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利用RILs群体定位玉米不同时期籽粒灌浆及品质性状QTL

2020-12-08阅读(240)

利用RILs群体定位玉米不同时期籽粒灌浆及品质性状QTL

论文摘要

爆裂玉米具有独特的膨爆特性,但籽粒小、灌浆期短、产量低,利用普通玉米种质是改良爆裂玉米产量等农艺性状、拓宽种质基础的可行途径。本研究以优良爆裂玉米自交系N04与大粒普通玉米自交系丹232为亲本组建含有258个F10代重组近交系（RIL）的群体为材料,利用SSR分子标记构建的高密度遗传连锁图谱,采用复合区间作图法,通过两年的田间试验,对授粉后10 d、20 d、30 d和40 d共4个时期的籽粒鲜重、干重、含水量、粗蛋白含量、粗淀粉含量、粗脂肪含量和赖氨酸含量,各阶段籽粒灌浆速率、鲜重增长速率、脱水速率和4个籽粒营养品质指标日增量,以及授粉后30 d的AGPP、GBSS和SSS 3种淀粉合成酶活性进行QTL定位和效应分析,并与以往利用相同RIL群体和来源于相同亲本的F2:3、BC2F2群体定位成熟期百粒重和品质性状的QTL进行比较,同时利用BioMercator 2.1软件整合RIL和F2:3群体遗传图谱,利用元分析方法对RIL、BC2F2和F2:3 3个群体定位籽粒灌浆相关性状和品质性状QTL进行“一致性”QTL分析,以筛选控制各性状的具有世代、发育时期和环境稳定性的主效QTL、关键染色体区段及其有效分子标记,为进一步开展粒重、籽粒灌浆和品质性状的分子标记辅助选择和育种以及关键QTL的精细定位和克隆提供依据。主要研究结果以下:1、所有性状基因型和基因型与环境互作均达到显著或极显著水平;除各发育阶段籽粒水分降低速率表现为爆裂亲本N04高于普通亲本丹232外,其余性状均表现为丹232高于N04;RIL群体大多性状表现为超双亲分离,遗传力较高,并呈连续正态分布;除籽粒水分降低速率与其他籽粒灌浆性状、粗淀粉含量和粗蛋白含量间呈极显著负相关外,其余性状间多呈极显著正相关;RIL群体不同粒重代表材料授粉后不同时期3种淀粉酶活性均表现为10DAP最低,20DAP或30DAP最高,40DAP稍有下降。2、两年及合并分析共检测到161个不同时期百粒干重、百粒鲜重,不同发育阶段灌浆速度、鲜重增长速率及酶活性QTL,单个QTL的贡献率为4.44%-25.38%,88个QTL的贡献率大于10%,33个QTL的贡献率大于15%。其中qGDW20-7-1、qGDW30-7-1、qGDW40-7-1、qGDW20-10-1、qGDW30-10-1、qGDW40-10-1、qGFW20-1-1、qGFW40-1-1、qGFW20-7-1、qGFW30-7-1、qGFW40-7-1、GFR12-7-1、qGFR13-7-1、qGFR14-7-1、qGFR23-7-1、qGFR12-10-1、qFWIR12-1-1、qFWIR13-1-1、qFWIR12-7-1、qFWIR13-7-1等20个QTL在两年及合并分析时均被检测到,具有环境稳定性;qGDW10-7-1、qGDW10-10-1、qGFW10-7-1在4个发育时期均被检测到;qGFR12-1-1、qGFR12-7-1、qFWIR10-1-1仅在前期被检测到;贡献率均大于20%的qGDW20-1-1、qGDW40-1-1和qGFW30-1-1,qGFR12-1-1、qGFR14-1-1和qGFR23-1-1,以及qFWIR13-1-1和qFWIR14-1-1分别位于相同的标记区间,且具有环境稳定性,可作为进一步研究和实施分子标记辅助选择的主要目标QTL。3、两年及合并分析共检测到69个不同时期籽粒含水量和不同发育阶段水分降低速率QTL,单个QTL的贡献率为4.33%-18.69%,19个QTL的贡献率大于10%,1个QTL的贡献率大于15%。qWC30-5-1和qWC40-5-1在两年及合并分析同时检测到;qWC10-1-1、qWC20-1-1、qWDR12-5-2和qWDR13-5-1等仅在发育前期被检测到;qWC20-5-1、qWC30-5-1、qWC40-5-1、qWDR24-2-1、qWDR34-2-1等仅在发育中期或中后期被检测到;没有相关QTL在各个发育时期/阶段被同时检测到;qWC20-5-1、q08WDR14-2-1、qcWDR14-2-2的贡献率较大,分别为18.69%、14.97%、14.11%。4、两年及合并分析共检测到108个不同时期籽粒品质性状QTL,单个QTL的贡献率为4.57%-24.38%,33个QTL的贡献率大于10%,10个QTL的贡献率大于15%。qCP30-3-1、qCT10-1-1、qCT20-1-1、qCT30-1-1、qCT30-4-1、qCT30-5-1、qLS40-4-2在两年及合并分析时被同时检测到,具有环境稳定性;qCP20-3-1、qCT10-1-1、qCF10-9-1、qLS10-1-1和qLS20-1-1仅在发育前期被检测到;qCP20-3-1、qCT20-5-1、qCT30-3-1、qLS20-5-1、qLS40-3-1和qLS30-4-1等仅在籽粒发育的中期或后期被检测到;位于相同标记区间bnlg1017-umc1776的q08CT10-2-1、qcCT10-2-1、qCT20-1-1和位于相同标记区间umc1976-bnlg1803的qCT40-1-1、qCT10-1-1、q08CT20-1-1、qcCT20-1-1的贡献率为15.30%-24.38%,可作为进一步研究的主要目标QTL。5、两年及合并分析共检测到117个不同发育阶段籽粒品质净增量QTL,单个QTL的贡献率为3.41%-23.55%,43个QTL的贡献率大于10%,7个QTL的贡献率大于15%。qCP13-4-1、qCT12-5-1、qCT13-5-1、qCT12-1-1、qCT13-1-1在两年及合并分析时被同时检测到;qCP12-3-1、qCP13-3-1、qCT12-1-1、qCT13-1-1、qCF13-3-1、qLS12-5-2、qLS13-5-1等仅在发育前期被检测到;qCP23-4-1、qCP24-4-1、qCT14-5-1、qCT23-5-1、qCF24-8-2、qCF34-8-2、qLS14-4-2、qLS24-4-2等只在中期和中后期被检测到;qCP13-4-1、qCP34-4-1、qCT12-4-1、qCT23-4-1、qCF14-2-1、qLS12-5-1和qLS13-5-1的贡献率较高（15.85%-23.55%）,且环境稳定性好。6、与以往RIL、F2:3及BC2F2群体成熟期百粒重、籽粒品质QTL定位结果进行比较,定位于phi001-umc2227、umc1478-bnlg565、umc2057-umc1567、umc1677-umc2122和umc1478-bnlg565区段的百粒重QTL,以及定位于umc1976-bnlg1803、bnlg1452-umc1773、umc1389-umc1162、phi072-umc1757和phi299852-phi364545区段的籽粒品质性状QTL具有世代稳定性。对本研究定位4个籽粒灌浆相关性状的161个QTL及其与以往利用RIL、F2:3和BC2F2群体定位的成熟期百粒重QTL（36个）共197个QTL,4个籽粒品质性状的225个静态和动态条件QTL及其与以往利用RIL、F2:3和BC2F2群体定位的成熟期籽粒品质性状QTL（83个）共308个QTL分别进行整合,检测到13、14、22和24个“一致性”QTL,每个“一致性”QTL整合的QTL为2-54个,平均10个,涉及15个性状。控制相关性状的QTL在染色体上呈簇状分布,第1、5、7和10染色体的phi001-umc2227、umc1906-umc2083、umc1502-umc1941、umc2057-umc1567和umc1677-umc2122标记区间是籽粒灌浆相关性状QTL分布的聚集区;第3、4和5染色体的bnlg1452-umc1025、phi072-umc1757和umc1389-umc1162标记区间是籽粒各品质性状QTL分布的聚集区,这些QTL聚集区间可能存在控制相关性状的关键真实QTL,是进一步研究的关键染色体区段。7、定位到的所有563个QTL中,195对QTL或标记区间存在上位性互作效应,但大多数互作效应均较小;包括6个籽粒性状和4个品质性状的395个QTL的增效基因来自普通亲本丹232,其余6个籽粒性状、3种酶活性相关和4个品质性状的168个QTL的增效基因来源来自爆裂亲本N04。

论文目录

  • 致谢
  • 摘要
  • 第一章 文献综述
  • 1.1 QTL 定位原理与方法及其应用概况
  • 1.1.1 遗传连锁图谱的构建
  • 1.1.2 QTL 定位方法
  • 1.1.3 动态性状的QTL 定位
  • 1.1.4 QTL 整合和“一致性”QTL 分析
  • 1.2 玉米籽粒灌浆及其相关性状的研究进展
  • 1.2.1 玉米籽粒灌浆的研究进展
  • 1.2.2 玉米籽粒灌浆相关性状的遗传研究进展
  • 1.3 玉米籽粒品质性状的遗传研究进展
  • 1.3.1 经典数量遗传研究
  • 1.3.2 玉米籽粒品质性状QTL 定位研究
  • 1.4 本研究的目的和意义
  • 第二章 籽粒灌浆及其相关性状的QTL 分析
  • 2.1 材料与方法
  • 2.1.1 试验材料和田间种植
  • 2.1.2 籽粒灌浆及其相关性状的测定方法
  • 2.1.3 表型数据分析和QTL 分析方法
  • 2.2 结果与分析
  • 2.2.1 籽粒灌浆及其相关性状的表现、遗传力及其相关
  • 2.2.2 淀粉合成酶活性及其与其他性状的相关
  • 2.2.3 籽粒相关性状的QTL 定位及效应分析
  • 2.3 讨论
  • 2.3.1 籽粒相关性状的QTL 定位结果与以往研究结果的比较
  • 2.3.2 不同时期籽粒灌浆相关性状及静态和动态QTL 的比较
  • 2.3.3 淀粉合成酶活性与粒重的关系
  • 第三章 不同发育时期籽粒品质性状QTL 分析
  • 3.1 材料与方法
  • 3.1.1 试验材料和田间种植
  • 3.1.2 田间试验和品质性状考察
  • 3.1.3 表型数据分析和QTL 定位
  • 3.2 结果与分析
  • 3.2.1 各时期籽粒品质性状的表现和表型相关分析
  • 3.2.2 各时期籽粒品质性状的QTL 定位和效应分析
  • 3.2.3 不同时期籽粒品质性状的动态QTL 分析
  • 3.3 讨论
  • 3.3.1 籽粒品质性状QTL 定位结果与以往研究的比较
  • 3.3.2 不同时期籽粒品质性状及静态和动态QTL 的比较
  • 3.3.3 籽粒各品质性状间的相关研究
  • 第四章 籽粒灌浆及品质相关性状的“一致性”QTL 分析
  • 4.1 材料与方法
  • 4.1.1 遗传图谱和相关性状定位QTL
  • 4.1.2 遗传图谱的QTL 整合方法
  • 4.1.3 QTL“元分析”及“一致性”QTL 的确定
  • 4.2 结果与分析
  • 4.2.1 整合图谱的构建
  • 4.2.2 籽粒灌浆相关性状“一致性”QTL 分析
  • 4.2.3 籽粒品质性状“一致性”QTL 分析
  • 4.3 讨论
  • 4.3.1 QTL 整合效率和性状间遗传相关揭示
  • 4.3.2 “一致性”QTL 与进一步研究关键染色体区段
  • 参考文献
  • 英文摘要

    • 相关论文文献

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