玉米强优势组合重要性状杂种优势遗传基础研究

论文题目: 玉米强优势组合重要性状杂种优势遗传基础研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 作物遗传育种

作者: 兰进好

导师: 张宝石,张世煌,周鸿飞

关键词: 玉米,杂种优势,遗传基础,数量性状基因座位,分子标记,差异表达

文献来源: 沈阳农业大学

发表年度: 2005

论文摘要: 玉米是重要的粮、经、饲兼用作物,在我国农业国民经济中占有重要地位。玉米是世界上最早利用杂种优势的作物之一,利用杂种优势大幅度提高玉米单产已经成为一种行之有效的育种方法。近百年来,杂种优势遗传机理的研究水平一直落后于对其在生产上的利用程度,这种杂种优势理论研究滞后于生产实践的局面势必影响杂种优势在现实中的进一步大规模利用,因此,广泛开展玉米杂种优势遗传基础的研究和探讨具有十分重要的理论价值和现实意义。传统数量遗传学的研究方法存在种种弊端,如,它只能研究基因的总体效应,而无法知道控制目标性状的基因数目、基因在染色体上的分布、单个基因的遗传效应以及基因的作用方式等遗传信息。20世纪80年代以来,分子标记技术的诞生及发展为杂种优势遗传基础的深入研究提供了有力工具,并为全面剖析数量性状遗传基础的各种遗传效应提供了可能。本研究的目的在于:1)在DNA水平上,以玉米强优势组合（黄早四×Mol7）的191个F2单株为构图群体,用以获得QTL分析所需要的室内分子标记数据;相应184个F2:3家系的两年3点数据,用以获得QTL分析所需要的的重要性状的田间表型数据,利用两部分数据结合QTL分析软件,综合剖析影响玉米重要农艺性状和产量性状的各种遗传组分及其相对贡献的大小,进而探讨玉米产量性状杂种优势的遗传基础。2)在RNA水平上,研究亲本和F1基因差异表达模式,探讨表达水平上,基因差异表达与杂种优势形成的关系。本研究获得了许多有意义的研究结果,概述如下: 1.以黄早四×Mol7自交形成的191个F2单株为作图群体,利用240对SSR引物和280对AFLP选扩引物在亲本黄早四和Mol7之间进行多态性的检测,筛选出91对SSR引物和20对AFLP选扩引物用于F2群体分析,利用上述引物组合共检测到248个多态性标记位点,其中的218个标记参与构建了玉米分子连锁图谱,该图谱覆盖基因组全长2015.5cM,标记间平均间距9.69cM。发现了多个分子标记的偏分离热点区域,探讨了标记偏分离的原因及其对QTL定位的影响。同时,对准确判别标记基因型的技术策略提出了一些有意义的个人见解,阐述了利用SSR和AFLP标记在基因组扩增区域和技术原理上的互补特点构建高密度分子标记连锁图谱的的高效性。 2.以玉米成株期的株高和穗位高为模式性状,采用基于混合线性模型的复合区间作图法和相应的作图软件QTLmapper/V2.0,在顺义和昌平点共定位了7个株高和6个穗位高QTL;检测到18对控制株高和13对控制穗位高的上位性互作位点;同时发现了与环境存在显著互作的6个株高和8个穗位高单位点标记区域以及4对株高和4对穗位高上位性区域。分析了各种遗传因素在株高和穗位高遗传基础中的相对作用大小,指出了加性、显性和上位性

论文目录:

中文摘要

文献综述

1 玉米在农业生产中的重要地位

2 作物杂种优势的发现及利用

3 作物杂种优势的遗传基础

3.1 杂种优势遗传基础的经典假说

3.1.1 显性假说

3.1.2 超显性假说

3.2 杂种优势遗传基础的新见解

3.2.1 上位性效应与杂种优势

3.2.2 基因网络系统与杂种优势

3.2.3 遗传平衡与杂种优势

3.2.4 活性基因效应与杂种优势

3.2.5 遗传差异与杂种优势

3.2.6 基因表达调控与杂种优势

4 杂种优势的研究方法

4.1 数量遗传学

4.2 群体遗传学

4.3 分子数量遗传学

4.3.1 杂种优势组合的改良

4.3.2 QTL效应与杂种优势

4.3.3 杂种优势的预测

5 分子标记及其在杂种优势研究中的应用

5.1 分子标记的种类

5.2 分子标记在作物杂种优势研究中的应用

5.2.1 杂种优势群的划分和杂交优势模式

5.2.2 杂种优势预测

5.2.3 杂种优势的遗传基础

6 数量性状基因位点(QTL)定位

6.1 单标记分析法

6.2 区间作图法

6.3 复合区间作图法

6.4 基于混合线性模型的复合区间作图法

6.5 其它QTL定位方法

7 遗传作图群体

7.1 暂时性分离群体

7.2 永久性作图群体

7.3 近等基因系

8 分离差异mRNA技术的研究进展及其应用

8.1 分离差异mRNA技术的发展过程

8.1.1 差减方法

8.1.1.1 差减杂交

8.1.1.2 SSH技术

8.1.2 差别显示技术

8.1.2.1 DDRT-PCR技术的改进

8.1.2.2 DDRT-PCR的衍生技术

8.2 应用

8.2.1 分离目的基因

8.2.2 研究代谢、发育、调控的分子机理

8.2.3 研究杂种优势机理及QTL作图

9 本研究的目的及意义

第一章玉米F_2群体分子标记连锁图谱的构建

前言

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 主要试剂

1.1.2 作图群体

1.1.3 SSR和AFLP引物／酶选取

1.2 方法

1.2.1 田间试验

1.2.2 SSR和AFLP分析

1.2.3 数据的纪录及计算机分析

2 结果与分析

2.1 SSR和AFLP分析

2.2 图谱构建

2.3 标记偏分离

3 讨论

3.1 基因型判别的准确性

3.2 标记偏分离现象及影响因素

3.3 偏分离对QTL定位的影响

3.4 SSR和AFLP标记相结合构建连锁图谱的高效性

3.5 针对特定性状基因精细定位时构建目标区域高密度连锁图谱的技术策略

第二章玉米株高和穗位高遗传基础的QTL剖析

前言

1 材料和方法

1.1 试验材料

1.2 田间试验

1.3 数据分析

1.3.1 表型分析及遗传力估算

1.3.2 遗传效应分析

2 结果与分析

2.1 性状的田间表现

2.2 单位点QTL分析

2.3 上位性效应分析

2.3.1 株高上位性分析

2.3.2 穗位高上位性分析

2.4 QTL与环境的互作效应

2.4.1 单位点QTL与环境的互作

2.4.2 上位性效应位点与环境的互作效应

3 讨论

3.1 QTL真实性

3.2 株高与穗位高的遗传关系

3.3 株高和穗位高的遗传基础与分子育种

4 下一步工作的思考

第三章玉米生育期性状遗传基础分析

前言

1 材料和方法

1.1 试验材料

1.2 田间试验

1.3 数据分析

1.3.1 性状表现及遗传力估算

1.3.2 遗传效应分析

2 结果与分析

2.1 生育期的田间表现

2.2 单位点QTL效应分析

2.3 上位性QTL效应分析

2.4 单位点QTL与环境互作效应分析

2.5 上位性QTL与环境互作效应分析

3 讨论

3.1 QTL不一致性的原因

3.2 基因的成簇分布与表型相关

3.3 玉米生育期性状遗传基础与操纵数量性状基因的定向改良

4 下一步工作的思考

第四章玉米产量性状遗传基础的QTL剖析

前言

1 材料与方法

1.1 供试材料

1.2 田间试验

1.3 数据分析

1.4 基因组杂合性与杂种表现以及优势关系的分析方法

2 结果与分析

2.1 产量性状的田间表现及遗传力的估算

2.2 产量性状间的相关性

2.3 产量性状与环境的互作方差分析

2.4 产量性状的正态检验

2.5 产量性状QTL分析

2.5.1 单位点QTL分析

2.5.2 上位性QTL分析

2.6 杂合性与杂种表现以及杂种优势的关系

2.6.1 一般杂合度与产量性状表现和杂种优势的关系

2.6.2 特殊杂合度与产量性状表现和杂种优势的关系

3 讨论

3.1 F_(2：3)试验群体的优越性

3.2 部分显性、超显性和上位性效应是玉米产量杂种优势的重要遗传基础

3.3 QTL与环境的互作

3.4 QTL的一因多效和上位性的多效性

3.5 产量QTL的分布特点

3.6 QTL的遗传效应与数量性状的遗传改良

3.7 基因组杂合性与杂种优势的关系

3.8 玉米高产基因的发掘和分子标记轴助育种(MAS)

3.9 作物产量QTL定位存在的问题、发展动向以及需要开展的工作

4 下一步工作的思考

第五章玉米基因差异表达与杂种优势的关系

前言

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.2 性状调查

1.3 总RNA的提取

1.4 反转录

1.5 CDNA—AFLP技术流程

1.6 统计方法

2 结果与分析

2.1 不同组合田间性状表现

2.1.1 不同时期株高及株高杂种优势

2.1.2 强弱优势组合杂种产量性状的田间表现

2.1.3 强弱优势组合产量性状杂种优势表现

2.2 亲本和F_1基因差异表达类型与各性状间的相关性分析

2.2.1 不同时期基因的差异表达与株高表现及杂种优势的关系

2.2.1.1 拔节期不同生长阶段功能叶片差异表达带型的数量及比例

2.2.1.2 不同时期基因的差异表达与株高表现及杂种优势的相关性

2.2.2 不同时期基因的差异表达与产量性状表现及杂种优势的关系

2.2.2.1 穗分化期不同阶段功能叶片基因差异表达带型的数量及比例

2.2.2.2 不同时期基因差异表达类型比例与产量性状表现及杂种优势的相关性

3 讨论

3.1 杂种优势基因表达的时序性

3.2 杂种优势遗传基础的特异性

3.2.1 杂种优势遗传基础的阶段发育特异性

3.2.2 杂种优势遗传基础的性状特异性

3.2.3 杂种优势遗传基础的材料(物种)特异性

3.3 上位性在杂种优势遗传基础中发挥重要作用

3.4 杂种表现与杂种优势的关系

4 下一步工作的思考

参考文献

附录

附录Ⅰ 常用的实验方法

附录Ⅱ 常用试剂的配制

致谢

英文摘要

攻读博士期间发表的学术论文

发布时间: 2005-09-13

参考文献

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[2].玉米泛转录组的构建及玉米开花抑制因子ZmCOL3的功能解析[D]. 金敏亮.华中农业大学2018
[3].地上地下互作提高小麦间作玉米水分利用效率的机理[D]. 王一帆.甘肃农业大学2018
[4].地膜覆盖和品种互作对玉米产量、根系特征及养分吸收的影响[D]. 王琳.兰州大学2018
[5].玉米耐旱相关性状的QTL分析[D]. 高世斌.四川农业大学2004
[6].玉米转基因工程育种优良受体筛选及遗传机理研究[D]. 潘光堂.四川农业大学2004
[7].玉米耐旱主效QTL定位与候选基因鉴定[D]. 郝转芳.中国农业科学院2005
[8].玉米和黑麦草漆酶基因的克隆和系统发育分析及玉米水分胁迫下基因表达研究[D]. 路运才.中国农业科学院2004
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[10].玉米耐旱QTL定位和遗传分析[D]. 肖炎农.华中农业大学2005

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