大豆高密度遗传图谱的构建及种子大小和形状性状的QTL定位

摘要

大豆（Glycine maxL.Merr.）是世界上重要的粮食、油料和饲料作物，被广泛用于农业生产。中国是大豆原产地，但是目前我国大豆自给率非常低，2015年大豆进口已经超过8000万吨，因此大豆高产育种成为我国首要的育种目标。大豆种子大小和形状性状是重要的产量相关性状，而且都是数量性状，因此在构建遗传图谱的基础上，研究数量性状的遗传基础对农作物育种具有十分重要的意义。
　　以前大豆种子大小与形状性状的QTL定位的标记密度有限，未能充分揭示这些性状的遗传基础。为了在全基因组水平上剖析大豆籽粒大小和形状的遗传基础，寻找对大豆育种有价值的稳定QTL，本研究以溧水中子黄和南农493-1正反交组合共519个F2.10家系构成的RIL群体为材料，采用SLAF-seq技术获得的全基因组SNP标记，使用HighMap软件构建大豆高密度遗传连锁图谱。分别在2014年（环境1）和2015（环境2）年获得F2∶10和F2∶11大豆种子百粒重、粒长、粒宽、粒厚、长宽比、长厚比和宽厚比七个性状表型值，利用完备区间作图法的IciMapping4.1软件对其进行主效QTL定位，并检测加性QTL、环境互作QTL、QTL间上位性和上位性与环境互作QTL。根据定位到的QTL标记在基因组上的物理位置发掘候选基因，通过与拟南芥种子大小相关性状基因同源分析及在大豆种子内的表达量分析，来鉴定大豆种子大小和形状性状的候选基因，主要结果如下:
　　1、构建了总图距为3395.32 cM的大豆高密度遗传连锁图谱，图谱包含11846个标记，分布在20个连锁群上，标记之间的平均遗传图距为0.43 cM。在这11846个标记中共发现3219个标记不符合孟德尔分离比例(1∶1)，占总标记数的29.17％，其中极显著偏分离标记为1846个（P≤0.01），显著偏分离标记为1373个(P≤0.05)。在3219个偏分离标记中有1923个标记偏向母本溧水种子黄，占偏分离标记总数的59.74％;剩下1296个偏向父本南农493-1，占偏分离标记总数的40.36％。
　　2、在两个年份环境下，共定位到分布在20条染色体上、表型贡献率为0.90～14.33％的190个加性效应QTL，其中E1环境检测到105个，E2环境检测到85个，两个环境下同时都检测到稳定QTL共25个。七个性状检测到表型贡献率为0.43～14.93％的50个QTL与环境互作，其中44个环境互作QTL与单一环境中检测到的加性效应QTL区间相一致控制同一性状。在两个年份环境下，检测出393对影响大豆籽粒大小的加性×加性上位互作QTL，其中E1环境检测到贡献率为0.60～5.17％的194对上位性QTL，E2环境检测到贡献率为0.60～3.67％的199对上位性QTL。检测到4对上位性与环境互作的QTL，分别位于16-16、5-10、13-18和2-20染色体上，贡献率为0～0.68％。大豆种子大小与形状性状主要受加性QTL及其上位性控制，并有加性QTL与环境互作的修饰。
　　3、在上述定位到的190个加性QTL的标记区间内部，发现了3813个基因。通过拟南芥种子大小与形状性状基因的同源分析发现，其中91个大豆基因与拟南芥种子大小基因同源。通过基因表达量分析的进一步筛选，这91个大豆基因中有12个在大豆种子中表达。这12个基因为大豆种子大小与形状性状的候选基因。
　　上述研究结果为更深入研究大豆种子大小和形状性状的遗传与分子机制奠定基础，可望指导大豆高产育种。

目录

声明

摘要

符号说明(英文缩略词)

第一部分 文献综述

第一章 文献综述

1 作物重要经济性状

2 遗传图谱构建的研究进展

3 数量性状基因座连锁分析方法与软件包

4 种子大小与形状性状的研究进展

5 大豆种子大小与形状性状研究存在的问题

6 本研究的目的与意义

第二部分 研究报告

第二章 材料与方法

1 试验材料与田间设计

2 大豆叶片DNA提取

3 SNP标记的获得和分析

3 遗传图谱的构建

4 大豆种子大小和形状性状的考察

5 QTL定位方法

6 QTL的命名方法

7 候选基因的挖掘

8 候选基因与拟南芥种子大小基因同源鉴定

9 候选基因的表达鉴定

第三章 结果与分析

1 遗传图谱的构建

2 种子大小和形状性状表型分析

3 QTL定位分析

4 候选基因预测

第四章 讨论

1 高密度遗传图谱的构建

2 QTL定位的可靠性

3 环境互作对QTL定位的影响

4 上位性和上位性×环境互作对QTL定位的影响

5 种子大小和形状性状四类QTL的重要性比较

6 性状间相关性与QTL成簇分布

7 候选基因调控种子大小和形状性状的途径浅析

第五章 全文结论和创新点

1 全文结论

2 创新点

参考文献

附录

致谢

攻读硕士学位期间发表及待发表的论文