玉米重要自交系遗传多样性分析及产量相关性状QTL研究

论文摘要

玉米育种中由于选用亲本遗传多样性下降所导致的遗传基础狭窄问题,是育种难以取得突破性进展的重要原因。了解近50年来我国生产上应用的重要自交系的遗传多样性变化趋势,特别是全面认识和深入研究由多基因控制的玉米产量相关性状的遗传基础,发掘优异新基因,对有效创制和高效利用玉米种质资源有重要促进作用。本研究对241个由我国育种家培育的、以及近年来种质资源创新获得的自交系进行基因型鉴定和遗传多样性估测,评价其遗传结构。与此同时,对近50年来我国生产上推广面积最大的重要代表性杂交种的亲本自交系50个进行遗传多样性和表型变异系统分析,探索其变化趋势。在此基础上,对影响产量较大的重要农艺性状和穗粒性状进行数量性状位点（QTL）分析。通过上述研究,获得的主要结果如下:1、利用72个SSR标记对241份自交系进行遗传多样性分析,共检测到686个等位位点,平均每个SSR标记检测到等位位点数9.53个,PIC值平均为0.5827,基因多样性平均值为0.6206。遗传结构分析发现,这些自交系主要包括五类种质基础:国内地方品种（遗传组成比例0.24）、以先锋杂交种78599为代表的美国杂交种（0.119）、Lancaster种质（0.249）、Reid种质（0.116）、热带种质（0.276）。2、选择不同年代在我国玉米育种史上具有重要地位的25个单交种的50份亲本自交系,利用71对SSR标记进行遗传多样性分析。结果显示,各年代利用的骨干自交系的遗传多样性,以20世纪70年代最高,8090年代降至最低,2000年后又有所提高。对表型变异规律研究发现,随着年代的推进,生育时期逐步延长,且延长时段主要是吐丝后的灌浆时期。株型性状是向着有利于扩“源”和适于密植的方向变化,穗上部叶面积逐年代增大但夹角逐年代变小。2000年后株高和穗位高稳中有降。穗部和籽粒性状则朝着增加“库”容方向变化,穗粗变粗,籽粒长度、宽度、厚度变大,百粒重有明显的增加。籽粒品质方面,除淀粉含量增加外,脂肪、蛋白、赖氨酸含量均呈下降趋势。这些结果表明近50年来我国玉米亲本自交系选育的主要方向为适当延长灌浆期,逐步适应高密度栽培,大穗、大粒性增强,达到逐步高产。3、为了发掘重要的控制产量相关性状的QTL位点,以矮2003×冀257的F2:3群体为作图群体,利用114个SSR标记构建了连锁图谱。对包括株型性状、生育期指标、穗部及籽粒性状在内的共28个性状进行了QTL检测。在不同环境下共检测到139个QTLs,其中在两个环境下共有的QTL21个,涉及13个性状。检测到8处染色体上的QTL聚集区域,其中在1号染色体上的1.11区段存在一个表现一因多效的主效QTL,涉及除秃尖长以外的27个性状,能够解释高达40%～50%的表型变异,而且其中的大部分表现为显性或超显性效应。除主效QTL外,其余的微效QTL大部分表现为加性效应和部分显性效应。4、对新发现的矮秆突变体进行经典遗传学分析表明,在F2群体中株高呈3:1分离,在回交群体中呈1:1分离,表明该突变体受一对隐性矮秆单基因控制。赤霉素敏感性试验表明,该单基因对赤霉素不敏感。通过开发分子标记进行遗传连锁分析显示,该基因在已知矮秆基因Dwarf8的近长臂顶端一侧,相距大约20～30 cM左右。以上结果表明,这是一个新的隐性矮秆基因,其隐性突变能够导致株高的显著降低。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 我国玉米生产概况
• 1.1.1 我国玉米生产概况
• 1.1.2 我国玉米品种和杂交种使用发展概况
• 1.2 我国重要玉米自交系的选育
• 1.2.1 我国玉米自交系选育的历史
• 1.2.2 我国玉米自交系选育的途径
• 1.3. 玉米自交系的遗传多样性研究
• 1.3.1 遗传多样性研究的意义和方法
• 1.3.2 国外玉米自交系遗传多样性的研究状况
• 1.3.3 国内玉米自交系遗传多样性的研究状况
• 1.4 玉米产量相关性状的QTL定位
• 1.4.1 产量相关性状 QTL定位的方法
• 1.4.2 玉米穗粒部性状QTL定位研究
• 1.4.3 玉米株高及矮生系的QTL定位
• 1.4.4 抽雄期、吐丝期、穗位高及雄穗分枝数的QTL定位
• 1.5 立题意义与技术路线
• 1.5.1 立题意义
• 1.5.2 技术路线
• 第二章 我国重要玉米自交系的遗传多样性及种质基础评价
• 2.1 前言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 基因型鉴定
• 2.2.3 遗传多样性及群体结构分析
• 2.3 结果与分析
• 2.3.1 引物筛选
• 2.3.2 遗传多样性分析
• 2.3.3 群体结构分析
• 2.4 讨论
• 2.4.1 遗传多样性的评价
• 2.4.2 供试自交系的种质基础评价
• 第三章 50 年来我国代表品种亲本表型及遗传多样性变化趋势
• 3.1 前言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.2 表型性状调查
• 3.2.3 基因型鉴定
• 3.2.4 统计分析
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 不同年代亲本自交系表型性状变化趋势
• 3.3.2 不同年代亲本自交系表型性状主成分分析
• 3.3.3 亲本自交系各表型性状对产量的回归分析
• 3.3.4 不同年代亲本自交系的遗传多样性
• 3.3.5 遗传多样性在不同染色体中的分布
• 3.3.6 不同重复类型的标记的遗传多样性
• 3.4 讨论
• 3.4.1 不同年代亲本自交系表型变异规律
• 3.4.2 不同年代亲本自交系遗传多样性变化规律
• 第四章 玉米重要产量相关性状QTL分析
• 4.1 前言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 试验群体构建
• 4.2.2 表型鉴定
• 4.2.3 基因型鉴定
• 4.2.4 遗传图谱构建和QTL检测
• 4.3 结果与分析
• 4.3.1 表型数据分析
• 4.3.2 遗传连锁图构建及QTL检测
• 4.3.3 两个环境下同时检测到的QTL
• 4.3.4 同组指标相关QTL比较
• 4.3.5 同一染色体区域内不同性状的QTL
• 4.3.6 QTL的基因效应
• 4.4 讨论
• 4.4.1 玉米的重要QTL
• 4.4.2 玉米产量性状的相关
• 4.4.3 影响QTL检测结果的因素
• 第五章 玉米隐性矮生基因的发现及遗传鉴定
• 5.1 前言
• 5.2 材料与方法
• 2 群体构建及遗传效应分析'>5.2.1 F₂群体构建及遗传效应分析
• 5.2.2 赤霉素敏感性试验
• 5.2.3 新基因与Dwarf8 基因间遗传距离的检测
• 5.3 结果与分析
• 5.3.1 遗传效应分析
• 5.3.2 赤霉素敏感性分析
• 5.3.3 未知新基因与Dwarf8 基因间遗传距离的检测
• 5.4 讨论
• 第六章 结论
• 6.1 我国重要玉米自交系的遗传多样性及种质基础评价
• 6.2 50 年来我国代表品种亲本表型及遗传多样性变化趋势
• 6.3 玉米重要产量相关性状QTL分析
• 6.4 玉米隐性矮生基因的发现及遗传鉴定
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历