发掘人工合成小麦中增加千粒重的QTL

摘要

小麦是世界上最重要的粮食作物之一，由于瓶颈效应与长期选择，使现代栽培小麦的遗传基础狭窄。小麦野生近缘种中存在有大量可用于小麦改良的优异基因。因此，发掘并利用小麦野生近缘种中的优异基因，有利于拓宽栽培小麦的遗传基础。千粒重是小麦产量的构成因素之一，进一步提高千粒重是小麦超高产育种的一条重要途径。然而千粒重与穗粒数和穗数通常呈负相关，与株高正相关，成为小麦超高产育种的重要限制因素。本研究利用四倍体波斯小麦(2n=28，AABB)与粗山羊草Ae38(2n=14，DD)杂交人工合成的六倍体小麦Am3为供体亲本，普通小麦莱州953为轮回亲本，经5次回交的两个F2:3次级分离群体(高千粒重群体85个家系和低千粒重群体75个家系)为材料，通过分子标记检测，发掘人工合成小麦中增加千粒重的QTL，并对其它农艺性状进行QTL定位，为QTL的进一步精细定位和克隆等研究奠定基础。主要结果如下： 1.采用SSR荧光标记分析技术和银染技术相结合的方法用648对不同来源的SSR引物对亲本莱州953和Am3进行多态性检测，其中348对引物在两亲本间有稳定的多态性，多态性频率为53.7％。有66对SSR引物在高千粒重导入系群体中出现多态性，占多态性标记的18.96％。有63对SSR引物在低千粒重导入系群体中出现多态性，占多态性标记的18.1％。 2.利用MapManager软件，将高千粒重导入系群体的58个多态性SSR标记定位在小麦8条染色体上，连锁图总长为344.6cM，平均每个标记间的遗传距离为5.9cM。同样的方法将低千粒重导入系群体的52个多态性SSR标记定位在小麦9条染色体上，连锁图的总长为366.9cM，平均每个标记间的遗传距离为7.1cM。导入片段远远大于理论值。 3.利用WindowsQTLCartographer2.0软件，采用复合区间作图法取LOD≥2.5为阈值，对两个群体进行OTL检测。在高千粒重群体中共检测到10个QTL，其中3个千粒重OTL分别位于1A、3D和4B染色体上，1个粒长QTL位于7B染色体上，2个粒宽OTL分别位于1A、和4B染色体上，2个穗数QTL分别位于4B和7B染色体上，2个株高OTL分别位于3D和4B染色体上。在低千粒重群体中共检测到17个QTL，其中3个千粒重OTL分别位于1A、4B和7B染色体上，4个粒长QTL分别位于1A和2D染色体上，1个粒宽QTL位于7B染色体上，2个穗数QTL分别位于4B和7B染色体上，2个株高QTL分别位于2D和4B染色体上，5抽穗期QTL分别位于2A、2D、6B和7B染色体上。 4.在高千粒重导入系群体中，共检测到3个来自Am3增加千粒重的新的QTL位点(QGw.caas-1A1、QGw.caas-3D、QGw.caas-4B1)。QGw.caas-3D在3个环境中都检测到，解释表型变异18.1％-31.8％，增加千粒重2.3-4.8g，表明该QTL是一个稳定的主效QTL。QGw.caas-1A1在2个环境中检测到，解释表型变异21.4％-33.8％，增加千粒重2.7-3.8g。QGw.caas-4B1在2个环境中检测到，解释表型变异10.9％-30.2％，增加千粒重3.9-4.8g。所发现的增加千粒重OTL与穗数、穗粒数和株高不存在不利的相关关系，有利于千粒重、穗数、穗粒数的同步提高及株高的降低，因此是较为理想的提高千粒重的QTL。 5.虽然轮回亲本Am3的农艺性状比莱州953的差，但在导入系群体中，通过表型选择和QTL分析，选出了一些农艺性状比轮回亲本莱州953有较大改良的导入系。如高千粒重导入系IL6的平均千粒重为60.5g，平均穗粒数53.3粒，平均株高83.6cm，平均单株穗数5.8个；多粒导入系IL39的平均穗粒数83.6粒，千粒重45.9g，平均穗数5.3个，株高84.3cm。这些导入系已分发到小麦育种单位用于小麦品种的遗传改良，选育含有人工合成小麦有利基因/QTL的小麦新品种。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:符号说明

声明

1文献综述

1.1 DNA分子标记技术

1.1.1分子标记的特点

1.1.2分子标记的类型

1.2数量性状(QTL)研究与作图

1.2.1 QTL定位的目的和作用

1.2.2 QTL定位的原理

1.2.3构建作图群体

1.2.4 QTL作图的统计分析方法

1.3 QTL的精细定位

1.3.1 QTL的作图精度

1.3.2影响QTL作图精度的主要原因

1.3.3 QTL精细定位的方法

1.3.4精细定位与基因克隆

1.4高代回交QTL分析

1.4.1高代回交作用与含义

1.4.2高代回交的步骤

1.4.3高代回交的遗传效应与特点

1.4.4高代回交分析法的应用

1.5影响小麦生育期的三类基因的研究进展

1.5.1小麦春化基因研究进展

1.5.2小麦光周期的研究进展

1.5.3小麦早熟性基因

1.6小麦主要产量相关性状的QTL研究进展

1.6.1小麦千粒重QTL研究

1.6.2小麦粒长、粒宽QTL研究

1.6.3小麦穗粒数QTL研究

1.6.4穗数QTL研究

1.6.5株高QTL研究

1.6.6小麦抽穗期QTL研究

1.7人工合成小麦的利用价值

1.8立题依据、目的和意义

2材料与方法

2.1供试材料

2.2田间试验与性状鉴定

2.2.1田间试验

2.2.2性状鉴定

2.3 DNA提取

2.4 SSR标记

2.4.1银染技术

2.4.2 SSR荧光标记法

2.5统计分析

3结果与分析

3.1两个导入系群体的千粒重表型变异分析

3.1.1高千粒重导入系群体的千粒重在三个环境中的表型变异分析

3.1.2低千粒重导入系群体的千粒重在三个环境中的变异分析

3.2两个导入系群体其它性状的表型变异分析

3.2.1两个导入系群体粒长变异

3.2.2两个导入系群体粒宽的表型变异

3.2.3两个导入系群体穗数变异

3.2.4两个导入系群体与亲本株高变异

3.2.5两个导入系群体与亲本抽穗期变异

3.3高千粒重导入系群体的千粒重与其它性状的相关分析

3.4低千粒重导入系群体的千粒重与其它性状的相关分析

3.5近等基因导入系

3.6 SSR的多态性及遗传连锁图谱的构建

3.6.1 SSR的多态性

3.6.2遗传连锁图谱的构建

3.7 OTL的检测

3.7.1高千粒重导入系群体QTL检测

3.7.2低千粒重导入系群体QTL检测

4讨论与结论

4.1有利基因频率及分布

4.2近等基因系及其在育种中的应用

4.3供体基因组片段与理论值的比较

4.4增加千粒重的理想QTL

4.5降低千粒重的QTL

4.6粒长、粒宽的QTL

4.7单株穗数的QTL

4.8株高的QTL

4.9 QTL热点区

4.10两个群体表型及QTL的比较

参考文献

致谢

附 录

博士期间发表和待发表论文