| 摘要: | 在有限水分的環境下，為了要維持或增加植物的產量，這些有限的水分必須被植物有效地利用，因而水分利用效率(Water use efficiency,WUE)在降雨量不足或是灌溉不易的地區更顯得其重要性。過去幾年來的報告已指出在C3植物中，其穩定性碳元素比C^13/C^12(stable carbon isotope discrimination,△)是增加WUE的一個間接的指標。許多植物育種家也致力於抗旱品種的育種，但很少人是以增加植物的WUE為育種目標。WUE是一個數量遺傳的性狀，且在有限水分的狀況下是可以增加植物的抗旱。番茄的基因連鎖圖譜(linkage map)是非常完整的，且其來自野生品種的遺傳變異也相當豐富，利用RFLP分子標誌(marker)可偵測出與其連鎖的數量性狀基因(QTL)。本研究的目的是要找出與WUE等4個數量遺傳性狀連鎖的分子標誌，並且利用這些分子標誌來選育高水分利用效率的番茄品種。我們在1996年夏季種了200多株的F2族群，其親本是一栽培種(Lycopersicon esculentum)，具有低WUE；另一親本為野生種(Lycopersicon esculentum)，具有高WUE。其中一半的植株澆水到95％田間持水量(well-watered treatment)，而另一半的F2則作50％田間持水量的處理(water-stressed treatment)。所有200多株在即將結果實之前全部停止澆水，而採收其地上部份（葉和莖）及地下部份（根），進而測得其總乾物重(dry weight)。而在1997夏季，我們也於同一地點種了200多株F2族群，其中100多株於即將開花之前採收，另100多株則於果實變紅時採收。而此200多株在水分之處理則是一致的，全是澆水到95%的田間持水量。每一年都測WUE（總乾物重累積量／總澆水量），△，總乾物重累積量，以及澆水總量等4個不同的性狀。我們共用了108個RFLP分子標誌（來自康乃爾大學）及300多個F2（每一個處理用100多株）而建立了12個基因連鎖群，其總長度大約是1，856cM，而分子標誌之間的平均間隔約為17.1cM。在這4個不同處理(well-watered, water-stressed, vegetative and reproductive treatments)，我們總共偵測到28個區域分散在11條染色體上與所測的4個不同性狀有連鎖關係(LOD>2.5,P<0.05)。利用Mapmaker/QTL1.1b，我們偵測出每個QTL位置，QTL的LOD值，QTL單獨及連合的外表型變方解釋其性狀的百分比。而利用PC SAS6.1 Proc means之分析方法，我們也計算出每一性狀的基因效應(gene effect)。在每一個處理中，我們發現大部分的QTL對於不同的性狀具有專一性，當然也有幾個QTL在表現型上具有多效性(pleiotropy)。一般而言，不同基因控制不同的性狀，即使相同的性狀，但在不同的環境也由不同的基因所操作。環境差異愈大，則控制每個不同性狀的基因愈不同，而愈少有相同的基因出現。在有限水分的環境下，為了要維持或增加植物的產量，這些有限的水分必須被植物有效地利用，因而水分利用效率(Water use efficiency,WUE)在降雨量不足或是灌溉不易的地區更顯得其重要性。過去幾年來的報告已指出在C3植物中，其穩定性碳元素比C^13/C^12(stable carbon isotope discrimination,△)是增加WUE的一個間接的指標。許多植物育種家也致力於抗旱品種的育種，但很少人是以增加植物的WUE為育種目標。WUE是一個數量遺傳的性狀，且在有限水分的狀況下是可以增加植物的抗旱。番茄的基因連鎖圖譜(linkage map)是非常完整的，且其來自野生品種的遺傳變異也相當豐富，利用RFLP分子標誌(marker)可偵測出與其連鎖的數量性狀基因(QTL)。本研究的目的是要找出與WUE等4個數量遺傳性狀連鎖的分子標誌，並且利用這些分子標誌來選育高水分利用效率的番茄品種。我們在1996年夏季種了200多株的F2族群，其親本是一栽培種(Lycopersiconesculentum)，具有低WUE；另一親本為野生種(Lycopersicon esculentum)，具有高WUE。其中一半的植株澆水到95％田間持水量(well-watered treatment)，而另一半的F2則作50％田間持水量的處理(water-stressed treatment)。所有200多株在即將結果實之前全部停止澆水，而採收其地上部份（葉和莖）及地下部份（根），進而測得其總乾物重(dry weight)。而在1997夏季，我們也於同一地點種了200多株F2族群，其中100多株於即將開花之前採收，另100多株則於果實變紅時採收。而此200多株在水分之處理則是一致的，全是澆水到95%的田間持水量。每一年都測WUE（總乾物重累積量／總澆水量），△，總乾物重累積量，以及澆水總量等4個不同的性狀。我們共用了108個RFLP分子標誌（來自康乃爾大學）及300多個F2（每一個處理用100多株）而建立了12個基因連鎖群，其總長度大約是1，856cM，而分子標誌之間的平均間隔約為17.1cM。在這4個不同處理(well-watered,water-stressed,vegetative and reproductivetreatments)，我們總共偵測到28個區域分散在11條染色體上與所測的4個不同性狀有連鎖關係(LOD>2.5,P<0.05)。利用Mapmaker/QTL1.1b，我們偵測出每個QTL位置，QTL的LOD值，QTL單獨及連合的外表型變方解釋其性狀的百分比。而利用PC SAS6.1 Proc means之分析方法，我們也計算出每一性狀的基因效應(gene effect)。在每一個處理中，我們發現大部分的QTL對於不同的性狀具有專一性，當然也有幾個QTL在表現型上具有多效性(pleiotropy)。一般而言，不同基因控制不同的性狀，即使相同的性狀，但在不同的環境也由不同的基因所操作。環境差異愈大，則控制每個不同性狀的基因愈不同，而愈少有相同的基因出現。我們已確定在4個不同的處理時，其WUE和△都表現數量遺傳的性狀。在作性狀之間的相關係數分析時，WUE與△出現預期的顯著負相關，且WUE在不同處理中也與乾物重有顯著的正相關。所有增加WUE和乾物重的QTL其對偶基因均來自野生種，L.penellii。這些QTL也因而具有育種的價值。至今，還沒有WUE的番茄品種，是因為在田間育種時缺乏可靠、正確且快速的篩選標準。因此利用分子標誌輔助選種及配合傳統的回交法將可育出一個具高水分利用效率且維持原有產量的番茄品種。我們已確定在4個不同的處理時，其WUE和△都表現數量遺傳的性狀。在作性狀之間的相關係數分析時，WUE與△出現預期的顯著負相關，且WUE在不同處理中也與乾物重有顯著的正相關。所有增加WUE和乾物重的QTL其對偶基因均來自野生種，L.penellii。這些QTL也因而具有育種的價值。至今，還沒有WUE的番茄品種，是因為在田間育種時缺乏可靠、正確且快速的篩選標準。因此利用分子標誌輔助選種及配合傳統的回交法將可育出一個具高水分利用效率且維持原有產量的番茄品種。
F2 plants from a Lycopersicon esculentum x L. pennellii cross were grown in containers in the field. In 1996,100 plants were well-watered (wet environment)and another 100 plants received reduced water (dry environment). In 1997, well-watered plants were terminated either early or late in the season. Water-use efficiency (WUE),carbon isotope discrimination(△),dry weight(DW) and water use(WU)were measured. A linkage map was constructed with 108 RFLP markers at an average interval length of 17.2cM.Twenty-eight regions on 11 chromosomes were detected with significant QTL for the four traits combined. In general, the investigated traits were controlled by different genes, and the same trait was controlled by many genes distributed in different environments. However, a few markers were linked to two or three traits suggesting either pleiotropic effects or, alternatively, closely linked genes for different traits. Results from gene effect analysis suggested DW may be increased and WU reduced by marker-assisted selection using a single marker, and that both WUE and DW may be simultaneously increased. There was a highly significant negative phenotypic correlation between WUE and △ in all environments, but no common marker for WUE and △ was detected, suggesting that targeting QTL for △ would be ineffective to improve WUE. |
