二倍体马铃薯加工品质及重要农艺性状的遗传分析

论文摘要

普通栽培马铃薯（Solanum tuberosum L．）为高度杂合的无性繁殖同源四倍体作物，极其复杂的异质性和四体遗传导致加工品质和重要农艺性状遗传分析和改良困难。利用二倍体材料简化了遗传分离比例、可应用现有的二倍体遗传模型进行遗传分析并更有效的挖掘和利用二倍体资源中的优异基因，进而通过倍性育种及遗传工程育种将有利性状转育到四倍体普通栽培品种。以往的研究由于缺乏合适的试验材料和方法，对马铃薯重要性状的遗传分析不够系统和深入，往往利用二倍体作物的分析方法进行四倍体的遗传分析，且大多数集中在性状的配合力和遗传力分析上，尤其是加工品质的遗传分析非常有限。本试验通过对双列杂交设计的6个二倍体群体为材料，应用ANOVA方法分析了加工品质和重要农艺性状的亲本配合力效应，应用Minque（1）方法的遗传模型直接进行了性状的遗传效应、遗传率和遗传相关估算；选用多个性状差异显著的二倍体亲本构成的分离群体，探讨了炸片品质遗传变异、耐低温糖化加工品质评价和选择的方法，构建了马铃薯遗传连锁图谱图，并进一步开展了重要农艺性状的QTL定位与遗传效应分析。获得了以下主要结论：1．通过遗传效应分析，明确了一批可作为加工品质和产量性状改良的亲本材料。亲本11379-03的产量性状因子具有显著的正向GCA和加性效应值，同时炸片颜色具有负向GCA和加性效应值，与特定亲本杂交时有较强的互作效应，是高产和油炸加工品质遗传改良的优良亲本；亲本CH72.03的单株块茎重有极显著的正向GCA和加性效应值，是一个优良的高产改良亲本；08675-21的炸片颜色负向GCA值和加性效应显著，是一个改良炸片颜色的优良亲本，但不利于产量性状的改良。CH72.03×11379-03产量性状有显著的特殊配合力和显性效应，为高产优良组合，08675-21×10875-04炸片颜色有显著的负向显性效应，为炸片颜色改良优良组合。2．通过对马铃薯加工品质和重要农艺性状的遗传效应值分析，为其育种选择提供了理论依据。极显著的加性效应和较低的狭义遗传率（42.5％）说明基因累加作用对干物质含量的改良极为重要，该性状受微效多基因控制。炸片颜色、单株结薯数具有极显著的加性、显性和加性×环境互作效应，说明基因累加和互作效应对这两个性状都很重要，基因累加作用受一定环境的影响，但炸片颜色的遗传率高（hN2和hB2分别为60.7％和64.4％），能有效稳定地传递给后代，可进行早代选择；单株结薯数的遗传率较低（hN2和hB2分别为47.1％和51.7％），说明易受环境的影响。单个块茎重具有极显著的加性、显性和显性×环境互作效应，遗传率低（hN2和hB2分别为25.2％和36.6％），说明该性状的遗传既有基因累加又有基因互作作用，且基因互作受特定环境的影响较大。单株块茎重具有显著的加性和显性效应，基因累加和互作效应共同作用于该性状，前者更重要，狭义遗传率较高为53.5％，但同时有较强的基因互作，遗传改良中要选择加性效应和GCA值高且亲缘关系较远的双亲。3．重要性状遗传相关分析结果表明：干物质含量与炸片颜色、单株块茎重、单株结薯数之间存在极显著的正向加性遗传相关；炸片颜色与单株块茎重、单个块茎重间存在极显著的加性遗传相关；单株块茎重与单株结薯数、单个块茎重间有极显著的加性遗传和显性遗传正相关。在二倍体性状遗传改良中，可依据遗传相关系数进行相关性状的选择。4．采用AFLP和SSR分子标记技术，以二倍体马铃薯F1代分离群体（02018群体：08675-21×09901-01）的125个基因型为材料，应用JoinMap3.0软件对02018分离群体进行了连锁分析，构建了包含17个主要连锁群、由152个AFLP标记和6个SSR标记组成的国内首个马铃薯遗传连锁图谱。图谱覆盖基因组总长度为946.0cM，平均每个连锁群上的分子标记数为9.92个，每个连锁群上标记数在5～22个之间。标记间平均图距5.99cM。17个主要连锁群长度在29.0cM～89.0cM之间，平均长为55.65cM。并利用3个SSR标记，分别将遗传连锁图谱中第12、14和17等3个连锁群定位到马铃薯第4、第2和第9染色体上。5．炸片颜色在分离后代中呈偏正态分布，是由主效基因控制的数量性状，与前人的研究结果相同。经3年的评价和选择，02018-32、02018-44和02018-93等12份在收获后炸片颜色浅和综合农艺性状优异的二倍体基因型用于炸片品质的改良。与4℃贮藏90天相比，02018群体后代块茎在6℃低温贮藏80天再回暖后炸片颜色易恢复，并选择了02018-93，02018-94，02018-105，02018-176，02018-77和02018-248等6份耐低温糖化且综合农艺性状优良的二倍体基因型。6．应用构建的遗传图谱及建图群体，采用区间作图和多QTL复合作图方法对四种加工及农艺性状进行了QTL定位及遗传效应分析。在02018群体遗传图谱的10个连锁群上，共检测到39个QTL。其中控制炸片颜色的QTL19个，包含3个为主效基因位点，控制干物质含量的QTL13个，也包含3个为主效基因位点，和控制单株结薯数的QTL7个，没检测到控制单个块茎重的QTL。另外，估算了单个QTL的遗传贡献率。多个控制炸片颜色和控制干物质含量的QTL位点出现在同一连锁群的同一区域内，从分子水平证明了这两个性状间的高度遗传相关。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 英文缩略表
• 第一章 绪论
• 1.1 马铃薯产业发展现状
• 1.2 马铃薯作物遗传育种特点
• 1.2.1 性状遗传特性
• 1.2.2 马铃薯育种特点
• 1.3 我国马铃薯遗传育种研究进展
• 1.3.1 我国马铃薯种质资源研究概况
• 1.3.2 我国马铃薯育种进展
• 1.4 马铃薯重要性状的遗传研究
• 1.4.1 植株和块茎形态性状的遗传
• 1.4.2 重要农艺性状的遗传分析
• 1.4.2.1 重要性状的遗传率估算
• 1.4.2.2 重要性状的配合力研究
• 1.4.2.3 炸片颜色的遗传分析
• 1.5 马铃薯 QTL定位的研究方法
• 1.5.1 分子标记的类型及特点
• 1.5.2 马铃薯分子遗传图谱的构建
• 1.5.3 马铃薯 QTL检测研究进展
• 1.5.3.1 与抗性相关的 QTL
• 1.5.3.2 控制块茎性状的 QTL
• 1.6 本研究的目的和意义
• 第二章 体马铃薯加工品质及重要农艺性状数量遗传学分析
• 2.1 引言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 供试材料
• 2.2.2 方法
• 2.2.2.1 试验地点
• 2.2.2.2 家系的获得
• 2.2.2.3 田间试验设计
• 2.2.2.4 调查记载项目与标准
• 2.2.2.5 分析方法
• 2.3 结果与分析
• 2.3.1 配合力效应分析
• 2.3.1.1 性状的方差分析
• 2.3.1.2 配合力方差分析
• 2.3.1.3 亲本配合力效应分析
• 2.3.1.4 配合力效应方差及其他遗传参数分析
• 2.3.2 遗传效应、基因型与环境互作效应分析
• 2.3.2.1 重要性状的遗传方差分量分析
• 2.3.2.2 亲本重要性状的遗传效应值预测
• 2.3.2.3 性状间遗传相关分析
• 2.4 讨论
• 2.4.1 亲本育种价值的综合评价
• 2.4.2 性状的遗传效应
• 2.5 小结
• 第三章 二倍体马铃薯分子遗传图谱的构建与分析
• 3.1 引言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 材料
• 3.2.2 方法
• 3.2.2.1 基因组 DNA提取
• 3.2.2.2 AFLP分析
• 3.2.2.3 SSR分析
• 3.2.2.4 数据分析
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 DNA模板检测
• 3.3.2 预扩增检测
• 3.3.3 标记多态性
• 3.3.4 标记的偏分离分析
• 3.3.5 分子遗传图谱的构建与分析
• 3.4 讨论
• 3.4.1 作图群体及标记类型的选用
• 3.4.2 分子标记的偏分离
• 3.4.3 连锁群的染色体定位
• 3.4.4 图谱的比较和完善
• 3.5 小结
• 第四章 二倍体马铃薯群体重要性状的变异及选择
• 4.1 引言
• 4.2 试验材料与方法
• 4.2.1 试验材料
• 4.2.2 试验方法
• 4.2.2.1 炸片颜色鉴定
• 4.2.2.2 低温储藏设计
• 4.2.2.3 其他性状的鉴定
• 4.3 结果与分析
• 4.3.1 炸片颜色的分离和选择
• 4.3.2 耐低温糖化炸片颜色选择
• 4.4 讨论
• 4.4.1 二倍体材料的炸片颜色鉴定
• 4.4.2 二倍体材料其他性状的鉴定
• 4.5 小结
• 第五章 马铃薯炸片颜色及其他三种重要性状 QTL定位
• 5.1 引言
• 5.2 材料与方法
• 5.2.1 材料
• 5.2.2 方法
• 5.2.3 数据整理和 QTL分析
• 5.3 结果与分析
• 5.3.1 四种重要性状双亲值及变异
• 5.3.2 炸片颜色性状的 QTL定位
• 5.3.3 干物质含量的 QTL定位
• 5.3.4 单株结薯数的 QTL定位
• 5.3.5 单个块茎重的 QTL定位
• 5.3.6 数量性状等位效应
• 5.4 讨论
• 5.4.1 不同年份炸片颜色性状的 QTLs
• 5.4.2 QTLs的总体分布及控制不同性状 QTLs之间的连锁
• 5.4.3 所定位 QTLs与前人研究结果的一致性
• 5.5 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 附录1
• 附录2
• 致谢
• 作者简历
• 研究生期间发表的主要论文