玉米产量和农艺性状的数量遗传研究及玉米铝离子胁迫的基因差异表达研究

论文题目: 玉米产量和农艺性状的数量遗传研究及玉米铝离子胁迫的基因差异表达研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 作物遗传育种

作者: 汤华

导师: 李建生

关键词: 玉米,产量性状,农艺性状,杂种优势,铝离子胁迫,抑制消减杂交,文库,基因差异表达

文献来源: 华中农业大学

发表年度: 2005

论文摘要: 玉米是主要的粮食和饲料作物,经济地位十分重要,玉米杂种优势的利用是农作物杂种优势利用最成功的例证之一。玉米重要产量性状和农艺性状的遗传特点及杂种优势产生机理,一直是科学家们广泛关注的热点问题。本研究以“豫玉22号”（综3×87-1）的F2:3家系为材料,在构建分子标记遗传连锁图的基础上,通过一年两点的田间试验,研究玉米重要性状的遗传特点及杂种优势机理。铝害是酸性土壤中影响玉米生产的最主要限制因子,玉米耐铝性的遗传改良是提高酸性土壤生产力的主要出路,但是玉米耐铝及铝离子胁迫反应的机理还不十分清楚。本研究的另一个内容就是以铝敏感玉米自交系Mo17、耐铝玉米自交系TL94B为材料,通过SSH的方法,构建SSH-cDNA文库,研究铝离子胁迫条件下的基因差异表达。本研究取得了以下主要结果: 1.对8个玉米重要产量性状的遗传特点及杂种优势的分析表明,在F1和F2:3家系中,杂种优势强弱的顺序依次为穗粒重、行粒数、穗长、行数、穗粗,而出籽率和百粒重的杂种优势相对较低。杂种优势强弱与性状的变异系数相关显著。 2.性状相关分析表明,与单株产量相关程度最高的依次是行粒数、穗粗、百粒重、出籽率、穗长5个性状;穗长与穗粗呈极显著负相关;穗长与行粒数、秃尖长极显著正相关;行数、行粒数、百粒重3个单株产量构成因子之间相互制约,表现为极显著负相关。主成分分析表明,对单株产量表现影响最大的依次是行粒数因子、穗粗因子、行数因子、穗长因子、秃尖长因子、百粒重因子。豫玉22作为大穗型的第五代玉米品种,其行粒数和穗粗对单株产量的贡献增强,而穗长的影响略有下降,但贡献率依然较大。 3.对5个玉米重要农艺性状的研究表明,穗位高和雄穗分支数具有很高的遗传力,茎粗、抽雄期和吐丝期的遗传力相对较低。相关分析表明,穗位高、雄穗分支数、茎粗与单株产量存在显著的正相关。抽雄期与吐丝期高度正相关,雄穗分支数和茎粗显著正相关。 4.借助于分子标记连锁图,结合田间试验的数据,对5个重要农艺性状进行了QTL定位。共定位了7个穗位高QTL,9个雄穗分支数QTL,8个茎粗QTL,9个QTL抽雄期,7个吐丝期QTL。QTL位点具有染色体分布不均匀的特点,染色体上存在QTL分布的集中区域和稀少区域,暗示数量性状间的表型相关源于控制数量性状的QTL位点的相关。 5.利用玉米耐铝自交系TL94B和铝敏感自交系Mo17,通过SSH,分别构建了它们的正向和反向消减文库。文库的插入片段的长度介于250bp～1.0kb之间,平均长度在550bp左右。通过差别杂交进行阳性克隆的筛选,从Mo17-F文库中筛选到阳性克隆124个,Mo17-R文库中筛选到47个,TL94B-F文库中筛选到103个,

论文目录:

中文摘要

Abstract

第一部分玉米产量和农艺性状的数量遗传研究

第1章文献综述

1.1 玉米的重要性

1.2 玉米的杂种优势及其利用

1.3 杂种优势的遗传基础

1.3.1 显性假说

1.3.2 超显性假说

1.3.3 上位性假说

1.3.4 三大假说的争议

1.4 数量性状位点(QTL)定位的研究方法

1.4.1 QTL定位常用的分子标记

1.4.2 QTL定位常用的群体

1.4.3 QTL定位常用的方法

1.5 玉米重要性状QTL定位的研究进展

1.6 玉米农艺性状的重要性

1.7 本研究的目的意义

第2章材料与方法

2.1 试验材料

2.2 田间试验

2.3 分子标记分析

2.4 数据的处理

2.4.1 田间数据的处理

2.4.2 分子标记数据的采集

2.4.3 连锁图的构建与QTL定位

第3章结果与分析

3.1 F_(2：3)家系产量性状的遗传分析

3.1.1 F_(2：3)家系产量性状的表现

3.1.2 产量性状的遗传力分析

3.1.3 产量性状的杂种优势分析

3.1.4 产量性状的相关分析

3.1.5 产量性状的主成分分析

3.2 重要农艺性状的遗传分析

3.2.1 农艺性状的田间表现

3.2.2 农艺性状的广义遗传力与杂种优势

3.2.3 农艺性状与产量的相关性

3.2.4 分子标记实验与连锁图的构建

3.2.5 农艺性状的QTL定位

第4章讨论

4.1 豫玉22产量性状特点与高产育种策略

4.2 杂种优势与性状选择

4.3 QTL在染色体上的热点分布及性状相关的遗传基础

4.4 QTL定位的准确性及其在育种中的应用

第5章结论

参考文献

第二部分玉米铝离子胁迫下的基因差异表达研究

第1章文献综述

1.1 酸性土壤概况

1.2 作物耐铝性遗传研究的必要性

1.3 作物铝离子胁迫研究的试验方法

1.4 植物铝离子胁迫研究的进展

1.4.1 植物受铝离子毒害的表现

1.4.2 铝离子对植物毒害的机理

1.4.3 植物耐铝毒害的机理

1.4.4 铝离子胁迫的信号传导

1.4.5 植物耐铝性的遗传与改良

1.4.6 植物铝离子胁迫的基因及其表达研究

1.5 研究基因差异表达的方法

1.5.1 减法杂交

1.5.2 差异显示PCR

1.5.3 cDNA代表性差异分析

1.5.4 cDNA-AFLP技术

1.5.5 基因芯片技术

1.5.6 抑制性差减杂交

1.6 本研究的目的意义

第2章材料和方法

2.1 供试材料

2.2 土壤盆栽鉴定

2.3 营养液栽培鉴定

2.4 大田栽培鉴定

2.5 RNA的分离纯化

2.5.1 总RNA的提取

2.5.2 mRNA的分离

2.6抑制消减杂交(SSH)

2.6.1 双链cDNA的合成

2.6.2 RsaI酶切双链cDNA

2.6.3 Tester cDNA的接头连接

2.6.4 两次消减杂交

2.6.5 两次抑制PCR

2.7 构建SSH-cDNA文库

2.7.1 遗传转化与文库建成

2.7.2 文库插入片段的检测

2.8 文库的差别杂交筛选

2.8.1 文库的尼龙膜点阵

2.8.2 文库膜的差别杂交筛选

2.9 序列测定及生物信息学分析

2.10 全长cDNA的获得

2.11 Northern杂交

第3章结果与分析

3.1 供试材料耐铝性的土壤盆栽鉴定

3.2 供试材料耐铝性的大田鉴定

3.3 供试材料耐铝性的营养液栽培处理

3.4 RNA的提取和检测

3.5 抑制消减杂交的结果

3.5.1 cDNA的双链合成与RsaⅠ酶切

3.5.2 接头连接效率的检测

3.5.3 消减杂交与抑制PCR

3.5.4 抑制消减杂交效率的检测

3.6 SSH-cDNA文库的构建

3.6.1 T／A克隆与文库建成

3.6.2 文库插入片段的检测

3.7 文库的差别杂交筛选

3.8 阳性克隆的测序与生物信息学分析

3.9 反向Northern杂交

3.10 玉米异柠檬酸脱氢酶基因全长cDNA序列的获得

3.11 玉米GDP解离抑制因子基因的电子克隆

3.12 几个耐铝相关基因的Northern杂交验证

第4章讨论

4.1 玉米自交系耐酸性的签定方法

4.2 SSH的优越性及其消减策略和效率

4.3 铝离子胁迫与有机酸的分泌

4.4 铝离子胁迫的信号传导

4.5 玉米耐铝性的机制

第5章结论

参考文献

附录

附录1 分子生物学实验方法

附录2 研究生在读期间发表的主要文章

附录3 其它文章及会议论文摘要

致谢

发布时间: 2005-12-05

参考文献

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