- Zas R, Sampedro L (2014) Heritability of seed weight in Maritime pine, a relevant trait in the transmission of environmental maternal effects. Heredity (Edinb) 114(1):116–124.
定量種子供應(yīng)是重要的生命史特征秩伞，對(duì)后代表型和適應(yīng)性具有強(qiáng)烈影響袖牙。至于任何其他性狀，遺傳力估計(jì)對(duì)于了解其進(jìn)化動(dòng)力學(xué)至關(guān)重要撮执。然而薄翅，作為兩代之間的性狀沙兰，估計(jì)種子供應(yīng)的加性遺傳變異需要復(fù)雜的定量遺傳方法來(lái)區(qū)分真正的遺傳和環(huán)境母體效應(yīng)。在這里翘魄，使用海洋松作為長(zhǎng)壽植物模型鼎天，我們量化錐和種子重量（SW）均值和SW個(gè)體內(nèi)變化的加性遺傳變異。我們使用一個(gè)強(qiáng)大的方法結(jié)合半同胞分析和父母 - 后代回歸使用幾種常見(jiàn)的花園測(cè)試建立在對(duì)比環(huán)境中分離G暑竟，E和G×E效果斋射。錐體重量和SW平均值顯示顯著的遺傳變異，但也受母親環(huán)境的影響但荤。 SW平均值的大的變化的大部分歸因于加性遺傳效應(yīng)（h（2）= 0.55-0.74）罗岖。 SW沒(méi)有表現(xiàn)出明顯的G×E相互作用，特別是當(dāng)考慮錐體重量共變時(shí)腹躁，表明母體基因型主動(dòng)控制SW平均值桑包，而與分配給錐體的資源量無(wú)關(guān)。相對(duì)于個(gè)體間差異（88％）纺非，SW中的個(gè)體內(nèi)變化較低（12％）哑了，并且沒(méi)有顯示遺傳變異，但很大程度上受到母體環(huán)境的影響烧颖，在較不利的松果生長(zhǎng)位點(diǎn)處具有較大變異弱左。總之炕淮，親本和后代常見(jiàn)花園試驗(yàn)的結(jié)果非常一致科贬，并清楚地表明SW平均值的可遺傳遺傳變異，但不是SW中個(gè)體內(nèi)變異的遺傳變異鳖悠。
引言
種子重量（SW）是重要的生命史特征榜掌，對(duì)后代表型和最終對(duì)健康有強(qiáng)烈影響。 SWon萌發(fā)（Norden等乘综，2009）憎账，早期生長(zhǎng)（Hanley等，2007）卡辰，生存（Metz等胞皱，2010）邪意，非生物脅迫耐受性（Gomaa和Xavier Pico， （Sorensen和Campbell反砌，1993; Surles et al雾鬼。，1993; Castro宴树，1999; Wennstrom et al策菜。，2002; Parker et al酒贬。又憨，2001），對(duì)于許多不同的植物物種锭吨，包括針葉樹(shù)蠢莺。，2006; Blade and Vallejo零如，2008）躏将。鑒于SW對(duì)后代適應(yīng)性的相關(guān)性，可以預(yù)期SW將由于穩(wěn)定選擇力而在群體內(nèi)顯示出很小的變化（Silvertown考蕾，1989）耸携。然而，科學(xué)文獻(xiàn)充滿了報(bào)道SW中的大的種內(nèi)變異的實(shí)證研究（在Castro等人辕翰，2006中綜述）夺衍。母體環(huán)境效應(yīng)（Roach和Wulff，1987）和尺寸數(shù)量權(quán)衡（Sadras喜命，2007）已被重復(fù)地確定為維持SW中種內(nèi)變異的相關(guān)因素沟沙。然而，許多其他因素也可以作出貢獻(xiàn)壁榕，包括父母 - 后代（de Jong等人矛紫，2011）或父親 - 母親（Willi，2013）沖突在最佳種子大小牌里，植物或果實(shí)內(nèi)的兄弟競(jìng)爭(zhēng)（Banuelos和Obeso颊咬， 2003），最佳尺寸的時(shí)間和空間不穩(wěn)定性（Charpentier等人牡辽，2012）喳篇，有限的資源限制植物控制個(gè)體種子大小的能力（Vaughton和Ramsey，1998）态辛，以及作用于SW的沖突選擇壓力取決于招聘階段（Gomez麸澜，2004; Lazaro和Traveset，2009）奏黑。這種不可預(yù)測(cè)的種內(nèi)變異驅(qū)動(dòng)了近幾十年來(lái)一個(gè)有趣的研究領(lǐng)域炊邦。群體內(nèi)SW的減少的加性方差的理論預(yù)測(cè)是由于自然選擇預(yù)期消除基因型编矾，其中SW從每個(gè)環(huán)境的最佳值開(kāi)始減少。然而馁害，為了以這種方式進(jìn)化窄俏，SW中的表型變異必須具有遺傳基礎(chǔ)，并且這種遺傳變異必須是可遺傳的（Silvertown碘菜，1989; Sadras凹蜈，2007）。然而炉媒，分離種子特性中的環(huán)境和遺傳效應(yīng)是一項(xiàng)復(fù)雜的任務(wù)（Zas et al踪区。昆烁，2013）吊骤。 SW是跨越植物世代之間的過(guò)渡的復(fù)雜性狀。種子包括母系和胚胎起源的組織静尼，具有三倍體（或裸子植物中的母本單倍體）和二倍體遺傳材料白粉。由于它們與母本的密切聯(lián)系，種子不僅受其自身基因型的影響（House等鼠渺，2010）鸭巴，而且受到母本基因型的影響（Schwaegerle和Levin，1990; Platenkamp和Shaw拦盹，1993; Wolfe鹃祖，1995 ）和母體植物生長(zhǎng)的環(huán)境條件（Roach和Wulff，1987）普舆。母體環(huán)境效應(yīng)經(jīng)常被母體基因型的影響所混淆（Vaughton和Ramsey恬口，1998; Susko和Lovett-Doust，2000; Voeller等人沼侣，2012; Sober和Ramula祖能，2013）核和核外效應(yīng)（Lipow和Wyatt，1999）蛾洛，并且由于它們不同的遺傳貢獻(xiàn)养铸，可以差異地影響不同的種子組織（Lacey等，1997）轧膘。準(zhǔn)確量化添加的遺傳變異 - 對(duì)于了解SW的發(fā)展至關(guān)重要钞螟，因此需要復(fù)雜的定量遺傳方法，允許區(qū)分相對(duì)遺傳和環(huán)境母體效應(yīng)（Mazer谎碍，1987）筛圆。這種實(shí)驗(yàn)方法難以實(shí)施，特別是在長(zhǎng)壽植物如針葉樹(shù)（Zas等椿浓，2013）太援，這可能解釋了為什么沒(méi)有以前的研究報(bào)告狹義遺傳的種子性狀的長(zhǎng)壽樹(shù)闽晦，其中恰當(dāng)?shù)乜紤]了這些混雜因素。以前的針葉樹(shù)研究報(bào)告了種子性狀的總遺傳變異（無(wú)區(qū)分加性和非加性方差）提岔，但無(wú)法區(qū)分母本基因型與母性環(huán)境的影響（Matziris仙蛉，1998; Castro，1999; Roy et et al碱蒙。荠瘪，2004; Bilir et al。赛惩，2008; Carles et al哀墓。，2009）喷兼。利用在樹(shù)木育種計(jì)劃內(nèi)建立的常見(jiàn)花園測(cè)試的長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)裝置篮绰，在本文中，我們能夠適當(dāng)?shù)貐^(qū)分這些因素并且準(zhǔn)確地估計(jì)海洋松的種子性狀的狹義遺傳性季惯。在幾個(gè)物種的野生種群中觀察到的SW的強(qiáng)可塑性和低遺傳力估計(jì)已經(jīng)促使一些作者質(zhì)疑穩(wěn)定SW選擇的想法（Silvertown吠各，1989）。然而勉抓，一個(gè)更新的薈萃分析發(fā)現(xiàn)許多草本作物的SW的相當(dāng)大的遺傳力估計(jì)贾漏，盡管馴化和育種應(yīng)該導(dǎo)致可用的遺傳變異的減少（Sadras，2007）藕筋。野生種群和作物之間的這種明顯矛盾可能來(lái)自準(zhǔn)確估計(jì)許多混雜因素（例如纵散，母本效應(yīng)，基因型→環(huán)境（G→E）相互作用）可以在其中操作的野生種群的遺傳性的困難隐圾。此外伍掀，大多數(shù)研究集中在SW平均值的遺傳性，并忽略了SW中的個(gè)體內(nèi)變化翎承，在許多情況下硕盹，SW可以高達(dá)或甚至高于個(gè)體間差異（Holland等人，2009 ）叨咖。事實(shí)上瘩例，SW中的個(gè)體內(nèi)變化已經(jīng)被認(rèn)為是適應(yīng)性相關(guān)的性狀，因?yàn)镾W變異性可以在異質(zhì)或不可預(yù)測(cè)的環(huán)境中提供適應(yīng)益處甸各，提供對(duì)環(huán)境變異性的緩沖并且構(gòu)成套期保值的形式（Charpentier et al垛贤。，2012）趣倾。當(dāng)時(shí)間或空間環(huán)境異質(zhì)性妨礙確定最佳種子大小時(shí)聘惦，產(chǎn)生可變種子大小可能是最大化母本適合度的有利策略。同樣儒恋，這種性狀的遺傳變異應(yīng)該存在善绎，以允許對(duì)環(huán)境選擇性壓力的進(jìn)化響應(yīng)黔漂。然而，很少有先前的研究量化SW個(gè)體內(nèi)變異的遺傳性（Halpern禀酱，2005; Castellanos et al炬守。，2008）和長(zhǎng)壽木本植物剂跟。最近减途，分析在相容的環(huán)境條件下建立的兩個(gè)克隆種子園，我們發(fā)現(xiàn)SWofMaritime松是非巢芮ⅲ可變的鳍置，并且受到母體環(huán)境和母體基因型的高度影響（Zas等，2013）送淆。 SWalso影響后代的性能税产，介導(dǎo)遺傳和環(huán)境母體效應(yīng)的傳播（Zas et al。坊夫，2013）砖第。在這項(xiàng)研究中撤卢，我們進(jìn)一步环凿，旨在確定（i）觀察遺傳變異SW可遺傳的程度和（ii）SW與成人樹(shù)木生長(zhǎng)潛力之間是否存在遺傳相關(guān)性。在這里放吩，我們分析了包括在那些克隆種子果園中分析的基因型的開(kāi)放授粉后代的平均SW和個(gè)別SW變異在前一篇文章中分析（Zas等智听，2013）。這允許我們使用半同胞分析和親代后代回歸來(lái)估計(jì)狹義遺傳力渡紫，在兩種情況下使用在對(duì)比環(huán)境條件下建立的幾種常見(jiàn)的花園測(cè)試以解決G到推，E和G ?E效應(yīng)。結(jié)果將有助于了解這些有趣的性狀的適應(yīng)性價(jià)值和進(jìn)化動(dòng)力學(xué)惕澎。
材料和方法
實(shí)驗(yàn)方法
為了達(dá)到我們的目標(biāo)莉测，我們利用了在加利西亞海濱松樹(shù)育種計(jì)劃框架內(nèi)建立的不同基因試驗(yàn)（西班牙西部，農(nóng)村農(nóng)業(yè)部唧喉，加利西亞農(nóng)業(yè)部）捣卤。在該程序中，在80年代初從西班牙自然和人工種植園的廣泛實(shí)地調(diào)查中選擇了無(wú)關(guān)的優(yōu)良基因型（在生長(zhǎng)八孝，莖形式和木材生產(chǎn)的分支習(xí)慣方面具有突出表型的“加樹(shù)”）董朝。西北海岸起源的海松。從這些加樹(shù)中收集的開(kāi)放授粉的種子和接穗用于分別建立一系列開(kāi)放授粉后代試驗(yàn)和兩個(gè)雙克隆種子果園（參見(jiàn)圖1）干跛。在隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)之后子姜，在西班牙西北部，在1994 - 1995年建立了幾個(gè)開(kāi)放授粉的子代試驗(yàn)楼入，其中10個(gè)區(qū)和5個(gè)樹(shù)行的地塊（Zas et al哥捕。牧抽，2004）。在本研究中遥赚，我們分析了來(lái)自這些后代試驗(yàn)中的兩個(gè)的錐體和種子：Lalin（42.641N阎姥，7.991W）和Cortegada（42.211N，8.111W）鸽捻，其分別是生長(zhǎng)方面最差和最好的位置（Zas等人呼巴，2004）。在克隆種子園中御蒲，接種接種在2年齡幼苗上的接穗衣赶，通過(guò)取代末端芽獲得每個(gè)基因型的幾個(gè)克隆重復(fù)。在隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)之后厚满，在兩個(gè)克隆種子園（'Sergude'和'Monfero'）中的每一個(gè)中建立每個(gè)加號(hào)樹(shù)基因型的十個(gè)拷貝（分株）府瞄，每個(gè)區(qū)塊具有10個(gè)區(qū)段和每個(gè)基因型的一個(gè)分株。環(huán)境條件在兩個(gè)種子園之間顯著不同碘箍，其中一個(gè)（Sergude遵馆，42.821N，8.451W）具有有利條件的松樹(shù)生長(zhǎng)和繁殖丰榴，另一個(gè)（Monfero货邓，43.521N，7.931W）具有應(yīng)激的edaphoclimatic條件冬季低溫四濒，暴露于連續(xù)強(qiáng)風(fēng)换况，淺層和貧瘠的土壤）（表1）。
抽樣和評(píng)估在這項(xiàng)研究中盗蟆，我們分析了從每個(gè)種子園中包括的116個(gè)基因型中隨機(jī)選擇的10個(gè)基因型中的錐和種子性狀戈二，以及在兩個(gè)后代試驗(yàn)中建立的10個(gè)開(kāi)放授粉家族中，其中9個(gè)對(duì)應(yīng)于母本基因型研究在種子果園喳资。在每個(gè)后代試驗(yàn)中觉吭，并且對(duì)于每個(gè)選擇的開(kāi)放授粉家族，從五個(gè)隨機(jī)選擇的塊（即仆邓，每個(gè)家族15個(gè)單獨(dú)的半同胞樹(shù)）中的每個(gè)塊五個(gè)樹(shù)中的三個(gè)收集多達(dá)三個(gè)成熟錐鲜滩。由于樹(shù)木死亡率和缺乏可用錐體在一些樹(shù)木采樣，我們分別取樣133和143樹(shù)木在科爾特加達(dá)和拉林宏赘，總共773采樣錐體绒北。 2009年3月進(jìn)行抽樣，樹(shù)齡14歲察署。在兩個(gè)種子園中闷游，在兩個(gè)克隆種子園中的每一個(gè)中從每個(gè)選擇的基因型的四至六個(gè)分株中收集三至四個(gè)成熟錐體。從103個(gè)不同的單個(gè)樹(shù)采樣總共373個(gè)錐體。這種錐體集合中SW變異的來(lái)源及其對(duì)后代性能的影響的分析已在其他地方發(fā)表（Zas等脐往，2013）休吠。抽樣在2009年1月進(jìn)行，當(dāng)時(shí)樹(shù)木在Monfero是20歲业簿，在Sergude是27歲瘤礁。在每棵樹(shù)的樹(shù)冠內(nèi)隨機(jī)選擇錐體，使用梯子和爬升工具收集并單獨(dú)標(biāo)記梅尤。避免損壞的樹(shù)枝中的損壞的錐體或錐體柜思。將錐在35℃下在烘箱中打開(kāi)，稱重巷燥，收集所有種子并在4℃下儲(chǔ)存在標(biāo)記的PET小瓶中赡盘。通過(guò)在冷水中傾析從飽滿的種子中分離空的種子。從每個(gè)錐體中隨機(jī)取樣填充種子的子樣品（種子園中n = 24缰揪，子代試驗(yàn)中n = 16）陨享，并單獨(dú)稱重種子（±0.0001g）。在分析中考慮了來(lái)自種子園的總共8924粒種子和來(lái)自后代試驗(yàn)的12 464粒種子钝腺。計(jì)算每個(gè)采樣樹(shù)的單個(gè)椎體重量平均值抛姑，SW平均值和個(gè)體內(nèi)SW變化。為了估計(jì)SW在單個(gè)樹(shù)中的變化艳狐，我們使用變異系數(shù)定硝，因?yàn)樗亲钚∈芷骄兓绊懙膮?shù)（Crean和Marshall，2009）僵驰。對(duì)所有取樣的樹(shù)木測(cè)量乳房高度的直徑喷斋。
統(tǒng)計(jì)分析在本研究中唁毒，我們通過(guò)分析（i）在子代試驗(yàn)中通過(guò)混合模型分析估計(jì)的家族和家庭內(nèi)變異之間的關(guān)系蒜茴，估計(jì)錐體和種子性狀的加性遺傳方差和狹義遺傳性，以及（ii） - 在克隆種子園中估計(jì)的遺傳值與子代試驗(yàn)之間的后代回歸（圖1）浆西。在子代試驗(yàn)中粉私，通過(guò)擬合混合模型，以位點(diǎn)作為固定因子近零，以及家族和家族相互作用作為隨機(jī)因子诺核，分析樹(shù)徑，平均錐體重量久信，以及SW中的平均值和個(gè)體內(nèi)樹(shù)變化窖杀。站點(diǎn)內(nèi)的塊和塊和族的交互（表示多樹(shù)圖之間的變化）也被包括在模型中作為隨機(jī)因子。使用在SAS的MIXED過(guò)程中實(shí)現(xiàn)的REML方法估計(jì)方差分量（Littell等人裙士，2006）入客。為了探索和解釋G？E相互作用，我們首先擬合了一個(gè)完全混合模型桌硫，其中我們假設(shè)殘差方差和非結(jié)構(gòu)化家族（co）方差結(jié)構(gòu)的異質(zhì)性夭咬。然后，通過(guò)擬合約束不同家族元素和殘余協(xié)方差結(jié)構(gòu)的不同簡(jiǎn)化模型铆隘，我們測(cè)試了關(guān)于G卓舵？E相互作用的原因的不同假設(shè)（參見(jiàn)de la Mata和Zas，2010）膀钠。具體來(lái)說(shuō)掏湾，我們測(cè)試了跨站點(diǎn)殘差和家族變異是否存在異質(zhì)性，以及站點(diǎn)之間的遺傳相關(guān)性是否顯著大于零（零是完全獨(dú)立性）和顯著低于一個(gè)（一個(gè)表示完全相關(guān)或平行反應(yīng)規(guī)范）肿嘲。通過(guò)比較縮減模型和完全模型的限制對(duì)數(shù)似然忘巧，進(jìn)行關(guān)于對(duì)殘差和家族協(xié)方差結(jié)構(gòu)施加的約束的假設(shè)檢驗(yàn)，其中這兩個(gè)嵌套模型的對(duì)數(shù)似然的兩倍的差異分布為單尾w2睦刃，其具有由兩個(gè)模型之間的協(xié)方差參數(shù)的數(shù)目的差異給出的自由度（Fry砚嘴，2004）。還使用似然比檢驗(yàn)通過(guò)擬合簡(jiǎn)化模型來(lái)評(píng)估每個(gè)特定方差分量的統(tǒng)計(jì)顯著性涩拙，其中我們將給定（共）方差參數(shù)固定為0.最后际长，我們使用最簡(jiǎn)約的模型（即，擬合的參數(shù)以及完整模型）以估計(jì)每個(gè)家族的最佳線性無(wú)偏預(yù)測(cè)值（BLUP）（即兴泥，后代遺傳值）工育。為了計(jì)算父母 - 后代回歸，我們使用由Zas等人獲得的兩個(gè)克隆種子園中種子和錐體重量的親本值的估計(jì)搓彻。 （2013年）如绸。通過(guò)將作為固定因子的位點(diǎn)和位點(diǎn)內(nèi)的嵌段，基因型和位點(diǎn)β基因型相互作用作為隨機(jī)因子擬合混合模型來(lái)進(jìn)行SWE中的重要性和主要變異的分析（Zas等旭贬，2013）怔接。從這些混合模型獲得的BLUP用于表征每個(gè)性狀的親本遺傳值。對(duì)于SW平均值稀轨，我們對(duì)子代試驗(yàn)和種子果園實(shí)施兩種類型的分析扼脐，包括和排除錐體重量作為統(tǒng)計(jì)模型中的協(xié)變量。這兩種方法導(dǎo)致不同的協(xié)方差參數(shù)估計(jì)和BLUP奋刽，從而導(dǎo)致不同的遺傳力估計(jì)瓦侮。
通過(guò)親代 - 后代回歸和通過(guò)分析子代試驗(yàn)中半兄弟之間的相似性來(lái)估計(jì)狹義遺傳力。在第一種情況下佣谐，我們回歸了從上述混合模型估計(jì)的其各自母體親本的BLUP上的開(kāi)放授粉家族的BLUP肚吏。由于原始的母樹(shù)位于相互遠(yuǎn)離，它們被認(rèn)為是不相關(guān)的狭魂，因此遺傳力估計(jì)為父 - 子孫線性關(guān)系的斜率的兩倍（Roff罚攀，1997）吁断。類似地，遺傳性的標(biāo)準(zhǔn)誤差是回歸斜率的標(biāo)準(zhǔn)誤差的兩倍坞生。另一方面仔役，遺傳力也計(jì)算為加性遺傳方差與總表型方差的比率，方差估計(jì)來(lái)自開(kāi)放授粉后代試驗(yàn)的分析是己。杉木家族被假定為真正的半同胞又兵，因此加性遺傳方差被估計(jì)為家族方差的四倍（s2A?4Δs2F，其中s2F是家族方差）卒废。表型方差估計(jì)為家庭沛厨，地塊和內(nèi)部（殘余）方差之和。在這種情況下摔认，的遺傳性通過(guò)Delta方法對(duì)混合模型的方差分量的方差和協(xié)方差的漸近估計(jì)進(jìn)行估計(jì)（Lynch和Walsh逆皮，1997）。松樹(shù)是風(fēng)花授粉的参袱，主要是異花电谣，并且自花授粉和相關(guān)的親子關(guān)系在海洋松中顯示極低（de-Lucas等人，2008）抹蚀。然而剿牺，我們不能在我們研究的家庭中丟棄一些水平的全兄弟。為了估計(jì)不同性狀之間的遺傳相關(guān)性环壤，我們對(duì)子代試驗(yàn)中獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行混合雙變量重復(fù)測(cè)量分析（Holland晒来，2006）。對(duì)于每對(duì)特征郑现，我們假設(shè)給定樹(shù)上的兩個(gè)特征的值是對(duì)同一主題的重復(fù)測(cè)量湃崩。
