玉米四交群体株型及生育期相关性状的QTL分析

论文摘要

玉米是重要的粮食和饲料作物,提高玉米产量是主要育种目标,育种家以耐密型和广适性的改良为突破口提高品种的产量,强调株型育种是提高群体光能利用的重要途径及在协调群体与个体之间矛盾中的重要性,强调改良玉米生育期在最大限度地利用光和热及提高品种适应性中的重要性。为此,本研究利用在株型和生育期差异显著且在育种实践中具有应用价值的自交系276、72、A188、交51组配构建了276/72//A188/交51的四交群体,构建遗传连锁图谱,通过对株型和生育期相关性状在多个环境下进行表型鉴定,分析其遗传特点,采用MQM作图法,对各性状进行QTL定位和基因效应分析。这在玉米上是首次应用多向杂交群体进行遗传图谱的构建与重要农艺性状的QTL分析。主要研究结果如下:1、以277个双交F1单株为作图群体,利用213个SSR标记,构建了覆盖玉米全基因组的分子标记遗传图谱。图谱总长度为1626.3 cM,标记平均间距7.64 cM。本研究用于定位的213个标记中,有187个位点等位基因频率分布符合1:1、1:1:1:1或1:2:1的分离,26个表现为偏分离,占11.8%。卡方测验的结果表明,本研究所用的玉米四交F1群体是一个随机群体,适合于遗传作图、基因定位等基因组分析和应用。本研究利用四交群体所构建的遗传连锁图谱说明在玉米上利用四交群体进行遗传作图是可行的,而且可以提高作图的效率和精度。2、四交群体6个株型相关性状和3个生育期相关性状中,各性状均表现出不同程度的超亲分离;各性状均呈连续正态分布;各性状家系、环境及家系与环境互作均存在显著或极显著差异;各株型和生育期相关性状的遗传力均较大,分别为0.810.90、0.750.87。3、在郑州点和济源点分别检测到31个、43个与玉米株型有关的QTL,两点合并分析条件下检测到36个与玉米株型有关的QTL,单个QTL的贡献率为4.9%-25.4%,48个QTL的贡献率大于10%。其中qPH1a、qPH8a、qPH8b、qPH9、qEH1、qEH3b、qEH3c、qEH8a、qEH9、qLN1a、qLN8a、qLN9、qLNAE3、qLNAE4、qLNAE8a、qLNAE8b、qTTL1b、qTTL2a、qTTL4b、qTTL5a、qTTL5b、qTTL5d、qTTL6b、qTTL9、qLA1b、qLA1c、qLA2b、qLA4a、qLA5、qLA7、qLA8a、qLA8b在郑州、济源环境下或合并分析条件下均被检测到,具有环境稳定性。4、在郑州点和济源点分别检测到30个、27个与玉米生育期有关的QTL,两点合并分析条件下检测到34个与玉米生育期有关的QTL,单个QTL的贡献率为4.9%-14.1%,13个QTL的贡献率大于10%。其中qTE1a、qTE2、qTE3a、qTE3b、qTE4、qTE6、qTE8、qTE9b、qTE9c、qTE10b、qSE1a、qSE1c、qSE2、qSE3、qSE4a、qSE7b、qSE8a、qSE9a、qSE9b、qAN1、qAN2、qAN3a、qAN3b、qAN3c、qAN3d、qAN4a、qAN4b、qAN7、qAN8、qAN9a、qAN9b、qAN10a、qAN10c在郑州、济源环境下或合并分析条件下均被检测到,具有环境稳定性。5、在检测到的株型和生育期QTL中,存在成簇分布的现象,如染色体1.06-1.07同时存在影响株高、叶片数、穗上叶片数、雄穗主轴长、叶夹角的QTL（qPH1b、qLN1b、qLNAE1b、qTTL1c、qLA1a）,染色体3.05-3.06同时存在影响穗位高、穗上叶片数、叶夹角、抽雄期、散粉期的QTL（qEH3b、qLNAE3、qLA3a、qTE3b、qAN3b）。分析表明QTL成簇分布与性状间的表型和遗传相关性有关。这些位于染色体相同区域的相同标记区间内,同时控制玉米不同株型和生育期相关性状的QTL,对其加以利用可以起到多效的目的,大大提高分子标记辅助选择的效率,在育种实践中具有重要意义,也证明了利用四交群体作为作图群体可以显著提高QTL定位的效率。

论文目录

• 致谢
• 目录
• 摘要
• 第一章 文献综述
• 1.1 玉米及其遗传改良
• 1.2 玉米株型
• 1.2.1 株型及其相关性状
• 1.2.1.1 株型与叶片的空间分布
• 1.2.1.2 株型与群体透光性
• 1.2.1.3 株型与群体小气候
• 1.2.1.4 株型与玉米产量
• 1.2.2 株型性状的遗传研究
• 1.3 玉米生育期
• 1.3.1 生育期及其相关性状
• 1.3.2 生育期性状的遗传研究
• 1.4 QTL 定位的原理和方法
• 1.4.1 原理及步骤
• 1.4.2 作图群体
• 1.4.2.1 作图群体
• 1.4.2.2 四交群体
• 1.4.3 分子标记
• 1.4.4 作图方法
• 1.4.4.1 方差分析法（analysis of variance，ANOVA）
• 1.4.4.2 区间作图法（interval mapping，IM）
• 1.4.4.3 复合区间作图（composite interval mapping，CIM）
• 1.4.4.4 混合线性模型方法（mixed composite interval mapping，MCIM）
• 1.4.4.5 多区间作图（multifold interval mapping，MIM）
• 1.4.4.6 LD 作图（linkage disequilibrium，LD）
• 1.4.4.7 多QTL 模型（Multiple-QTL Model , MQM）
• 1.4.5 QTL 定位的新方法
• 1.4.5.1 QTL 动态定位
• 1.4.5.2 eQTL 定位
• 1.5 QTL 的精细定位与克隆
• 1.5.1 精细定位
• 1.5.2 QTL 克隆及其功能研究
• 1.6 分子标记辅助选择育种
• 1.7 研究的目的意义与技术路线
• 1.7.1 研究意义
• 1.7.2 研究目的
• 1.7.3 技术路线
• 第二章 基于四交群体的遗传连锁图谱的构建
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 试验材料
• 2.1.2 实验方法
• 2.1.2.1 基因组DNA 的提取与检测
• 2.1.2.2 SSR 标记的选择
• 2.1.2.3 PCR 体系和程序
• 2.1.2.4 扩增产物的聚丙烯凝胶电泳检测
• 2.1.3 标记分析与遗传图谱构建
• 2.1.4 标记的偏分离统计
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 遗传连锁图谱的构建
• 2.2.2 标记偏分离统计
• 2.3 讨论
• 2.3.1 四交群体的作图效果
• 2.3.2 标记偏分离及其对遗传作图的影响
• 第三章 四交群体株型相关性状的QTL 分析
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 试验材料及田间试验
• 3.1.1.1 供试材料
• 3.1.1.2 田间试验
• 3.1.2 性状调查
• 3.1.3 统计分析
• 3.1.3.1 描述性统计分析
• 3.1.3.2 方差分析和相关分析及遗传力分析
• 3.1.4 QTL 定位分析
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 四交群体株型相关性状联合方差分析
• 3.2.2 亲本间的性状差异和性状的变异
• 3.2.3 株型性状的相关分析及遗传力分析
• 3.2.4 株型相关性状的QTL 定位与效应分析
• 3.2.4.1 株高
• 3.2.4.2 穗位高
• 3.2.4.3 叶片数
• 3.2.4.4 穗上叶片数
• 3.2.4.5 雄穗主轴长
• 3.2.4.6 叶夹角
• 3.3 讨论
• 3.3.1 四交群体定位的效果
• 3.3.2 QTL 的显性效应
• 第四章 四交群体生育期性状的QTL 定位与遗传分析
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 试验材料及田间试验
• 4.1.1.1 供试材料
• 4.1.1.2 田间试验
• 4.1.2 性状调查
• 4.1.3 统计分析
• 4.1.3.1 描述性统计分析
• 4.1.3.2 相关分析与遗传力分析
• 4.1.4 QTL 定位分析
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 四交群体生育期相关性状联合方差分析
• 4.2.2 亲本间的性状差异和性状的变异
• 4.2.3 生育期性状的相关分析及遗传力分析
• 4.2.4 生育期相关性状的QTL 定位与效应分析
• 4.2.4.1 抽雄期
• 4.2.4.2 吐丝期
• 4.2.4.3 散粉期
• 4.3 讨论
• 4.3.1 生育期性状的QTL
• 4.3.2 成簇QTL 与标记辅助选择
• 参考文献
• ABSTRACT