我国大豆育成品种的遗传多样性，农艺性状QTL关联定位及优异变异在育种系谱内的追踪

论文摘要

1923—-2005年我国共育成大豆品种1300个,这是我国大豆育种最重要核心的种质资源,揭示其遗传多样性、特异性和群体间遗传关系,可为拓宽我国大豆的遗传基础提供理论依据。本研究选取由378份我国大豆育成品种所组成的代表性样本,加上朝鲜半岛、东南亚和南亚的110份栽培大豆为参照,利用大豆核基因组均匀分布的64个SSR标记分析我国大豆育成品种及亚洲引入大豆品种的遗传多样性,探讨我国大豆育成品种不同群体的遗传特异性与互补性,以及亚洲引入品种对拓宽我国大豆遗传基础的潜在可能性。在此基础上,增加与农艺性状相关的21个SSR标记合计85个标记对378份中的我国黄淮和南方190份有代表性的大豆育成品种基因组进行扫描,检测群体结构、搜索连锁不平衡位点,并采用TASSEL软件的GLM方法对2年有重复田间试验的11个农艺性状QTL进行关联分析,进一步追查产量和品质优异等位变异在黄淮和南方主要大豆育成品种家族系谱中的踪迹。获得主要结果如下。1.我国大豆育成品种群体遗传丰富度为572个等位变异,平均每个位点等位变异数为8.94个,多态性信息量PIC为0.752。文自翔（2008）利用基本同样标记研究我国大豆地方品种群体、野生大豆群体平均每个位点等位变异数（Simpson指数）分别为16.3个（0.74）、17.6个（0.86）。我国大豆育成品种群体相对于大豆地方品种群体、野生大豆群体,局限在所用的祖先亲本,其遗传基础趋于狭窄,宜拓宽其遗传基础保障未来大豆育种可持续发展。2.在遗传丰富度和多样性指数基础上提出用群体间特有、特缺、互补等位变异评价我国大豆育成品种亚群间遗传多样性,分省亚群（黑龙江、吉林、辽宁、河南、山东、安徽、北京和江苏）间都存在较多互补等位变异,最多的在辽宁与河南亚群间。分时期亚群随着时间推移旧的等位变异在消失,而新的等位变异不断增加,绝大部分亚群新增加的等位变异多于旧消失的。分省亚群、分时期亚群分类与SSR标记遗传距离聚类间有显著相关,省份分群、时期分群都有其相应的遗传基础。研究结果启示分省亚群间存在的互补等位变异较多,在新品种选育中应加强各省间大豆育成品种种质交流、增加优异基因相互渗透,找到拓宽分省亚群遗传多样性恰当的对象亚群；各分时期亚群有着明显遗传差异,保存过去的大豆育成品种为培育新品种贮备材料。3.亚洲大豆育成品种群体遗传丰富度为585个等位变异,平均每个位点等位变异数为9.14个,多态性信息量PIC为0.733。SSR标记无根树状遗传关系聚类群体分类将亚洲大豆育成品种归为我国国内与国外2大类群,群体结构研究亚洲全群由2类血缘组成,分别占我国国内和国外2大类群的绝大部分；地理群体间2类血缘组成的差异明显。国外大豆是由中国传播出去的,但是各国特殊的地理生态条件和人工选择,使其与我国国内大豆产生分化。4.亚洲大豆育成品种地理群体间,即我国东北、我国黄淮、我国南方、朝鲜半岛、东南亚、南亚群体间,存在较多互补等位变异,最多的在我国黄淮与南亚群体间；各地理群体拥有各自特有、特缺的等位变异。国内与国外各群体间以我国南方与东南亚育成品种群体间分化最小；国外群体以东南亚与朝鲜半岛育成品种群体间分化最小；国内群体以我国黄淮与我国南方的育成品种群体分化最小。亚洲大豆育成品种地理群体间具有位点和等位变异的特异性,各群体间可以相互补充的位点及其等位变异甚丰富,利用亚洲引入品种有可能拓宽我国大豆的遗传基础。5.大豆育成品种群体在公共图谱上不论共线性或非共线性的SSR位点组合广泛存在连锁不平衡（LD）,但不平衡程度D’>0.5的位点组合数只占总位点组合的1.71%,共线位点D’值随遗传距离的衰减较快。SSR数据遗传结构的分析结果,大豆育成品种群体由7个亚群体组成,矫正后全群体中共有45个位点累计有136个位点（次）与11个大豆农艺性状QTL关联,其中有22个位点（次）与家系连锁定位的QTL区间相重,43个位点（次）2年重复出现。与文自翔（2008）利用大体相同的标记对大豆地方品种群体和野生群体进行关联分析结果只有少数关联位点相同,而大多数关联位点不同。大豆育成品种群体与大豆地方品种群体、野生大豆群体在百粒重、株高等6个性状相同关联位点总数占总位点数的分别为3.3%、3.4%。表明大豆育成品种群体遗传结构的确与大豆地方品种群体、野生大豆群体存在明显差异。6.我国黄淮和南方的主要大豆育成品种家族58-161、徐豆1号、齐黄1号、南农493-1、南农1138-2的产量优异等位变异追踪结果,系谱祖先具有各自的优异等位变异,在系谱祖先基础上新品种衍生过程中逐步累积了更多的优异等位变异；随着育种轮次的推移,系谱祖先具有的优异等位变异在后育成品种中有较多丢失的表现；大豆高产与低产、各高产品种之间优异等位变异结构差异非常明显；高产品种没有吸纳全部产量优异等位变异,启示大豆产量有进一步改良潜力。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一部分 文献综述
• 第一章 文献综述
• 1 大豆育种的进展和生产上对大豆品种遗传多样性的要求
• 1.1 大豆育种的进展
• 1.1.1 国内大豆育种的进展
• 1.1.2 国外大豆育种的进展
• 1.2 生产上要求大豆品种遗传多样性的紧迫性
• 2 大豆遗传多样性研究的进展
• 2.1 遗传多样性研究的方法
• 2.2 大豆遗传多样性研究的进展
• 2.2.1 表型推测的遗传多样性
• 2.2.2 分子标记推测的遗传多样性
• 3 基因定位与遗传多样性研究
• 3.1 基因（位点）多样性和等位基因（等位变异）多样性
• 3.2 基因（QTL）定位（家系连锁定位和关联定位）
• 3.3 育种资源基因（位点）多样性和等位基因（等位变异）多样性
• 4 关联定位方法
• 5 育成品种系谱内基因的追踪
• 5.1 系谱分析法研究育成品种系谱内基因的追踪
• 5.2 分子标记法研究育成品种系谱内基因的追踪
• 6 本研究的目的和技术路线
• 第二部分 研究报告
• 第二章 材料与方法
• 1 试验材料
• 1.1 我国大豆育成品种遗传多样性研究的材料
• 1.2 亚洲引入大豆育成品种对我国大豆的特异性和互补性研究的材料
• 1.3 大豆育成品种群体关联分析的材料
• 1.4 我国黄淮和南方主要大豆育成品种的家族优异等位变异在系谱内追踪研究的材料
• 2 田间试验设计与农艺性状调查和测量方法
• 3 基因组DNA提取、SSR扩增以及各研究中的SSR标记表现情况
• 3.1 我国大豆育成品种遗传多样性研究中的SSR标记所在连锁群及其多样性
• 3.2 亚洲引入大豆育成品种对我国大豆的特异性和互补性研究中的SSR标记所在连锁群及其多样性
• 3.3 大豆育成品种群体的关联分析中的实验检测SSR位点
• 4 数据分析方法
• 4.1 遗传丰富度
• 4.2 多态性信息量
• 4.3 特有、特缺、互补等位变异
• A遗传距离'>4.4 D_A遗传距离
• 4.5 群体分化系数
• 4.6 群体遗传结构
• 4.7 大豆育成品群体LD的衡量
• 4.8 大豆育成品种群体关联分析
• 4.9 大豆育成品种群体优异位点及优异等位变异的确认
• 第三章 我国大豆育成品种遗传多样性研究
• 1 我国大豆育成品种群体和亚群的遗传多样性
• 1.1 我国大豆育成品种群体及3个生态区亚群的遗传多样性
• 1.2 我国大豆育成品种主要分省亚群的遗传多样性与互补性
• 1.3 我国大豆育成品种分时期亚群的遗传多样性与互补性
• 2 我国大豆育成品种各亚群特异性及遗传关系
• 2.1 我国大豆育成品种各亚群的特异性
• 2.2 我国大豆育成品种SSR聚类及其与分省亚群、分时期亚群间的关系
• 3 讨论
• 3.1 我国大豆育成品种群体代表性和遗传多样性
• 3.2 我国大豆育成品种与种质资源地理群体遗传多样性的比较
• 3.3 我国大豆育成品种的群体特异性和群体遗传关系
• 第四章 亚洲引入大豆育成品种对我国大豆的特异性和互补性研究
• 1 亚洲大豆育成品种地理群体的遗传多样性与特异性
• 2 亚洲大豆育成品种地理群体分化
• 2.1 亚洲大豆育成品种地理分群与SSR标记聚类的关系
• 2.2 亚洲大豆育成品种群体的遗传结构
• 2.3 亚洲大豆育成品种地理群体分化
• 3 讨论
• 3.1 大豆育成品种地理群体与种质资源地理群体遗传多样性及特异性的比较
• 3.2 亚洲大豆育成品种的群体结构和群体分化
• 第五章 大豆育成品种农艺性状QTL与SSR标记的关联分析
• 1 大豆品种群体SSR位点间的连锁不平衡及群体结构分析
• 2 与大豆育成品种农艺性状相关联的SSR标记
• 2.1 与大豆农艺性状相关联的SSR标记总体情况
• 2.2 与产量性状关联的SSR位点
• 2.3 与生育期性状关联的SSR位点
• 2.4 与形态性状关联的SSR位点
• 2.5 与品质性状关联的SSR位点
• 2.6 与多个性状关联的SSR位点
• 3 大豆育成品种农艺性状的优异等位变异
• 3.1 大豆育成品种产量性状的优异等位变异
• 3.2 大豆育成品种生育期性状的优异等位变异
• 3.3 大豆育成品种形态性状的优异等位变异
• 3.4 大豆育成品种品质性状的优异等位变异
• 4 讨论
• 4.1 大豆育成品种群体与大豆资源群体的关联分析结果比较
• 4.2 大豆育成品种群体关联分析结果用于设计育种
• 第六章 我国黄淮和南方主要大豆育成品种家族产量和品质优异等位变异在系谱内追踪
• 1 大豆育成品种家族中优异等位变异的累积
• 1.1 产量优异等位变异
• 1.2 百粒重优异等位变异
• 1.3 蛋白质含量优异等位变异
• 1.4 脂肪含量优异等位变异
• 2 各家族产量优异等位变异追踪
• 2.1 58-161家族产量优异等位变异追踪
• 2.2 徐豆1号家族产量优异等位变异追踪
• 2.3 齐黄1号家族产量优异等位变异追踪
• 2.4 南农493-1家族产量优异等位变异追踪
• 2.5 南农1138-2家族产量优异等位变异追踪
• 3 各家族大豆高产优异等位变异结构分析
• 4 讨论
• 4.1 大豆育成品种优异位点和优异等位变异与环境的相对性
• 4.2 大豆育成品种优异位点和优异等位变异与表型的相对一致性
• 4.3 大豆育成品种家族中优异位点和优异等位变异的传承
• 第七章 讨论、全文结论与创新之处
• 1 讨论
• 1.1 我国大豆育成品种群体的遗传多样性及亚洲引入大豆品种对我国大豆的特异性和互补性
• 1.2 大豆育成品种群体与资源群体之间遗传多样性和关联位点的异同
• 1.3 大豆育成品种群体关联分析结果应用探讨
• 2 全文结论
• 3 主要创新点
• 参考文献
• 致谢
• 撰写论文情况