大白菜紫色性状的分子标记与QTL定位研究

论文摘要

大白菜（Brassica campestris L．ssp．Pekinensis（Lour．）Olsson）起源于中国，是具有中国传统特色又有较大影响的一种蔬菜作物，是我国蔬菜栽培中分布最广、种植面积最大的蔬菜作物之一。我国大白菜种质资源丰富，叶球颜色从白色到深绿色表现出很大的变异。近年来，不同球色育种已经成为新、奇、特大白菜品种选育的新方向。经初步研究，大白菜叶球紫色性状表现出数量性状的遗传特点。借助分子标记和QTL定位研究，可实现其分子标记辅助选择，极大地提高育种效率。本研究通过田间观察、统计紫色等性状，对大白菜紫色性状的遗传规律进行初步研究；利用改进的限制性位点扩增多态性（RSAP）标记技术，结合SRAP、SSR和RAPD等标记技术，以高代自交系紫菜薹和大白菜杂交产生的F2代125个单株为材料，构建了一张大白菜分子连锁图谱。基于所构建的图谱与田间调查的紫色等9个性状的表型值，采用多重区间定位法，进行了紫色等性状的QTL定位研究。试验获得以下研究结果：1．对RSAP标记技术的引物进行了重新设计，以大白菜、紫菜薹自交系及其F1、F2的DNA为模板，对反应体系进行了优化，对其重复性进行了检验。技术要点为：通过在限制性位点序列的3’端增加3个选择性碱基，5’端设计为10～12个碱基的随机序列，设计了14条长度为19bp的（RSAP）新引物。PCR扩增的前5个循环退火温度为35℃，后35个循环为52℃。优化后的在25μL的反应体系中，最佳DNA用量为2．0μL(20．0ng·μL-1)、Mg2+3．0μL(25mmol·L-1)、Taq酶1．5U、dNTPs 2．0μL(2．5mmol·L-1)、引物各0．6μL(10μmol·L-1)。在此基础上，用小麦和荞麦自交系对其适用性进行了检验，结果良好。2．通过6个F2和3个BC1群体田间观察、统计及卡方（x2）适合性检验，研究了大白菜紫色性状的遗传规律。结果表明，叶柄色在4个F2群体的符合3：1分离规律，2个BC1群体符合1：1分离规律。说明叶柄紫色性状是由一对主基因控制的部分显性遗传，紫色深浅呈现剂量效应。1个分离异常的F2群体的EST-SSR分析表明，5对共显性引物的带型均符合1：2：1分离比例，其中标记BC21与控制果荚色的一个主效QTL连锁，表明果荚色也符合一对主效基因控制的理论。表型与基因型不完全相符，表明环境条件对紫色性状的表达影响很大，同时可能还有微效基因在发挥作用。3．采用BSA法，从640个RAPD引物中筛选出2个引物S79和S123，分别能扩增出与叶柄紫色性状连锁的条带S79-934和S123-750。连锁分析发现，标记S79-934和S123-750与紫色基因间的遗传距离分别为13．73cM和18．65cM，并且位于紫色基因的两边。回收S79-934特异带，克隆并测序，比较分析表明，其与大白菜1号染色体上已知克隆KBrH077A05的全序列（113253bp）有99％的相似性，初步推断控制叶柄紫色性状的主基因位于大白菜1号染色体上。4．基于231个多态性标记，利用JoinMap 3．0软件，得到包含163个标记、11个连锁群和4个连锁片段的遗传图谱，其中包括117个RSAP标记、38个SRAP标记、5个SSR标记和3个RAPD标记。图谱覆盖总长度为821．3 cM，标记间平均图距为5．04 cM。并推断LG4与大白菜1号染色体对应。5．采用MIM法，结合性状田间调查数据，对大白菜紫色等9个农艺性状进行QTL定位及遗传效应研究，共检测出44个QTL，其中控制叶柄色的QTLs10个，控制花蕾颜色的QTLs3个，控制花薹颜色的QTLs6个，控制果荚颜色的QTLs4个，控制抽薹期的QTLs4个，控制初花期的QTLs5个，控制叶翅数目的QTLs5个，控制一级侧枝数目的QTLs3个，控制果喙长度的QTLs4个。各个性状都检测到了效应较大的QTL。针对叶柄紫色性状，只要对LG1上QTL cp1．2和LG4上的cp4．2进行标记辅助选择，就能达到较好的效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 遗传标记技术及其发展
• 1.1.1 遗传标记的类型及其主要特点
• 1.1.2 DNA分子标记技术的类型及其原理
• 1.1.3 DNA分子标记技术的最新进展
• 1.1.4 分子标记技术的展望
• 1.2 分子遗传图谱构建的理论和方法
• 1.2.1 图谱构建的理论基础
• 1.2.2 图谱构建的方法
• 1.3 QTL定位的原理及步骤
• 1.3.1 原理
• 1.3.2 定位的基本程序
• 1.3.3 QTL定位的方法
• 1.3.4 QTL定位的研究概况
• 1.4 分子标记技术在大白菜育种上的应用
• 1.4.1 遗传图谱的构建
• 1.4.2 耐热性研究
• 1.4.3 大白菜包叶特异基因的研究
• 1.4.4 遗传多样性和物种亲缘关系研究
• 1.4.5 品种（系）指纹图谱构建及杂种纯度鉴定
• 1.4.6 抗虫基因研究
• 1.4.7 抗病基因研究
• 1.4.8 抗除草剂研究
• 1.4.9 雄性不育基因研究
• 1.4.10 品质性状的分子标记研究
• 1.4.11 耐抽薹性研究
• 1.4.12 农艺性状的QTL分析
• 1.5 本研究的目的和意义
• 第二章 RSAP标记技术新引物设计及其反应体系的优化
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 材料
• 2.1.2 方法
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 新引物PCR退火温度的确定
• 2.2.2 新引物最佳反应体系的优化
• 2.2.3 新引物的扩增结果
• 2.2.4 新引物扩增结果的重复性
• 2.2.5 新引物的适用性
• 2.3 讨论
• 第三章 紫色性状的遗传规律研究
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 材料
• 3.1.2 方法
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 紫色性状遗传规律的常规分析
• 3.2.2 紫色性状遗传规律的EST-SSR分析
• 3.3 讨论
• 3.3.1 研究的理论依据
• 3.3.2 紫色性状的遗传规律
• 3.3.3 基因型与表型一致性差异分析
• 第四章 白菜紫色性状RAPD连锁标记的筛选与染色体定位研究
• 4.1 材料和方法
• 4.1.1 材料
• 4.1.2 方法
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 紫色性状遗传规律
• 4.2.2 特异引物的筛选
• 4.2.3 紫色性状的染色体定位
• 4.2.4 紫色大白菜中间育种材料的筛选
• 4.3 讨论
• 第五章 大白菜分子连锁图谱的构建
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 群体构建
• 5.1.2 DNA提取
• 5.1.3 RSAP分析
• 5.1.4 SRAP分析
• 5.1.5 EST-SSR分析
• 5.1.6 RAPD分析
• 5.1.7 数据整理和连锁分析
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 分子标记的多态性
• 5.2.2 遗传图谱的构建
• 5.2.3 分子标记的分离分析
• 5.3 讨论
• 5.3.1 图谱分析
• 5.3.2 偏分离分析
• 第六章 大白菜紫色等性状的QTL定位与分析
• 6.1 材料与方法
• 6.1.1 材料
• 6.1.2 方法
• 6.2 结果与分析
• 6.2.1 紫色等性状的表型值及其变异
• 6.2.2 紫色等性状的QTL定位
• 6.3 讨论
• 6.3.1 影响QTL定位的准确性的因素
• 6.3.2 性状相关与基因连锁
• 6.3.3 关于对立效应的QTL
• 6.3.4 从QTL到数量性状核苷酸（QTN）
• 第七章 结论
• 7.1 结论
• 7.2 创新点
• 参考文献
• 附录
• 附录1:主要试剂的配制
• 附录2:大白菜基因组总DNA的提取方法
• 附录3:大白菜农艺性状QTL分析的LOD扫描图
• 英文缩略词
• 致谢
• 作者简介