亚洲地区国内外大豆育成品种苗期耐淹性鉴定、种质优选和QTL关联定位

论文摘要

洪涝灾害在世界范围内频繁发生,是世界上许多地区普遍发生的自然灾害,也是我国大豆生产主要的非生物逆境灾害之一。涝害情况分为湿/渍害和淹水,淹水也可分为全淹和半淹。研究表明大豆[Glycine max（L.）Merr.]苗期和花荚期对淹水反应较敏感,大豆不同品种之间耐淹性有差异,利用耐淹大豆品种是提高抗灾能力的有效途径,故发掘、鉴定耐淹资源及其有利基因服务大豆育种和生产实践具有重要的意义。长江中下游地区常有梅雨天气,大豆苗期易形成涝害。在前人研究我国大豆资源耐淹性的基础上,本文进一步研究我国和亚洲其他国家大豆育成品种苗期耐淹性的遗传变异,发掘优异资源;对耐淹性进行关联定位,寻找优异等位变异及其载体材料,并追索在后代育成品种中的累积。同时,还试探研究半淹胁迫下的遗传机制,定位QTL,筛选与之紧密连锁的分子标记。所获主要结果如下:1.选取来源于我国黄淮、中国南方、东亚（韩国和朝鲜）、东南亚（菲律宾、越南、泰国、印尼等）和南亚（印度、尼泊尔、巴基斯坦等）的亚洲大豆育成品种350份。采用Vo期全淹处理,相对死苗率为指标,以王芳等所定的一组对照种为参照,分析5个地区大豆育成品种耐淹性的遗传变异。结果表明:相对失绿率和相对萎蔫率与相对死苗率存在极显著相关（P＜.0001）,可作为耐淹性的参考指标;以相对死苗率鉴定大豆品种的苗期耐淹性,亚洲大豆育成品种的耐淹性（109.8%）与地方品种群体的耐淹性（110.3%）相当,并均高于野生大豆群体（104.5%）;中国黄淮、南方地区育成品种耐淹性变异大,变幅为4.8%-212.0%,高于亚洲引种材料群体,遗传变异丰富,覆盖了整个供试群体;各区均存在耐淹品种,优选出莒选23、南农493-1、黔豆2号等15份耐淹品种。优选品种与野生和地方种质相互补充,为大豆抗涝育种提供丰富的遗传种质。2.对全部供试材料SSR标记的基因型数据进行遗传结构分析的结果,整个群体由两个差异明显的群体构成,这两个群体分别和国内材料及亚洲国外材料相对应,说明大豆从我国引入亚洲其它国家后育种方向的差异导致了群体遗传结构的根本性差异。因此需要分开研究。3.对我国黄淮和南方187份育成品种（群体1）SSR标记基因型数据进行成对位点连锁不平衡、群体结构和耐淹性3个性状与标记的关联分析,结果表明:（1）该群体按遗传结构分为7个亚群,群体存在LD（Linkage Disequilibrium）,不平衡成对位点所占比例较大（48.63%）,LD衰减速率较快.（2）检测到与3个耐淹性状关联位点14个（Satt681、Satt373、Satt659等）,同一位点与2个或3个性状关联,表明3个耐淹性状之间确有相关性.与前人结果比较无相同位点。（3）分别筛选出耐淹3个性状OTL的6个、10个和8个优异等位变异,优选出合豆2号、黔豆3号、诱变31和南农493-1等具有较多优异等位变异的载体材料。因此可通过聚合大豆优异基因提高耐淹性。4.对亚洲地区国外104份材料（群体2）的耐淹性状与SSR标记关联分析发现:（1）与3个耐淹性状关联位点6个,（Sct033、Satt186、Satt269等）累计14个;存在同一位点与2个或者3个性状有关联。部分关联位点与群体定位结果一致。（2）分别筛选出耐淹3个性状QTL的8个、6个和8个优异等位变异,优选出PI208432、PI377576和PI481690等具有2个以上优异等位变异的耐淹典型载体材料。同时还对群体2的百粒重、蛋白质和脂肪含量进行了与SSR标记的关联分析,与百粒重、蛋白质和脂肪关联的位点有21个,点累计29个。筛选出百粒重、蛋白质和脂肪性状QTL优异等位变异6个、8个和13个,获得PI175187、PI165926和PI210351A等优异载体材料。5.本研究同时探索了半淹胁迫下的耐淹性遗传,选用“苏88-M21（较耐）×新沂小黑豆（高度敏感）”衍生的176个重组自交系（NJRISX）为材料,采取V2期保持土壤表层5-7cm水层淹水处理20天研究大豆耐淹性遗传规律。结果表明:（1）对8个可能和耐淹性有关性状中,确定相关性较高的3个（株高变量、叶龄和熟期株高）耐淹指数的均值评价家系耐淹性。（2）主基因+多基因混合遗传模型分析结果表明耐淹性受2对具有重叠作用的连锁主基因控制,并存在多基因互作。主基因遗传率为62.83%.（3）利用国家大豆改良中心提供的遗传图谱,采用Win QTL Cartographer 2.5开展了大豆耐淹的QTL定位研究.结果表明耐淹性存在超亲变异,家系间差异显著.利用CIM和MIM法共同检测到2个稳定位点,均位于连锁群L2上satt229-satt527和satt527-sat.286区间内,对表型变异的解释率为10.1%-25.2%。利用MIM方法还检测到1个QTL,也位于L2连锁群上。鉴于时间限制,全淹和半淹胁迫下大豆耐淹性的遗传差异及其关系有待进一步研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 耐涝性研究的必要性和发展趋势
• 1.1.1 耐涝性研究的必要性
• 1.1.2 耐涝性研究发展趋势
• 1.2 涝害概况和对农作物的影响
• 1.2.1 涝害概况
• 1.2.2 涝害对农作物的影响
• 1.2.3 涝害对大豆产量的影响
• 1.3 植物对淹水胁迫的适应方式
• 1.3.1 植物耐涝的形态学适应
• 1.3.2 植物对淹水的代谢适应
• 1.3.3 植物耐涝性的生理机制
• 1.3.4 植物耐涝性的生物学机理
• 1.4 作物耐涝性鉴定方法与指标的研究
• 1.4.1 鉴定方法
• 1.4.2 单一指标的研究
• 1.4.3 综合评价指标的研究
• 1.5 大豆耐涝性种质鉴定与育种研究
• 1.5.1 大豆种质资源的多样性
• 1.5.2 大豆种质耐涝性的鉴定与优异种质的发掘
• 1.5.3 大豆耐涝性优异种质的研究与利用
• 1.6 作物耐涝性分子数量遗传研究方法
• 1.6.1 分子数量遗传研究的原理、方法与应用
• 1.6.2 分离分析检测QTL的方法及其应用
• 1.6.3 QTL定位方法的探讨
• 1.6.4 关联分析的理论与应用
• 1.6.5 作物耐涝性的遗传机制
• 1.6.6 国内外大豆耐涝性的QTL定位结果
• 1.7 研究目的与意义
• 第二章 材料与方法
• 2.1 亚洲地区国内外大豆育成品种耐淹性的遗传变异特点及优选
• 2.1.1 试验材料
• 2.1.2 试验设计与方法
• 2.1.3 数据分析方法
• 2.2 亚洲地区国内外大豆育成品种耐淹性状、其他性状QTL与SSR标记的关联分析
• 2.2.1 试验材料
• 2.2.2 耐淹性状鉴定和其他性状测定
• 2.2.3 SSR引物
• 2.2.4 数据分析方法
• 2.2.5 优异位点及优异等位变异的确认
• 2.3 大豆耐淹性的评价、遗传分析和QTL定位
• 2.3.1 试验材料、试验设计及方法
• 2.3.2 数据分析方法
• 2.3.3 分子标记连锁图构建和大豆耐涝性的QTL定位
• 第三章 结果与分析
• 3.1 亚洲地区国内外大豆育成品种耐淹性的遗传变异特点及优选
• 3.1.1 大豆品种全淹水胁迫后的表现
• 3.1.2 亚洲大豆育成品种耐淹性的遗传变异特点
• 3.1.3 耐淹性鉴定结果比较
• 3.1.4 分级标准和350份品种鉴定结果
• 3.1.5 大豆耐淹性优异种质的遴选及特性分析
• 3.2 亚洲地区国内外大豆育成品种群体SSR位点群体结构分析
• 3.3 我国黄淮和南方育成品种（群体1）耐淹性状QTL与SSR标记的关联分析
• 3.3.1 群体1SSR位点的连锁不平衡及群体结构分析
• 3.3.2 群体1耐淹性相关联的SSR标记
• 3.3.3 群体1耐淹性状优异等位变异及其载体材料
• 3.3.4 群体1品种相对死苗率优异等位变异在主要品种系谱中的累积
• 3.4 亚洲其他国家育成品种（群体2）耐淹性状、其他性状相关联的SSR标记
• 3.4.1 群体2SSR位点的连锁不平衡及群体结构分析
• 3.4.2 群体2与耐淹性状相关联的SSR标记
• 3.4.3 群体2品种耐淹性状的等位变异及其载体材料
• 3.4.4 典型载体材料相对死苗率的优异等位变异聚合
• 3.5 大豆重组自交系NJRISX耐淹性遗传分析和QTL定位
• 3.5.1 与耐淹性可能相关的性状的耐淹指数及其相关分析
• 3.5.2 大豆重组自交系NJRISX耐淹性表现和遗传分析
• 3.5.3 大豆重组自交系NJRISX耐淹性的QTL定位
• 第四章 讨论及结论
• 4.1 讨论
• 4.1.1 大豆育成品种耐淹性鉴定和优选工作仍需加强
• 4.1.2 耐淹性关联分析与优异等位变异在品种系谱中的累积
• 4.1.3 关联定位的特点
• 4.1.4 大豆耐淹性的遗传体系的研究
• 4.1.5 我国大豆耐涝性育种展望
• 4.2 全文结论
• 参考文献
• 攻读学位期间撰写论文情况
• 致谢