦瓜的熟性和早期产量。
葫芦科作物的性别分化既受环境的影响，又受遗传的调控。在环境因素方面，光照和温度对苦瓜植株性别分化的影响与黄瓜类似，即短日照和低温条件下有利于雌花形成[2]。在遗传因素方面，国内外学者对葫芦科作物的性别决定、始花节位和早开花等开花相关性状进行了一系列的研究。例如明确了甜瓜植株性别形态主要取决于3个基因位点（M位点、G位点和A位点）的显隐性组合[3];利用SRAP（sequence-related amplifiedpolymorphism）标记将黄瓜的始花节位基因ffn定位于Ⅸ连锁群上标记DC1EM5-ME7EM2A的1.80 cM区间[4];利用SSR（simple sequence repeats）标记将黄瓜第1雌花节位2个QTL（Fpfn 3.1和Fpfn 6.1）分别定位于3号染色体上标记SSR04635-SSR13466的6.96 Mb和6号染色体上标记SSR15516-SSR00126的4.81 Mb区间[5];利用SNP（single nucleotide polymorphism）标记将黄瓜第1雌花节位另一个QTL（FFFN6.1）定位于6号染色体上标记M196811-M145082的0.79 cM区间，并与Fpfn 6.1相距较远[6];通过QTl-seq技术将黄瓜的早开花位点Ef1.1定位于1号染色体22.86～26.31 Mb区间，并初步确定其候选基因为Flowering Locus T的同源基因[7]。利用SRAP标记将控制丝瓜第1雌花节位的多个QTL进行了初定位[8];利用SNP标记将苦瓜第1雌花节位QTL（fffn）定位于MC01号连锁群标记scaffold44_3793313-scaffold44_7318231的3.52 Mb区间[9]。然而，对于控制苦瓜第1雄花节位的QTL位點尚鲜见报道。笔者基于课题组前期已经构建的两张遗传图谱[9-10]，对苦瓜控制第1雄花节位的QTL进行初定位研究。 1 材料與方法
1.1 材料
供试亲本材料K44、Dali-11、04-17和47-2-1-1-3都是经过6代以上自交获得的遗传稳定的自交系，其中K44是由自然突变选育出的雌性系（主蔓和侧枝上全部开雌花），其他3个自交系为雌雄异花同株材料，所有材料由华南农业大学园艺学院蔬菜系提供。通过杂交获得F1代后再自交分别获得K44×Dali-11及04-17×47-2-1-1-3的F2群体。
1.2 方法
1.2.1 田间试验及性状调查 于2014年春季，将K44、Dali-11和K44×Dali-11的F2群体种植于华南农业大学增城实验基地，全雌性在F2群体发生分离[9]，由于全雌株不开雄花，因此在开花期只对该F2群体雌雄同株单株的第1雄花节位（主蔓上第1朵雄花着生节位）进行调查;将04-17、47-2-1-1-3和04-17×47-2-1-1-3的F2群体种植于海南省海口试验田，在开花期对第1雄花节位进行调查。
1.2.2 表型分析及QTL定位 使用 Excel和SPSS软件对苦瓜亲本之间第1雄花节位的差异显著性及其F2群体的表型数据进行统计。利用笔者所在课题组前期构建的2张遗传图谱[9-10]，结合表型数据对苦瓜第1雄花节位进行QTL定位。具体方法是使用MapQTL6 软件的MQM模型（Multiple-QTL models=composite interval mapping）进行 QTL 检测[11]，选用距离 QTL 最近标记的效应值代表该 QTL的效应值，每个环境下QTL 置信区间依据降1 LOD 和取邻近标记原则划定。
2 结果与分析
2.1 苦瓜F2群体第1雄花节位表型分析
经统计分析，苦瓜亲本K44（雌性系）与Dali-11、04-17与47-2-1-1-3之间的第1雄花节位存在显著差异（表1）。对于K44×Dali-11的F2群体和04-17×47-2-1-1-3的F2群体，分别调查了171和108个单株，对两个F2群体第1雄花节位的植株数分布频率进行统计的结果表明，苦瓜第1雄花节位表现为明显的单峰、接近正态分布，符合数量性状遗传的典型特征（图1）。
2.2 苦瓜第1雄花节位的QTL定位
经QTL检测，在苦瓜K44×Dali-11的F2群体中，检测到第1雄花节位的2个QTL，fmfn1和fmfn2，均位于MC06连锁群上，最近标记的物理位置分别为11.61 Mb和17.01 Mb，LOD值分别为17.64和15.72、贡献率分别为37.80%和34.50%，由于fmfn1与fmfn2的位置相距较近，可以将它们合并为一个候选区域，其区间大小的遗传距离和物理距离分别为29.29 cM和7.03 Mb。在苦瓜04-17×47-2-1-1-3的F2群体中，检测到第1雄花节位1个QTL，即fmfn，位于LG8连锁群上标记MC_g61ind1428处，其LOD值为10.04、贡献率为34.80%，其候选区间的遗传距离和物理距离分别为11.65 cM和3.66 Mb（图2和表2）。将LG8上的标记进行物理坐标比对后发现，LG8和MC06位于苦瓜同一条连锁群或拟染色体上，而且，fmfn位点正好在fmfn1和fmfn2的候选区域以内，且与fmfn1的位置更接近。综合苦瓜两个独立的F2群体的第1雄花节位定位结果，初步确定控制苦瓜第1雄花节位的QTL位点为fmfn，其候选区间（10.66～14.32 Mb）的遗传距离和物理距离分别为11.65 cM和3.66 Mb，通过与苦瓜参考基因组的注释信息相比对，结果显示该区间包含有195个注释的基因。
3 讨 论
基于前期作者所在课题组构建的2张遗传图谱，其中一张是以K44和Dali-11为亲本包含1009个SNP标记，含11个连锁群，将苦瓜Dali-11的参考基因组序列锚定到了相应的11条拟染色体上[9];另一张是以04-17和47-2-1-1-3为亲本的包含164个InDel标记，含15个连锁群[10];作者在本研究中根据苦瓜2个F2群体在广州市和海口市2个栽培环境下第1雄花节位的表型数据，对控制苦瓜第1雄花节位的主效QTL进行了初定位，经合并和取重叠区间初步确定fmfn为控制苦瓜第1雄花节位的QTL，位于MC01号连锁群或拟染色体10.66～14.32 Mb区间。从前人的研究结果得知，控制苦瓜第1雌花节位的主效QTL位于MC01号连锁群或拟染色体上，并且该位点与苦瓜纯雌基因位点相同[9，12]。说明苦瓜第1雄花节位和第1雌花节位或纯雌性状由不同的遗传位点控制，至于苦瓜是否像黄瓜和甜瓜一样[3]，不同性别基因也存在互作效应，需要进一步验证。
本研究中定位的苦瓜第1雄花节位QTL，fmfn区间的遗传距离与物理距离分别为11.65 cM和3.66 Mb，候选区间还比较大，其中包含195个的注释基因，但是，fmfn具有比较准确的初定位区间以及较大的遗传效应值，结果可为进一步精细定位及克隆该基因提供重要参考依据。
参考文献
[1] SCHAEFER H，RENNER S S.A three-genome phylogeny of Momordica（Cucurbitaceae） suggests seven returns from dioecy to monoecy and recent long-distance dispersal to Asia[J].Molecular Phylogenetics and Evolution，2010，54（2）：553-560.
[2] 汪俏梅，曾广文，蒋有条.温度和光周期对苦瓜性别表现的影响[J].中国蔬菜，1997（1）：1-4.
[3] BOUALEM A，TROADEC C，CAMPS C，et al.A cucurbit androecy gene reveals how unisexual flowers develop and dioecy emerges[J].Science，2015，350（6261）：688-691. [4] 潘俊松，王刚，李效尊，等.黄瓜SRAP遗传连锁图的构建及始花节位的基因定位[J].自然科学进展，2005，15（2）：167-172.
[5] 苗晗，顾兴芳，张圣平，等.黄瓜苗期主要农艺性状相关QTL定位分析[J].园艺学报，2012，39（5）：879-887.
[6] 曲美玲，朱文瑩，杜慧，等.黄瓜第1雌花节位和雌花率基因QTL定位[J].上海交通大学学报（农业科学版），2016，34（5）：8-16.
[7] LU H，LIN T，KLEIN J，et al.QTL-seq identifies an early flowering QTL located near Flowering Locus T in cucumber[J].Theoretical and Applied Genetics，2014，127（7）：1491-1499.
[8] CUI J J，CHENG J W，WANG G P，et al.QTL analysis of three flower-related traits based on an interspecific genetic map of Luffa[J].Euphytica，2015，202（1）：45-54.
[9] CUI J J，LUO S B，NIU Y，et al.A RAD-based genetic map for anchoring scaffold sequences and identifying QTLs in bitter gourd （Momordica charantia）[J].Frontiers in Plant Science，2018，9：477.
[10] 彭家柱.苦瓜InDel遗传图谱的构建及雄花节位和数量的QTL分析[D].广州：华南农业大学，2018.
[11] OOIJEN V.MapQTL 6，Software for the mapping of quantitative trait loci in experimental populations of diploid species [Z].Wageningen，Netherlands，2009.
[12] MATSUMURA H，MIYAGI N，TANIAI N，et al.Mapping of the gynoecy in bitter gourd （Momordica charantia） using RAD-seq analysis[J].Plos One，2014，9（1）：e87138.
关键词：苦瓜;第1雄花节位;QTL;候选区间
中图分类号：S642.5 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2021）07-025-04
QTL mapping of the first male flower node in bitter gourd
CUI Junjie1， PENG Jiazhu2， CHENG Jiaowen3， HU Kailin3
（1. Department of Horticulture， Foshan University， Foshan 528000， Guangdong， China; 2. Guangzhou Academy of Agricultural Sciences， Guangzhou 510335， Guangdong， China; 3. College of Horticulture， South China Agricultural University， Guangzhou 510642， Guangdong， China）
Abstract： In order to map the genetic locus controlling the first male flower node of bitter gourd， based on the genetic maps constructed by the F2 populations of K44×Dali-11 and 04-17×47-2-1-1-3， combined with the phenotypic data of the first male flower node， we detected QTLs for the first male flower node of bitter gourd. The results showed that for the two F2 populations， the QTL locus， fmfn， controlling the first male flower node of bitter gourd was detected in the similar genetic location， which was located in the 10.66-14.32 Mb interval on the linkage group or pseudo chromosome MC06. The genetic and physical distance of the candidate interval are 11.65 cM and 3.66 Mb， respectively， and the genetic contribution rate is 34.80%， including 195 annotated genes. The results of this study provide an important reference for further fine mapping and cloning of genes controlling the first male flower node of bitter gourd.
Key words： Bitter gourd; First male flower node; QTL; Candidate interval
苦瓜（Momordica charantia L.）属于葫芦科作物，主要分布在亚洲和非洲[1]，通常为单性花，雌雄同株，雌花接受雄花花粉授粉后果实才迅速发育和膨大，因此苦瓜开花节位的高低会显著影响苦瓜的熟性和早期产量。
葫芦科作物的性别分化既受环境的影响，又受遗传的调控。在环境因素方面，光照和温度对苦瓜植株性别分化的影响与黄瓜类似，即短日照和低温条件下有利于雌花形成[2]。在遗传因素方面，国内外学者对葫芦科作物的性别决定、始花节位和早开花等开花相关性状进行了一系列的研究。例如明确了甜瓜植株性别形态主要取决于3个基因位点（M位点、G位点和A位点）的显隐性组合[3];利用SRAP（sequence-related amplifiedpolymorphism）标记将黄瓜的始花节位基因ffn定位于Ⅸ连锁群上标记DC1EM5-ME7EM2A的1.80 cM区间[4];利用SSR（simple sequence repeats）标记将黄瓜第1雌花节位2个QTL（Fpfn 3.1和Fpfn 6.1）分别定位于3号染色体上标记SSR04635-SSR13466的6.96 Mb和6号染色体上标记SSR15516-SSR00126的4.81 Mb区间[5];利用SNP（single nucleotide polymorphism）标记将黄瓜第1雌花节位另一个QTL（FFFN6.1）定位于6号染色体上标记M196811-M145082的0.79 cM区间，并与Fpfn 6.1相距较远[6];通过QTl-seq技术将黄瓜的早开花位点Ef1.1定位于1号染色体22.86～26.31 Mb区间，并初步确定其候选基因为Flowering Locus T的同源基因[7]。利用SRAP标记将控制丝瓜第1雌花节位的多个QTL进行了初定位[8];利用SNP标记将苦瓜第1雌花节位QTL（fffn）定位于MC01号连锁群标记scaffold44_3793313-scaffold44_7318231的3.52 Mb区间[9]。然而，对于控制苦瓜第1雄花节位的QTL位點尚鲜见报道。笔者基于课题组前期已经构建的两张遗传图谱[9-10]，对苦瓜控制第1雄花节位的QTL进行初定位研究。 1 材料與方法
1.1 材料
供试亲本材料K44、Dali-11、04-17和47-2-1-1-3都是经过6代以上自交获得的遗传稳定的自交系，其中K44是由自然突变选育出的雌性系（主蔓和侧枝上全部开雌花），其他3个自交系为雌雄异花同株材料，所有材料由华南农业大学园艺学院蔬菜系提供。通过杂交获得F1代后再自交分别获得K44×Dali-11及04-17×47-2-1-1-3的F2群体。
1.2 方法
1.2.1 田间试验及性状调查 于2014年春季，将K44、Dali-11和K44×Dali-11的F2群体种植于华南农业大学增城实验基地，全雌性在F2群体发生分离[9]，由于全雌株不开雄花，因此在开花期只对该F2群体雌雄同株单株的第1雄花节位（主蔓上第1朵雄花着生节位）进行调查;将04-17、47-2-1-1-3和04-17×47-2-1-1-3的F2群体种植于海南省海口试验田，在开花期对第1雄花节位进行调查。
1.2.2 表型分析及QTL定位 使用 Excel和SPSS软件对苦瓜亲本之间第1雄花节位的差异显著性及其F2群体的表型数据进行统计。利用笔者所在课题组前期构建的2张遗传图谱[9-10]，结合表型数据对苦瓜第1雄花节位进行QTL定位。具体方法是使用MapQTL6 软件的MQM模型（Multiple-QTL models=composite interval mapping）进行 QTL 检测[11]，选用距离 QTL 最近标记的效应值代表该 QTL的效应值，每个环境下QTL 置信区间依据降1 LOD 和取邻近标记原则划定。
2 结果与分析
2.1 苦瓜F2群体第1雄花节位表型分析
经统计分析，苦瓜亲本K44（雌性系）与Dali-11、04-17与47-2-1-1-3之间的第1雄花节位存在显著差异（表1）。对于K44×Dali-11的F2群体和04-17×47-2-1-1-3的F2群体，分别调查了171和108个单株，对两个F2群体第1雄花节位的植株数分布频率进行统计的结果表明，苦瓜第1雄花节位表现为明显的单峰、接近正态分布，符合数量性状遗传的典型特征（图1）。
2.2 苦瓜第1雄花节位的QTL定位
经QTL检测，在苦瓜K44×Dali-11的F2群体中，检测到第1雄花节位的2个QTL，fmfn1和fmfn2，均位于MC06连锁群上，最近标记的物理位置分别为11.61 Mb和17.01 Mb，LOD值分别为17.64和15.72、贡献率分别为37.80%和34.50%，由于fmfn1与fmfn2的位置相距较近，可以将它们合并为一个候选区域，其区间大小的遗传距离和物理距离分别为29.29 cM和7.03 Mb。在苦瓜04-17×47-2-1-1-3的F2群体中，检测到第1雄花节位1个QTL，即fmfn，位于LG8连锁群上标记MC_g61ind1428处，其LOD值为10.04、贡献率为34.80%，其候选区间的遗传距离和物理距离分别为11.65 cM和3.66 Mb（图2和表2）。将LG8上的标记进行物理坐标比对后发现，LG8和MC06位于苦瓜同一条连锁群或拟染色体上，而且，fmfn位点正好在fmfn1和fmfn2的候选区域以内，且与fmfn1的位置更接近。综合苦瓜两个独立的F2群体的第1雄花节位定位结果，初步确定控制苦瓜第1雄花节位的QTL位点为fmfn，其候选区间（10.66～14.32 Mb）的遗传距离和物理距离分别为11.65 cM和3.66 Mb，通过与苦瓜参考基因组的注释信息相比对，结果显示该区间包含有195个注释的基因。
3 讨 论
基于前期作者所在课题组构建的2张遗传图谱，其中一张是以K44和Dali-11为亲本包含1009个SNP标记，含11个连锁群，将苦瓜Dali-11的参考基因组序列锚定到了相应的11条拟染色体上[9];另一张是以04-17和47-2-1-1-3为亲本的包含164个InDel标记，含15个连锁群[10];作者在本研究中根据苦瓜2个F2群体在广州市和海口市2个栽培环境下第1雄花节位的表型数据，对控制苦瓜第1雄花节位的主效QTL进行了初定位，经合并和取重叠区间初步确定fmfn为控制苦瓜第1雄花节位的QTL，位于MC01号连锁群或拟染色体10.66～14.32 Mb区间。从前人的研究结果得知，控制苦瓜第1雌花节位的主效QTL位于MC01号连锁群或拟染色体上，并且该位点与苦瓜纯雌基因位点相同[9，12]。说明苦瓜第1雄花节位和第1雌花节位或纯雌性状由不同的遗传位点控制，至于苦瓜是否像黄瓜和甜瓜一样[3]，不同性别基因也存在互作效应，需要进一步验证。
本研究中定位的苦瓜第1雄花节位QTL，fmfn区间的遗传距离与物理距离分别为11.65 cM和3.66 Mb，候选区间还比较大，其中包含195个的注释基因，但是，fmfn具有比较准确的初定位区间以及较大的遗传效应值，结果可为进一步精细定位及克隆该基因提供重要参考依据。
参考文献
[1] SCHAEFER H，RENNER S S.A three-genome phylogeny of Momordica（Cucurbitaceae） suggests seven returns from dioecy to monoecy and recent long-distance dispersal to Asia[J].Molecular Phylogenetics and Evolution，2010，54（2）：553-560.
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[6] 曲美玲，朱文瑩，杜慧，等.黄瓜第1雌花节位和雌花率基因QTL定位[J].上海交通大学学报（农业科学版），2016，34（5）：8-16.
[7] LU H，LIN T，KLEIN J，et al.QTL-seq identifies an early flowering QTL located near Flowering Locus T in cucumber[J].Theoretical and Applied Genetics，2014，127（7）：1491-1499.
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[9] CUI J J，LUO S B，NIU Y，et al.A RAD-based genetic map for anchoring scaffold sequences and identifying QTLs in bitter gourd （Momordica charantia）[J].Frontiers in Plant Science，2018，9：477.
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[11] OOIJEN V.MapQTL 6，Software for the mapping of quantitative trait loci in experimental populations of diploid species [Z].Wageningen，Netherlands，2009.
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