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本研究利用衍生于“F435”的高油酸品系“8153”和两个广西地方龙生型高油酸种质“贺县大花生”和“凌乐大花生”,分别与珍珠豆型品种“粤油13”杂交构建遗传分离群体,应用植物数量性状主基因+多基因混合遗传模型对其油酸、亚油酸及O/L值的遗传进行分析。同时,利用PCR技术从亲本基因组DNA中扩增FAD2A、FAD2B基因,通过对基因及其编码氨基酸序列的比对分析、结合前人相关研究成果对其高油酸性状形成及遗传的分子机理进行探讨。
主要研究结果如下:
1.在杂交组合“8153×粤油13”中,花生油酸遗传表现为2对加性-显性主基因+多基因控制;主基因在F2、F2:3代遗传率分别为77.28％和55.00％,多基因遗传率分别为13.34％和32.13％;两对主基因加性效应值分别为8.8172(da)和4.0397(db),显性效应值分别为-10.2475(ha)和-9.0420(h6)。亚油酸遗传表现为2对加性-显性-上位性主基因控制;主基因在F2、F2:3代遗传率分别为88.30％和79.84％;da、db值分别为-7.3949和-6.9568,ha、hb值分别为1.3879和1.5438;上位性效应I(da×db)、jab(da×hb)、jba(db×ha)及,(ha×hb)值分别为-4.5216、-1.7688、-1.9808和-1.1172。O/L,值遗传表现为2对加性-显性-上位性主基因控制,da、db值分别为6.4826和6.4826;ha、hb值分别为-4.96255和-4.9628;上位性效应I、jab、jba和l值分别为6.4679、-5.0719、-5.0720和4.3951。
2.从两个“粤油13×龙生型种质”组合中得到的遗传分析结果比较一致:油酸、亚油酸遗传均表现为受1对加性-显性主基因控制,而O/L值的遗传则表现为受2对加性-显性-上位性主基因控制。组合“粤油13×凌乐大花生”中控制油酸的主基因加性、显性效应值和遗传率分别为8.6281、-2.0164和65.26％;控制亚油酸含量的主基因加性、显性效应值和遗传率在分别为-8.0327、1.2858和73.64％;控制O/L值遗传的两对主基因的加性效应值分别为0.6855、0.6814,显性效应值分别为-0.6838、0.0240,上位性效应I.jab、jba和l分别为0.6812、0.0240、-0.6803、-0.0244,主基因遗传率为82.57％。组合“粤油13×贺县大花生”控制油酸含量的主基因加性、显性效应值和遗传率分别为10.6638、1.0652和71.39％;控制亚油酸含量主基因的加性、显性效应值和遗传率分别为-9.0885、-1.0826和71.59％;控制O/L值遗传的两对主基因的加性效应值分别为1.6842、0.8835,显性效应值分别为-1.6559、-0.5127,上位性效应I、jab、jba和l分别为0.8822、-0.5124、-0.8594、0.4960,主基因遗传率为88.64％。
3.从4个亲本材料中扩增得到的FAD2A、FAD2B基因片段长约1700 bp,在其3端包含一个长度为1140 bp、编码379个氨基酸的开放读码框(ORF)。网上BLAST序列比对结果表明,它们与花生△12-Fads基因(或FAD2基因)等序列的一致性达97％以上。FAD2A与FAD2B基因间的主要区别在于后者在起始密码子前约68 bp处存在一段19bp的碱基缺失(ATTACTGATTATTGACTTG)。
4.在高油酸种质“8153”、“贺县大花生”和“凌乐大花生”的FAD2A基因中,其起始密码子后第448个碱基发生G变A点突变,导至天冬氨酸被天冬酰胺酸代替,此突变已被证明会导致FAD2A基因编码酶的失活或活性降低。在“8153”的FAD2B基因中,起始密码子后第442碱基后存在1个A碱基插入突变,导致氨基酸阅读框产生改变及终止密码子提前出现,使编码蛋白缩短和第3个保守组氨酸簇的消失;而在“贺县大花生”和“凌乐大花生”的部分FAD2B基因拷贝中,在起始密码子后第937碱基处则存在一个G碱基缺失突变,也引起氨基酸阅读框改变和终止密码子提前出现,导致编码蛋白酶缩短和第3个保守组氨酸簇的消失。但在“粤油13”的.FAD2A、FAD2B基因中,均未发现上述3个点突变。
5.“8153”高油酸性状产生与其FAD2A基因第448碱基G变A点突变、以及FAD2B基因第442碱基后的A碱基插入突变相关;这2个点突变均导致它们所编码的FADs酶失去功能活性(或活性很低),细胞中有活性的FADs酶的缺乏导致油酸向亚油酸转化受阻,从而形成高油酸性状。龙生型花生高油酸性状的产生则与其尉D2A基因第448碱基G变A点突变、以及部分FAD2B基因第937碱基的G碱基缺失突变相关,这2个点突变也使所编码的酶失去功能活性;但由于其中部分FAD2B基因是正常的,能编码有功能活性的FADs酶,使油酸向亚油酸转化受到的影响不如“8153”严重,因此其油酸含量比“8153”稍低。
6.在杂交组合“8153×粤油13”中,油酸、亚油酸及O/L值的遗传有2个主基因控制,“8153”主基因型为ol1ol1ol2ol2,“粤油13”主基因型为Ol1Ol1Ol2Ol2。Ol1(ol1)基因位点与FAD2A基因第448碱基突变相关,Ol1对应碱基G,ol1对应碱基A;Ol2(ol2)基因位点与FAD2B基因第442碱基后的A碱基插入突变相关,Ol2与A碱基缺失对应,ol2与A碱基插入对应。主基因成份中野生型Ol1,Ol2基因总数的多少决定着油酸、亚油酸含量及O/L值的大小。在F2及F3群体,不同基因型间在Ol1、Ol2基因数量上表现次数分布,从而使油酸、亚油酸含量及O/L值表现数量性状连续分布的特点。
7.在两个“粤油13×龙生型种质”组合中,贺县大花生(或凌乐大花生)中控制油酸、亚油酸遗传的主基因型为ol1ol1Ol2Ol2,“粤油13”对应的主基因型为Ol1Ol1Ol2Ol2:基因位点Ol1(ol1)、Ol2(ol2)所对应碱基与组合“8153×粤油13”相一致。而贺县大花生(或凌乐大花生)中控制O/L值遗传的主基因型为ol1ol1Ol2Ol2ol3ol3,“粤油13”对应的主基因型为Ol1Ol1Ol2Ol2Ol3Ol3。基因位点Ol3(ol3)与其部分FAD2B基因拷贝中起始密码子后第937碱基突变相关,Ol3对应碱基G,ol3对应G碱基缺失。基因Ol3(ol3)在控制油酸、亚油酸遗传时可能是一个效应相对较大的微效基因,但对O/L值作用时效应放大表现为主基因效应。同样,油酸、亚油酸含量及O/L值的大小由主基因成份中野生型Ol1、Ol2和Ol3基因总数的多少决定;在F2代群体中不同基因型间在Ol1、Ol2和Ol3基因数量上的次数分布,也使油酸、亚油酸含量及O/L值表现数量性状连续分布的特点。