TD70/KasalathRIL群体遗传图谱构建和重要农艺性状的QTL定位

论文摘要

株型和穗部性状是水稻重要的农艺性状,与水稻产量密切相关。株型和穗部性状的改良是提高水稻产量的重要途径。水稻株型和穗部性状大多数是复杂的数量性状,通过其分子水平的定位研究,可为水稻株型、穗型遗传改良以及相关性状的基因克隆提供重要的依据。本研究利用株型、穗部性状差异显著的特大粒粳稻品系TD70和籼稻小粒品种Kasalath为亲本配制组合,以单粒传方法构建含240个株系的重组自交系（RIL）F7和F8群体为研究对象,对株型性状（株高、剑叶长、剑叶宽、有效穗数、分蘖角）、穗部性状（穗长、一次枝梗数、着粒密度、总粒数、结实率）和产量性状（千粒重、单株产量）间的相关性进行分析；并以重组自交系（RIL）F7群体为基础,构建了一套水稻分子标记连锁图谱,对株型和穗部等10个性状分别进行两年的QTL定位研究。主要研究结果如下：1.水稻分子连锁图谱的构建选用均匀分布于整个水稻基因组的838对SSR引物进行亲本多态性筛选,共检测到302对具有多态性的引物,频率为36.04%。选择带型清晰且在基因组中分布较均匀的标记构建了一个含141个SSR标记座位的水稻分子连锁图谱,总图距约1832.47cM,标记间平均图距为13cM,图距范围为0.43cM-36.11cM,符合QTL作图的基本要求。本实验群体中父母本基因型频率分别为53%和47%,群体结构平衡性好。SSR标记中存在显著（P<0.05）偏分离的标记占总标记的51.8%,大多偏向于父本。除第1、第8染色体个别标记位置不同外,其它染色体上标记顺序和位置与已公布的日本晴序列基本一致。2.水稻株型性状、穗部性状和产量性状间的相关性重组自交系（RIL）年度间的株型性状与产量性状相关性结果类似。株高与有效穗数呈极显著负相关,与剑叶长、千粒重呈极显著正相关；剑叶长与剑叶宽、有效穗数呈显著负相关；剑叶宽、有效穗数与单株产量呈显著正相关。穗长与一次枝梗数、总粒数、千粒重呈显著正相关,而与着粒密度呈显著负相关。除穗长外,一次枝梗数、每穗总粒数、着粒密度、结实率以及单株产量之间均呈显著正相关。3.水稻株型性状的QTL定位利用该连锁图和QTL IciMapping3.1软件分别对2010年和2011年RIL群体中控制株型性状的QTL位点进行检测。5个株型性状共检测到24个QTL,其中两年共检测到3个控制株高的QTL、3个控制剑叶长的QTL、10个控制剑叶宽的QTL和5个控制有效穗数的QTL,2011年检测到3个影响分蘖角的QTL,分布于除第10染色体外的其它11条染色体上,单个性状的QTL联合贡献率在34.5%-73.4%之间。其中控制株高的qPH1、qPH6和qPH12,控制剑叶长的qFLL3-1和qFLL3-2、控制剑叶宽的qFLW3、qFLW4-1和qFLW8和控制有效穗数的qTN2,两年中都检测到,重现率为43%。控制剑叶长的QTL以TD70母本遗传效应为主,有效穗数的QTL父母本遗传效应相当,而株高、剑叶宽和分蘖角的QTL加性效应主要来自父本Kasalath。研究表明,在第1染色体上RM5389-RM165、第3染色体的RM1278-RM3766和RM6080-RM6832标记区间以及第4染色体的RM3643标记附近,存在同时控制株高、有效穗数、剑叶长和剑叶宽的QTL簇,表明这些区间是株型遗传的热点区域,为水稻理想株型的改良提供了有利信息。4.水稻穗部性状的QTL定位利用该群体对穗部5个性状进行QTL检测,两年共检测到32个QTL,其中包括控制穗长的5个QTL、一次枝梗数的5个QTL、每穗总粒数的8个QTL、着粒密度的10个QTL和结实率的3个QTL,分别位于第2、第3、第4、第6、第7、第8和第10染色体上,LOD值范围为2.6-9.3,单个性状的QTL对各自表型的总贡献率介于39.0%-83.4%之间。其中有8个QTL在两年都检测到,分别是控制穗长的qPL3、控制一次枝梗数的qPPB2.控制每穗总粒数的qTSP4、qTSP6-2、qGD3-2、控制着粒密度的qGD7和控制结实率的qSS3,重现率达25%,单个QTL的贡献率在5.6%-30.1%之间。除一次枝梗数的QTL的加性等位基因来自双亲外,其它穗部性状的QTL的父本Kasalath遗传效应明显大于母本TD70,因而来自父本Kasalath的等位基因对穗部性状有明显的增效作用。在第2染色体的RM5699-RM424、第3染色体的RM489-RM3766、第4染色体的RM3367-RM1018和第6染色体的RM3343-RM412区间内,都检测到既影响一次枝梗数、每穗总粒数、着粒密度,又影响结实率的QTL,这表明控制一次枝梗数、每穗总粒数、着粒密度和结实率的基因存在一定程度的连锁关系,这也与这些性状之间存在显著相关性是相一致的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 缩略符号
• 第一章 文献综述
• 1 分子遗传图谱的构建
• 1.1 经典遗传图谱
• 1.2 分子遗传图谱
• 1.2.1 分子遗传图谱的构建
• 1.2.1.1 DNA分子标记的分类和选择
• 1.2.1.2 作图群体的构建
• 1.2.2 水稻分子遗传图谱
• 1.3 经典遗传图谱与分子遗传图谱的整合
• 2 QTL定位
• 2.1 QTL定位原理和方法
• 2.2 水稻QTL定位现状
• 3 水稻株型遗传育种研究
• 3.1 水稻理想株型
• 3.2 水稻株型的研究现状
• 3.3 株型各性状的遗传育种研究
• 3.3.1 水稻株高性状的遗传研究
• 3.3.1.1 水稻株高性状的分类
• 3.3.1.2 水稻株高基因的遗传研究
• 3.3.1.3 水稻株高性状的QTL定位和克隆
• 3.3.2 叶片性状
• 3.3.3 分蘖性状
• 4 水稻穗部性状的研究概况
• 4.1 水稻穗部性状与产量的关系
• 4.2 穗部性状的遗传研究
• 4.3 穗部性状的克隆
• 5 本研究的目的与意义
• 第二章 水稻分子遗传图谱构建
• 摘要
• 1 材料和方法
• 1.1 RIL群体构建
• 1.2 试剂与仪器
• 1.2.1 主要试剂
• 1.2.2 主要仪器
• 1.3 试验方法
• 1.3.1 DNA提取
• 1.3.2 多态性筛选和基因分型
• 1.3.3 遗传图谱构建与分析
• 2 结果与分析
• 2.1 亲本多态性分析
• 2.2 RIL群体中标记偏分离分析
• 2.3 基因型数据分析
• 2.4 分子遗传连锁图谱的构建
• 3 讨论
• 3.1 多态性频率与偏分离情况
• 3.2 该遗传图谱构建的意义
• 4 本章小结
• 第三章 水稻株型性状的QTL定位
• 摘要
• 1 材料与方法
• 1.1 研究群体
• 1.2 试验方法
• 1.2.1 DNA提取与基因分型
• 1.2.2 株型性状的测定方法
• 1.2.3 QTL定位方法
• 1.2.4 广义遗传力的计算
• 2 结果与分析
• 2.1 水稻株型性状的表型分析
• 2.2 水稻株型性状与产量性状的相关分析
• 2.3 水稻株型性状的QTL定位结果与分析
• 3 讨论
• 4 本章小结
• 第四章 水稻穗部性状的QTL定位
• 摘要
• 1 材料与方法
• 1.1 研究群体
• 1.2 试验方法
• 1.2.1 DNA提取与基因分型
• 1.2.2 穗部性状的测定方法
• 1.2.3 QTL定位方法
• 2 结果与分析
• 2.1 水稻穗部性状的表型分析
• 2.2 水稻穗部性状与产量、株型性状的相关分析
• 2.3 水稻穗部性状的QTL定位结果与分析
• 2.4 QTL的多效性
• 4 本章小结
• 第五章 全文结论
• 1 水稻分子连锁图谱构建
• 2 水稻株型性状的QTL定位
• 3 水稻穗部性状的QTL定位
• 4 QTL的多效性
• 5 论文创新点
• 参考文献
• 致谢