玉米叶片保绿性遗传分析和QTL定位

论文摘要

玉米（Zea mays L.）是世界上重要的粮食和饲料作物,近年来由于种质资源匮乏,玉米生产出现徘徊,在产量、品质和抗性育种上进展缓慢,育种家一直致力于优异基因资源发掘利用,以求在种质创新和品种选育上取得突破。玉米叶片保绿性指生长后期叶片衰老或黄化延缓而保持绿色的特性,是与产量、饲用品质、抗性具有直接联系的重要性状。保绿型玉米品种是当今最有价值的玉米品种,代表了玉米品种演进的方向,深入研究保绿性的遗传基础对玉米种质创新和品种选育具有重要意义。本文从玉米保绿性资源鉴定、玉米保绿性遗传分析和QTL定位三个方面开展研究。主要结果如下:1.通过对我国30份骨干玉米自交系保绿性进行鉴定表明,大部分自交系保绿性一般或较差,筛选出4份保绿性较强的玉米自交系,它们是沈3195、沈137、齐319和178。利用SSR标记将30份自交系划分为6个类群,其中4份保绿性自交系分布在B（旅大红骨）和E（PB种质）群,可用于改良类群内其它材料的保绿性;保绿型自交系沈137、齐319、178皆来自于PB种质,可用来组建保绿群体。2.对保绿（齐319、178）×非保绿（Mo17、BM）四套组合六个世代的保绿鉴定结果进行数量遗传分析表明,玉米叶片保绿基因的加性、显性和互作效应普遍存在。玉米保绿性状广义遗传力变化范围59.93～76.82%,加性方差占遗传方差的比值变化范围为40.70～60.10%。以齐319为保绿亲本的组合至少存在2对保绿基因,而以178为保绿亲本的组合至少由1对基因控制。3.利用115对SSR标记引物构建了覆盖玉米基因组1431.0cM含10个连锁群的分子标记连锁图谱,平均图距为12.44cM,基于分子标记排列顺序和位点比较,该连锁图谱与玉米基因组数据库所公布的玉米整合图谱有较高的一致性,可以用于进一步的QTL定位研究。4.对166个F2:3家系的叶片保绿度、绿叶数、叶绿素含量、抽雄期、散粉期、吐丝期、雌雄间隔期、株高、穗位高、穗长、穗粗、秃尖长、穗行数、行粒数、出籽率、千粒重和单株产量等保绿相关性状进行测定和统计分析表明,各性状的平均数在家系间差异显著,存在超亲分离现象;玉米叶片保绿度与千粒重、穗粗和产量呈极显著正相关。5.以复合区间作图法（LOD≥2.5）,对保绿相关性状进行QTL检测,总计检测出80个保绿相关性状的QTLs,其中31个为主效QTL（sR2≥10%）。每个性状检测到的QTLs数目在1～8个,单个QTL所能解释的表型变异4.68～24.75%之间,QTL位点基因作用方式以部分显性和超显性为主。6.发现保绿相关性状的QTL在染色体上有成簇分布的特点,初步找出保绿性QTL在染色体上的6个关键区域,包括第1染色体上的115.0～125.0cM区段和140.0～155.0cM区段;在第2染色体上的95.0～110.0cM区段;在第5染色体上的50.0～55.0cM区段;第8染色体上的0～10.0cM区段;第9染色体上的50.0～60.0cM区段。7.通过与前人研究比较,本研究不仅检测到与前人相近的保绿QTL位点,同时检测出了较多新的位点,为全面了解玉米保绿性状的遗传背景提供新的信息,也为玉米保绿性分子标记辅助育种奠定基础。

论文目录

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第一章绪论

第一节作物保绿性概念及其特性

1 作物保绿性的标准

2 作物保绿性的类型

3 作物保绿性的生理基础

4 作物保绿性的生物学特点

4.1 保绿性与作物产量

4.2 保绿与作物抗性

4.3 保绿与作物饲用价值

5 作物保绿性资源

第二节作物保绿性遗传研究

1 作物保绿性状的表型相关

2 作物保绿性的基因分类

3 作物保绿性的遗传研究

4 作物保绿性QTL定位

4.1 分子标记的种类

4.1.1 基于 DNA-DNA 杂交的DNA 标记

4.1.2 基于PCR技术的DNA标记

4.1.2.1 RAPD标记

4.1.2.2 SSR标记

4.1.3 基于限制性内切酶和PCR技术的DNA标记

4.1.4 基于单核苷酸多态性的DNA标记

4.2 玉米遗传图谱

4.2.1 亲本的选择

4.2.2 组合的配制

4.2.3 群体的类型

4.2.3.1 F2群体

4.2.3.2 BC群体

4.2.3.3 RIL群体

4.2.3.4 DH群体

4.2.4 玉米分子遗传图

4.2.5 QTL 定位方法

4.2.5.1 单标记分析方法

4.2.5.2 区间作图法

4.2.5.3 复合区间作图法

4.2.5.4 基于混合线性模型的复合区间作图法

4.3 作物保绿性状QTL定位

5 分子标记辅助选择

5.1 质量性状的标记辅助选择

5.2 数量性状的标记辅助选择

第三节立题依据

1 研究的目的和意义

2 主要研究内容

3 实验总体设计

第二章玉米叶片保绿基因资源鉴定

1 材料与方法

1.1 供试材料

1.2 田间试验

1.3 保绿性状测定

1.4 玉米种质材料的SSR 分析

1.4.1 基因组 DNA 的制备

1.4.2 SSR 引物序列

1.4.3 SSR 分析

1.4.3.1 PCR 扩增

1.4.3.2 变性聚丙烯酰胺凝胶电泳

1.4.3.3 银染程序

1.4.4 数据统计与分析

2 结果与分析

2.1 我国30 份主要玉米自交系保绿性评价

2.2 我国30 份玉米自交系保绿性遗传多样性分析

2.3 SSR 等位基因与保绿度的关联分析

3 讨论

3.1 我国玉米自交系保绿性鉴定及种质评价

3.2 保绿性种质遗传多样性及改良策略

第三章玉米叶片保绿性的遗传分析

1 材料与方法

1.1 供试材料

1.2 田间试验设计

1.3 保绿性状测定

1.4 保绿基因的遗传分析

1.4.1 基因效应分析

1.4.2 遗传力估算

1.4.3 基因数目估计

2 结果与分析

2.1 玉米叶片保绿性的基因效应分析

2.2 玉米保绿性的遗传力分析

2.3 玉米保绿性基因数目的估计

3 讨论

第四章 SSR 遗传图谱的构建

1 材料与方法

1.1 供试材料

1.2 田间试验

2单株DNA的提取和SSR分析'>1.3 F₂单株DNA的提取和SSR分析

1.3.1 基因组 DNA 的制备

1.3.2 SSR 引物序列

1.3.3 SSR 分析

1.4 基因型记录

1.5 图谱构建

1.5.1 建立数据库

1.5.2 构建SSR 图谱

2 结果与分析

2.1 亲本多态性检验

2.2 群体基因型组成及标记位点分离情况

2.3 SSR 连锁图谱的构建

3 讨论

第五章玉米叶片保绿相关性状 QTL分析

1 材料与方法

1.1 供试材料

1.2 田间试验

1.3 保绿相关性状测定和分析

1.3.1 保绿性状测定

1.3.2 保绿相关性状测定

1.4 数据统计与分析

1.5 QTL 定位和分析

2 结果与分析

2.1 保绿性状的表型变异

2.1.1 玉米花后不同时期叶片保绿度的表型变异

2.1.2 玉米花后不同时期穗叶保绿度的表型变异

2.1.3 玉米花后不同时期绿叶数的表型变异

2.1.4 玉米成熟期叶片叶绿素含量的表型变异

2.1.5 玉米农艺和产量性状的表型变异

2.2 保绿相关性状间的关联性分析

2.3 玉米保绿相关性状的QTL 分析

2.3.1 玉米不同时期叶片保绿度 QTL 和分析

2.3.2 玉米穗叶保绿度 QTL 定位和分析

2.3.3 玉米绿叶数 QTL 定位和分析

2.3.4 玉米成熟期叶片叶绿素含量定位和 QTL 分析

2.3.5 玉米生育期 QTL 定位和分析

2.3.6 玉米株高 QTL 定位和分析

2.3.7 玉米产量性状 QTL 定位和分析

2.4 保绿相关性状QTL 的总体特征

3 讨论

3.1 玉米保绿性简易评价指标

3.2 关于玉米保绿度 QTL

3.3 保绿性QTL的表达

3.3.1 QTL 表达与生育阶段的关系

3.3.2 保绿QTL 的数目及遗传效应

3.4 玉米保绿性与产量的相关性

3.5 本研究定位结果与同类研究比较

3.6 玉米保绿性的分子标记辅助选择

第六章全文结论及后续工作展望

参考文献

附录

致谢

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玉米叶片保绿性遗传分析和QTL定位

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