小麦品种川麦42与川农16重组自交系品质及抗条锈性状遗传研究

论文摘要

本研究以国审小麦品种川麦42与川农16杂交,经多代培育构建的127个重组自交系（RILs）群体为供试材料,对其品质相关性状及抗条锈性状进行了遗传分析和QTL定位研究。主要结果如下:1.对蛋白质含量、籽粒硬度、沉淀值、面筋指数、干面筋含量、湿面筋含量、吸水率、形成时间、稳定时间、公差指数、断裂时间、粉质质量指数、降落值、迟熟α-淀粉酶活性等13个品质性状在“川麦42”和“川农16”构建的127个重组自交系（RILs）中的的变异性状,以及其与抽穗期、株高、有效穗、穗粒数、千粒重、单穗重、籽粒产量等7个农艺性状的相关性研究表明,蛋白质等13个品质性状在重组自交系群体中变异较为丰富,并且性状表现大多呈正态分布;除吸水率与其它品质性状相关较少外,蛋白质含量、籽粒硬度、干面筋含量、湿面筋含量、面筋指数、沉淀值、面团形成时间、稳定时间、断裂时间、公差指数、粉质质量指数、降落值等品质性状之间大多都表现出显著或极显著的相关关系:13个品质性状与7个农艺性状间也大多都呈显著或极显著的负相关,表明在供试材料中品质性状和农艺性状间存在一定的矛盾。同时,也检测到迟熟α-淀粉酶在群体中的分布符合一对等位基因控制的1:1的遗传分离规律。2.利用人工合成六倍体小麦衍生品种“川麦42”与“川农16”构建的127个重组自交系（RILs-8）群体,将179个SSR标记定位到21条染色体上,构建了总长为2251.1cM遗传连锁图,标记间的平均距离为12.5cM,平均每个染色体有8.5个标记。利用该图谱对品质性状进行了QTL分析,13个品质性状共检测到44个QTL,主要分布在1A、1B、2D、3D、4A、4D、5A、5B和7D等9条染色体。单个QTL可解释表型变异4.48%-66.15%,来自亲本川麦42的有26个（占59.1%）,主要涉及蛋白质、稳定时间、形成时间、公差指数、降落值、沉淀值等重要性状,而具有正向加性效应的QTL有16个。来自亲本川农16的QTL有18个（占40.9%）,主要涉及干面筋含量、湿面筋含量、粉质质量指数、断裂时间等性状,其中9个QTL具有正向加性效应。3.本研究采用十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）和酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳（A-PAGE）,分别对小麦品种“川麦42”和“川农16”及其构建的127个重组自交系（RILs）群体的贮藏蛋白（HMW-GS和醇溶蛋白）变异进行了检测和分析。结果表明,RILs群体的Glu-A1、Glu-B1和Glu-D1位点编码亚基分别为双亲类型的1、6+8或20,2+12或5+10,没有新的亚基类型产生,同时检测到（1,6+8,2+12）、（1,20,5+10）、（1,6+8,5+10）和（1,20,2+12）等4种亚基组合,其中重组组合（1,6+8,5+10）出现频率最高。亚基5+10比2+12有增强沉淀值、面筋指数和稳定时间,及降低干面筋、湿面筋含量和公差指数的效应,亚基6+8比20有增强面筋指数的效应,亚基组合对品质性状的影响依次为（1,6+8,5+10）＞（1,20,5+10）＞（1,6+8,2+12）＞（1,20,2+12）。供试材料共分离出39条迁移率不同的醇溶蛋白谱带,ω区18条、γ区10条、β区4条、α区7条,平均每个供试材料分离出14-25条带。其中仅有4条共有带,共得到113种多态性带型,其中ω和γ区醇溶蛋白带纹组成最为丰富,而β区最低。在RILs群体中检测到8条不同于双亲的新带型,7条存在于ω区,1条存在于γ区。各电泳谱带在群体中出现的频率差异较大,其变化范围为0.78%-100%。聚类分析表明,RILs群体在相似系数为0.61的水平上,被划分为两个亲本类型群,其中类Ⅰ主要来源于川农16,有26个株系,其余101个株系中都与亲本川麦42聚在类Ⅱ中,每一类在不同的相似系数处又可以分成多个亚类,类群间的关系基本反映了该RILs群体的亲缘关系。4.对小麦品种“川麦42”与“川农16”重组自交系群体中的1BL/1RS易位和人工合成种SSR位点的遗传效应分析表明,来源于亲本“川农16”的1BL/1RS易位血缘在自交系群体中与抽穗期、单株分蘖、成穗率和小穗数等4个主要农艺性状有显著或极显著相关,而与大多数品质性状的相关性不显著。同时也发现1BL/1RS易位系通过降低沉淀值和提高公差指数影响小麦的品质:在重组自交系群体中共鉴定出40个来源于亲本“川麦42”的人工合成位点SSR位点,其中有18个人工合成种SSR位点均与所测品质性状呈显著或极显著相关关系,约占总人工合成种位点的45%,其中7个人工合成种位点对品质有正效应,5个位点有负效应,表明“川麦42”中的人工合成种血缘对后代群体的品质性状影响较大。5.将“川麦42”分别与高感条锈小麦品种“绵阳26”、“绵阳335”杂交和回交,获得杂交F1、F2、BC1群体,其中,“川麦42×绵阳26”、“川麦42×绵阳335”F2群体分别为208和337株,“川麦42/绵阳26//绵阳26”、“川麦42/绵阳335//绵阳335”BC1,分别为171和216株;利用条锈菌小种条中32号（CYR32）对抗感杂交的F1、F2、BC1群体接种,结果显示,所有F1代对条中32都表现免疫或高抗,F2代群体中抗∶感分离比例均符合3R∶1S理论比例,BC1群体抗∶感分离比均符合1R∶1S理论比例。说明“川麦42”对“条中32”的抗性由1对显性基因控制。“川麦42”所含抗条锈基因YrCH42分别与1BS上Yr24和Yr26等位性测定表明,在分离的F2群体中都未出现抗病株,说明YrCH42、Yr24和Yr26可能为相同基因。

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摘要

Abstract

第一章文献综述

1 小麦品质性状研究进展

1.1 小麦高分子量麦谷蛋白亚基（HMW-GS）

1.1.1 HMW-GS的主要特性

1.1.2 HMW-GS与品质的关系

1.2 小麦醇溶蛋白

1.2.1 醇溶蛋白特性

1.2.2 醇溶蛋白与品质的关系

1.3 其它主要品质性状

1.4 品质性状与产量的关系

1.5 品质性状的QTL定位

1.5.1 分子标记在QTL定位中的应用

1.5.2 用于QTL定位的群体

1.5.3 QTL定位方法

1.5.3.1 单标记分析法

1.5.3.2 区间作图法

1.5.3.3 复合区间作图法

1.5.3.4 混合线性模型方法

1.5.4 重要品质性状QTL研究进展

2 人工合成六倍体小麦研究进展

3 小麦抗条锈研究进展

3.1 小麦条锈病的发生和危害

3.2 小麦条锈病抗性性遗传研究方法

3.2.1 常规杂交法

3.2.2 基因推导法

3.3 小麦抗条锈基因等位性研究

4 小麦1BL/1RS易位系研究进展

4.1 1BL/1RS易位系概况

4.2 1BL/1RS易位系与小麦产量的关系

4.3 1BL/1RS易位系与小麦品质的关系

5 立题依据

第二章小麦品种川麦42与川农16重组自交系品质及其相关性状的遗传变异分析

1 前言

2 材料与方法

2.1 材料

2.2 方法

2.2.1 田间种植

2.2.2 农艺性状调查

2.3 品质性状的测定

2.3.1 蛋白质含量和硬度测定

2.3.2 干、湿面筋含量及面筋指数的测定

2.3.3 沉淀值的测定

2.3.4 粉质仪参数的测定

2.3.5 降落值的测量

2.3.6 α-淀粉酶（LMA）的测定

2.4 数据分析处理

3 结果与分析

3.1 品质性状表现

3.2 品质性状相关分析

3.3 品质性状与农艺性状间相关分析析

3.4 小麦迟熟α-淀粉酶（LMA）的遗传分析

3.4.1 LMA的遗传分析

3.4.2 LMA对降落值的影响

4 讨论

4.1 小麦RILs群体品质性状表现

4.2 小麦RILs群体品质性状间的相关性

4.3 小麦RILs群体品质性状与产量性状间的相关性

4.4 迟熟α-淀粉酶与降落值的关系

第三章小麦品种川麦42与川农16重组自交系品质相关性状的QTLs定位

1 前言

2 材料和方法

2.1 材料

2.2 田间试验

2.3 品质测定

2.4 连锁图构建

2.4.1 引物

2.4.2 PCR检测

2.5 统计方法与连锁图构建

2.6 QTL检测

3 结果与分析

3.1 小麦RILs群体及其亲本的品质性状表现

3.2 遗传图谱

3.3 品质相关性状QTL分析

4 讨论

第四章小麦品种川麦42与川农16重组自交系贮藏蛋白的遗传效应分析

1 前言

2 材料与方法

2.1 材料

2.2 方法

2.2.1 品质性状测定

2.2.2 HMW-GS的SDS-PAGE检测

2.2.3 醇溶蛋白A-PAGE检测

2.2.4 统计分析

3 结果与分析

3.1 HMW-GS遗传效应分析

3.1.1 HMW-GS变异

3.1.2 亚基对品质性状的影响

3.1.3 亚基组合对品质性状的影响

3.2 醇溶蛋白遗传效应分析

3.2.1 醇溶蛋白谱带多态性分析

3.2.2 遗传相似系数分析

3.2.3 醇溶蛋白聚类分析

4 讨论

4.1 HMW-GS在小麦RILs群体中对品质性状的效应

4.2 醇溶蛋白在小麦RILs群体中对品质性状的效应

第五章小麦品种川麦42与川农16重组自交系中1BL/1RS易位和人工合成种SSR位点的遗传效应分析

1 前言

2 材料与方法

2.1 材料

2.2 方法

2.2.1 田间种植

2.2.2 农艺性状调查

2.2.3 品质性状测定

2.2.4 1BL/1RS易位染色体检测和SSR分析

2.2.4.1 1BL/1RS易位检测

2.2.4.2 DNA的提取方法

2.2.4.3 SSR引物

2.2.4.4 PCR反应体系及程序

2.2.5 人工合成种位点检测

2.3 统计分析

3 结果与分析

3.1 1BL/1RS易位系的检测

3.2 1BL/1RS易位系对农艺性状和品质性状的效应分析

3.2.1 对农艺性状的效应分析

3.2.2 对品质性状的效应分析

3.3 小麦RILs群体中人工合成种SSR位点与品质性状的相关性

4 讨论

4.1 1BL/1RS易位系对小麦产量性状的影响

4.2 1BL/1RS易位系对小麦品质性状的影响

4.3 人工合成种SSR位点对品质性状的影响

第六章重组自交系亲本川麦42抗条锈性状分析及等位基因检测

1 前言

2 材料与方法

2.1 材料

2.1.1 植物材料

2.1.2 供试菌种

2.2 田间和温室抗条锈性鉴定方法

2.2.1 川麦42多点抗性鉴定

2.2.2 田间接种和抗性鉴定

2.2.3 数据调查

3 结果与分析

3.1 川麦42多点抗条锈性鉴定分析

3.2 川麦42的抗性遗传分析

3.3 川麦42抗条锈等位基因分析

4 讨论

4.1 川麦42抗条锈性状遗传规律

4.2 川麦42抗条锈等位基因测定

主要创新点

参考文献

致谢

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