烟草根系杂种优势表现及相关基因差异表达分析

摘要

【目的】探究烟草根系性状的杂种优势表现及相关基因差异表达,为深入解析烟草根系吸收和合成相关物质杂种优势的形成机制提供理论依据。【方法】以烟碱和钾含量性状具有杂种优势的12个杂交种及其7个亲本为材料,通过测定根系长度、数量和体积等性状,分析了烟草根系性状的遗传特点及杂种优势表现,并采用实时荧光定量PCR检测烟草根系发育相关基因的差异表达。【结果】7个亲本材料的根系长度为94.80~476.77 cm,根系数量为343~820条,根系体积为0.18~0.61 cm^(3);12个杂交组合根系长度为285.56~734.75 cm,根系数量为576~1184条,根系体积为0.41~1.01 cm^(3),3个性状的变异系数为19.97%~29.68%。烟草根系长度、数量和体积的广义遗传力分别为95.49%、92.12%和85.76%,中亲优势组合率分别为91.67%、91.67%和100.00%。根系长度主要受基因的加性效应控制,根系数量和根系体积主要受基因的非加性效应控制,均表现出明显的杂种优势。不同根系发育相关基因的中亲表达优势与根系性状杂种优势存在一定的相关性,其中,NtAUX1和NtARF16基因的中亲表达优势与根系长度杂种优势呈显著(P<0.05,下同)或极显著(P<0.01,下同)相关;NtFLA18基因基因的中亲表达优势与根系数量和体积的杂种优势呈显著或极显著负相关。NtFLA18基因在K326×韭菜坪2号中的相对表达量较双亲下调表达,NtAUX1基因呈显性表达模式,NtARF16基因的相对表达量较双亲上调表达,这些基因的表达模式与烟草根系杂种优势的形成有关。【结论】烟草根系长度、数量和体积均具有较强的遗传率和普遍的杂种优势,可利用杂种优势选育出根系发达的烟草新种质。GDH88、Va116、南江三号和G70可作为改良根系的优良亲本;K326×GDH88、Va116×毕纳1号、G70×韭菜坪2号、G70×南江三号和K326×韭菜坪2号可作为培育优良根系构型的重要储备材料。