北京林业大学戴思兰教授团队在露地小菊花色研究中取得新进展|园艺|多肉植物|小菊|性状|戴思兰

花色是观赏植物最重要的品质性状之一。色素是影响花色形成的物质基础，其中花青素和类胡萝卜素是多数植物花朵呈色的主要色素成分，其由一系列结构基因编码的酶催化合成。此外，黄酮、黄酮醇等助色素的合成、金属离子的螯合作用和细胞内液泡pH等也参与了植物花朵的呈色过程，即植物花色涉及多种内外因素的共同作用，属于较为复杂的数量性状。因此，在分析花色表型、花瓣中色素成分和含量的基础上，进一步使用遗传分析方法挖掘未知基因并探索其影响花色形成的机制，对花色改良工作具有重要的指导意义。

2023年10月，Ornamental Plant Research在线发表了北京林业大学戴思兰教授团队的题为Genetic and QTL analysis of flower color and pigments in small-flowered chrysanthemum based on high-density genetic map的重要成果。

基于目标性状构建杂交群体进行遗传分析和基于高密度遗传图谱的QTL 分析是目前解析复杂数量性状遗传关系和确定关键基因位置的两种有效的方法。该课题组前期研究中已利用SLAF-seq 技术构建了平均图距为0.76 cM的菊花（Chrysanthemum × morifolium）高密度遗传连锁图谱，并找到多个控制头状花序重瓣性和舌状小花基部合生程度的QTLs，本研究以该遗传图谱为基础，进一步对菊花花色和色素含量进行遗传分析，并挖掘关键的QTLs，以期为菊花的花色改良提供理论指导。

图1 露地小菊F1杂交群体花色表型参数和色素成分分析

A. F1杂交群体不同色系占比；B. F1杂交群体不同色系的表型参数和色素成分分布。箱线图配色与菊花不同色系的颜色相同。An，总花青素含量；Ca，总类胡萝卜素含量；AnCa，总花青素含量/ 总类胡萝卜素含量

本研究利用不同花色的露地小菊品种构建了1个包含319株的F1杂交群体，遗传分析发现，花瓣花色表型参数、花青素苷和类胡萝卜素含量等花色性状均呈现典型的数量性状遗传变异规律。基于主基因+多基因遗传模型分析花色素相关性状遗传变异规律发现，总花青素含量、总类胡萝卜素含量和总花青素含量/总类胡萝卜素含量均受2对加性-显性主基因控制（B-2），主基因遗传率分别为70.44%、86.03%和90.91%。

基于该杂交群体构建的高密度遗传图谱，采用区间作图法分析控制花色性状的QTLs，共检测到25个与花色表型和花色素相关的QTLs，与之紧密连锁的标记517个，其中包括控制花色表型的16个QTLs，控制总花青素含量的3个QTLs，控制总类胡萝卜素含量的2个QTLs，总花青素含量/总类胡萝卜素含量的4个QTLs，均为主效QTLs。

将遗传图谱与菊花脑（C. nankingense）的全基因组序列进行比对，在上述控制花色素相关性状的QTLs 区段内筛选到17个可能的候选基因。基于目前已发表的4个菊属植物基因组对候选基因进行共线性分析，结果表明这些基因在不同的菊属物种间具有较高的同源性，物种分化带来的基因组变异并未影响这些基因的相对位置，可为后续的图位克隆工作提供参考。本研究基于F1杂交群体对露地小菊花色进行遗传分析，为菊花花色分子标记辅助育种和基于比较基因组学解析菊花花色形成机理等研究奠定基础。

A. 总花青素含量、总类胡萝卜素含量和总花青素含量/总类胡萝卜素含量的主效QTLs检测结果。B. 候选基因在4个已发表的菊属植物基因组中的共线性分析

北京林业大学戴思兰教授为该论文的通讯作者。北京林业大学园林学院宋雪彬博士（现就职于青岛农业大学）和在读博士研究生田园凯为论文共同第一作者，课题组的多位博士及硕士研究生参与了本项目的研究。本研究得到了国家自然科学基金（No. 32171849、No. 31530064、No. 32101580）和国家重点研发计划项目（No. 2018YFD1000405）的资助。

团队介绍

戴思兰教授课题组一直致力于菊花研究，基于植物系统学研究方法对菊属植物种间亲缘关系和菊花品种起源进行探索，在种质资源评价，花色、花型、开花期和抗逆性等观赏性状形成的分子机理，菊花优异种质创制以及产业化栽培技术等开展了全面研究，取得了一系列重要突破性进展和研究成果。