高原蠶區家蠶繭層率遺傳分析

任曉曉，羅朝斌，孫運朋，楊萬軍，吳康云

（貴州省農業科學院蠶業研究所，貴陽 550006）

0 引言

家蠶的全繭量、繭層量、繭層率等繭質性狀是蠶業生產中的重要經濟性狀，決定了該行業的產量和經濟效益[1]。蠶桑產業作為中國的傳統產業之一，在中國發展已有幾千年的歷史。中國早在20 世紀70 年代就成為了世界上最大的生絲生產和出口國，但出絲率低仍然是當今蠶桑產業提質增效的阻礙之一[2-3]。繭層率是決定蠶繭出絲率的基本要素，因此選育高繭層率的家蠶實用品種，一直是家蠶育種工作者的重要目標[4]。研究并了解繭層率的遺傳規律，是提高家蠶繭層率水平、加快育種步伐的必要前提[5]。

前人已圍繞繭層率性狀做過部分研究，并闡明了一些基本的規律。鐘伯雄等[6]通過性連鎖模型分析繭層率的遺傳規律，結果表明繭層率性狀受到加性效應、顯性效應和性別效應的控制，其中加性效應作用最大。司馬楊虎等[7]研究發現同一品種家蠶繭層率性別效應極顯著，對該性狀QTL(quantitative trait loci)定位分析有較大影響。李斌等[8]對家蠶重要經濟性狀進行了多重區間作圖分析，結果檢測出3 個對繭層率貢獻較大的QTLs，其加性效應為負效應。艾均文等[9]對16個夏秋用家蠶品種繭層率性狀的遺傳力進行了分析，結果顯示繭層率遺傳力較高，可在早期世代進行定向選擇，而Malik等[10]的研究結果顯示繭層率的遺傳力和遺傳進度較低，對性狀直接選擇以改良品種的效果較差。張烈等[11]研究表明繭層率遺傳穩定性較高，且雄性較雌性更穩定。

目前，關于家蠶繭層率多是基于經典數量遺傳學理論開展的遺傳效應、遺傳力參數等的研究。而數量性狀的遺傳機制比較復雜，且其性狀表現容易受到環境的影響，試驗材料、飼養環境等因素可能導致研究結果的差異[12]。為驗證并進一步探討繭質性狀的遺傳規律，本研究在貴州高原蠶區選用不同于前人研究的家蠶實用品種，并配置子一代和回交一代群體，對繭層率等性狀的遺傳規律進行分析，以期為繭層率數量性狀位點定位分析及高繭層率品種選育提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

親本為生產上推廣使用的4個家蠶實用品種，分別為屬于中系的‘菁松’、‘芙蓉’和屬于日系的‘皓月’、‘湘暉’，其中‘菁松’和‘皓月’屬于多絲量品種，‘芙蓉’和‘湘暉’屬于中絲量品種。4個親本均經過多代同蛾區交配，遺傳背景接近于純合，由貴州省農業科學院蠶業研究所提供。雜交種為‘菁松’、‘皓月’分別與‘芙蓉’、‘湘暉’進行正（中絲量×高絲量）、反（高絲量×中絲量）雜交獲得的F1代?；亟蝗后w(B1、B2)為‘芙蓉’×（‘芙蓉’ב皓月’）、‘皓月’×（‘芙蓉’ב皓月’）。

1.2 養蠶時間及地點

2019 年春、夏、秋蠶飼養在貴州省蠶業研究所遵義蠶?；剡M行。

1.3 試驗方法

1.3.1 家蠶飼養及主要經濟性狀調查2019年春季，飼養家蠶親本‘菁松’、‘皓月’、‘芙蓉’和‘湘暉’，出蛾后雜交獲得F1代和親本同蛾區交配蠶種。同年夏季，將親本和F1同室同條件催青，每個品種或組合飼養一區，每區收蟻0.35 g。同環境良桑飼養，待上簇6 天后采繭，第7 天削繭進行繭質調查，每小區隨機選擇雌、雄各40粒蠶繭，采集個體的全繭量、繭層量、蛹體重等表型值[13]，出蛾后，以繭層率性狀和血緣關系差異較大的‘皓月’與‘芙蓉’為親本配置回交一代。2019年秋季，催青結束后將2個回交群體各收蟻0.35 g，之后同環境同條件下飼養，上簇結繭第7 天每小區隨機選擇雄性120 粒蠶繭，采集個體的全繭量、繭層量、蛹體重等表型值。計算個體繭層率和8 個雜交組合的雜種優勢，運用多世代聯合分析方法分析家蠶的繭層率等重要經濟性狀的遺傳規律。

1.3.2 統計分析 運用Excel 對樣本的各性狀值進行描述統計；親本間的經濟性狀差異分析通過Excel 中的T-test 進行；運用SPSS 軟件對親本和回交群體的繭層率頻數分布進行分析；運用公式(1)計算8 個雜交組合的雜種優勢；通過Excel 中的CORREL 公式對繭層率與全繭量、繭層量之間的相關性進行分析。

2 結果與分析

2.1 親本及雜交組合繭層率等性狀統計

由表1 可以看出，在供試的4 個親本中，‘菁松’、‘皓月’的繭層率均大于‘芙蓉’、‘湘暉’，其中‘皓月’雄性的繭層率最高，達到了25.80%，其次為‘菁松’雄性，繭層率為25.04%，‘湘暉’的繭層率最低。對親本的繭層率進行差異顯著性分析，結果表明，無論雌雄，‘菁松’、‘皓月’的繭層率與‘芙蓉’、‘湘暉’相比，差異均達到了極顯著水平（圖1）。

家蠶的繭質性狀具有明顯的性別效應，其中同一家蠶品種雌性的全繭量、繭層量、蛹體重均大于雄性，而雄性的繭層率大于雌性。F1代的全繭量、繭層量、繭層率和蛹體重等表型值均介于兩親本之間，4 種繭質性狀的高值對低值為顯性。反交組合‘菁松’ב芙蓉’、‘菁松’ב湘暉’、‘皓月’ב芙蓉’、‘皓月’ב湘暉’的繭層率均高于其對應的正交組合‘芙蓉’ב菁松’、‘湘暉’ב菁松’、‘芙蓉’ב皓月’、‘湘暉’ב皓月’，繭層率表現偏向于母本（表1）。

2.2 親本和回交群體繭層率性狀頻數分布

為避免性別效應對繭層率數據分析的影響，對親本‘皓月’、‘芙蓉’和回交群體‘芙蓉’×（‘芙蓉’ב皓月’）、‘皓月’×（‘芙蓉’ב皓月’）雄性個體的繭層率頻數分布進行分析，結果見表2。由表2可以看出，親本‘皓月’、‘芙蓉’的繭層率呈連續性變化，屬于典型的數量性狀。對兩親本、回交群體的繭層率分布頻數進行正態性檢驗，結果顯示‘皓月’(P=0.184>0.05)、‘芙蓉’(P=0.458>0.05)的繭層率符合正態分布；回交群體‘皓月’×（‘芙蓉’ב皓月’）(P=0.002<0.05)的頻數呈偏態分布且只有單峰，‘芙蓉’×（‘芙蓉’ב皓月’）(P=0.001<0.05)的頻數分布呈現雙峰。

2.3 繭層率與全繭量、繭層量的相關性分析

對4 個親本的繭層率與全繭量、繭層量的相關性進行分析，結果如表3所示。由表3可見，親本的繭層率性狀與繭層量呈正相關，且均達到了極顯著水平；除‘湘暉’的繭層率與全繭量呈顯著正相關外，其余親本繭層率與全繭量呈負相關。

2.4 子一代雜種優勢率估算

對8個雜交組合的全繭量、繭層量、繭層率和蛹體重等經濟性狀的雜種優勢率進行計算，結果如表4 所示。由表4 可以看出，不同雜交組合同一性狀間的雜種優勢率差異較大，其中雜交組合‘皓月’ב芙蓉’的繭層量、全繭量、蛹體重的優勢率最大，分別為23.78%、23.14%、22.69%。全繭量、繭層量、蛹體重的雜種優勢較大，優勢率在5.10%～23.78%之間；除‘芙蓉’ב皓月’、‘湘暉’ב皓月’的繭層率雜種優勢率為負值外，其余均為正值，優勢率在-3.82%～5.63%之間，雜種優勢較小或幾乎沒有雜種優勢。上述4種重要的經濟性狀，中系與日系雜交的雜種優勢率較大，其次為中系×中系，日系×日系的雜種優勢率最小。

3 結論與討論

本研究對貴州高原蠶區4個家蠶品種和8 個雜交組合的繭層率、全繭量、繭層量和蛹體重進行了統計分析，試驗結果顯示上述繭質性狀的表現與性別相關，這與譚遠德等[7]、司馬楊虎等[14]的研究結果一致，表明家蠶性染色體上可能存在控制全繭量、繭層量、繭層率和蛹體重等數量性狀的位點。2013 年，侯成香等[15]利用SSR(simple sequence repeat) 標 記 和 SNP(single nucleotide polymorphism)標記對家蠶性染色體上與繭、絲相關的QTL 進行了定位研究，結果在性染色體上掃描到了與全繭量、繭層量有關的QTL 位點，其中繭層量相關QTL 的LOD值在10 以上，但并未檢測到與繭層率相關的QTL。

表2 親本及回交群體繭層率頻數分布 %

表3 不同家蠶品種繭層率與全繭量、繭層量的相關系數

表4 8個雜交組合雜種優勢率 %

數量性狀遺傳分析表明，由于多基因和環境修飾作用，親本和子一代等不分離世代的表型分布呈典型的正態分布[16-17]。2018年，李春林等[18]對多份家蠶種質資源的繭層率頻數分布進行了分析，結果顯示繭層率的頻數分布表現為明顯的多峰，不服從典型的正態分布，其認為這是由于樣本中性狀表現較差的地方品種影響了頻數分布結果。但在本研究中，對‘皓月’、‘芙蓉’雄性個體的繭層率頻數分布的正態性檢驗，結果顯示兩者繭層率呈典型的正態分布。2009年，司馬楊虎等[19]對家蠶繭層率、繭層量等數量性狀的頻數分布分析結果表現為明顯的雙峰，但其對兩性狀作了性別效應調整后，頻數分布接近于正態分布。因此分析認為，李春林在分析家蠶種質資源繭層率的頻數分布時，并未將雌雄個體分開，性別效應或許也是非正態分布的影響因素之一。

最早研究者們會根據回交群體、子二代群體等分離世代的性狀頻數分布，直觀地判斷控制數量性狀的遺傳體系是單純的多個微效基因還是存在主基因[20-21]。一般認為，若該性狀由純粹的多基因控制，其頻數分布呈對稱的單峰，服從典型的正態分布；若偏離正態分布或呈現多峰，則可能存在主基因[17,21]。本研究中，回交一代‘皓月’×（‘芙蓉’ב皓月’）的頻數呈偏態分布的單峰，‘芙蓉’×（‘芙蓉’ב皓月’）呈現雙峰，由此推斷，控制繭層率性狀的并非是純粹的多個微效基因，可能存在主基因。

家蠶性狀之間的相關關系是家蠶育種工作的重點內容之一，根據各性狀之間的相關性，有望達到通過一種表型值以選擇多個性狀的目的[22-23]。本研究對4 個家蠶品種的繭層率與全繭量、繭層量的相關性進行了分析，結果顯示繭層率與繭層量呈極顯著正相關，這與錢荷英等[24]的研究結果相符。而本研究中，除‘湘暉’外，其余3個品種的繭層率與全繭量呈負相關，這與朱水芬等[24]、錢荷英等[25]的顯著正相關結果不一致，分析認為這可能與家蠶品種、樣本數量、家蠶飼養環境與條件等有關。例如本研究中的供試家蠶來源并飼養于貴州高原，與江蘇、云南等其他蠶區的海拔、氣候都有較大差異，這是否是影響試驗結果的原因，還需進一步研究。要確定家蠶各經濟性狀之間的相互關系，還應加大樣本品種數量、在高原和平原蠶區多次飼養研究。

家蠶是農業生產中最早利用雜種優勢的物種之一，與雙親相比家蠶雜交種在適應性、抗病性、繭絲產量等方面都有較大優勢[26-27]。本研究對8 個雜交組合的4 種繭質性狀的雜種優勢率進行了估算，結果顯示中系與日系雜交的雜種優勢大于中系×中系、日系×日系，這說明雜交親本之間的血緣關系越遠，雜種優勢越大；繭層率的雜種優勢率很小，因此不能依靠雜種優勢獲得高繭層率的性狀表現，而只能通過培育高繭層率的家蠶純種，但由于繭層率性狀的遺傳進度較低[10]，所以控制繭層率性狀的QTL 精細定位和分子標記輔助育種應是下一步的研究重點。