大豆品种绥农14遗传基础分析及优异基因鉴定

论文摘要

绥农14是目前中国推广面积最大的大豆品种之一,该品种经过5轮杂交涉及17个亲本,这些亲本中包含有对全国大豆育种贡献最大的5个祖先亲本和2个国外种质。本研究以绥农14及其血缘亲本为实验材料,在表型、生理和基因组水平方面进行比较,建立绥农14系谱的遗传组成数据库,将表型及分子数据库相结合,通过系谱群体进行in silico mapping QTL定位,检测绥农14及其亲本优良性状在不同年间、不同地点稳定相关的QTL;追踪基因在系谱中的传递来明确绥农14的优良特征及亲本来源。采用连锁不平衡鉴定方法对在分子水平上呈现复杂遗传方式的经济性状进行分析以揭示其遗传规律,为选育高产、优质、广适的大豆品种提供理论依据。研究结果如下:1构建绥农14系谱亲本的分子数据库。选取均匀分布于大豆公共图谱20个连锁群的550个SSR（simple sequence repeats）位点在绥农14系谱亲本中进行检测,其中多态性位点占全部位点的86.72%,期望杂合度（PIC）大于70%位点占10.18%。2构建绥农14系谱包括生长发育性状、产量性状、品质性状、抗病虫性状、根瘤性状、耐盐性状等50个性状在内的表型数据库。随着世代的递增,生长发育性状中株高、底荚高及倒伏度呈明显降低的趋势,产量性状中百粒重和产量呈增加的趋势,绥农14和合丰25的产量与祖先品种相比有显著的提高;品质性状、抗病性状绥农14和合丰25与其祖先品种相比没有显著的改变。3用SSR分子标记解析绥农14系谱亲本的遗传关系。根据Neighbour-jioning构建的树状图与实际系谱图相符,表明绥农14系谱材料的选育过程可分为3个阶段,品种聚为不同类别的原因与育种时期和组合方式的变化有关。比较相似系数法（S法）、遗传贡献率法（G法）和共祖先系数法（CP法）对阐明绥农14系谱亲本的遗传关系的特点,结果表明在系谱信息完整的情况下应以亲本贡献率（G法）作为研究亲本遗传关系的指标,在未知系谱或系谱信息缺失的情况下建议以遗传相似系数（S法）作为衡量亲本遗传关系的指标。4国外种质对拓宽中国大豆优良品种遗传基础的贡献。利用系谱追踪与SSR标记分析了大豆品种绥农14和合丰25的遗传组成,结果表明,利用日本种质Tokachi nagaha和美国种质Amsoy作亲本育成的、包括绥农14和合丰25在内的中国大豆品种与其系谱中其他品种存在明显差异。两个国外种质特有SSR变异位点中,Tokachi nagaha有14个与产量、抗病性及油分等相关的QTL传递给合丰25和绥农14;Amsoy有12个与百粒重、油分等有关的QTL由绥农8号传递给绥农14,表明国外种质中的优良基因在我国大豆品种改良中发挥了重要作用。5连锁不平衡分析表明,在绥农14系谱中存在着连锁不平衡现象,在P＜0.01的水平上有0.149‰的位点对存在完全连锁不平衡。其中紧密连锁位点（＜1.5cM）1对、松散连锁位点（＞1.5cM）3对和非连锁位点13对。合丰25和绥农14共有的116个多态性标记的6728对位点中,7对检测到LD,其中一些SSR连锁位点与农艺性状的呈显著相关。6单一环境下in silico mapping-QTL及基因在系谱中的传递。32个农艺性状中除四粒荚、褐斑、盐害指数外的其余29性状均检测到了QTL,共检测到QTL位点141个,平均每个性状4.86个。美国品种Amsoy和日本品种Tokachi nagaha分别有12个和3个QTL传递给了后代。7多环境下in silico mapping-QTL及基因在系谱中的传递。在三个生态区内的六个不同环境下对绥农14系谱亲本的8个农艺性状进行了测定,用in silicomapping-QTL进行单性状定位,除节数外检测到与其余7个性状相关QTL位点49个,这些QTL分布在14个连锁群,对这些单性状位点进行分析发现有些位点与多个性状相关,为了验证这些单个性状检测到的QTL,更精确地定位一因多效QTL,剔出环境对性状的影响,提出了用in silico mapping来分析多性状的方法,通过该方法共检测到了10个一因多效位点,研究结果表明单性状定位和多性状定位有较高的吻合度。进一步分析国外种质对拓宽中国大豆遗传基础的QTL贡献,发现连锁群D1a的Sat036、连锁群L的Satt182及连锁群B2的Satt726等QTL位点能够证明国外种质中的优良基因在我国大豆品种改良中的遗传贡献。8超性状in silico mapping-QTL及基因在系谱中的传递。在北方春大豆生态区测定了绥农14系谱亲本的26个表型农艺性状,对这26个农艺性状进行主成分分析,确定了6个主成分,接着计算出了多性状的特征值和特征向量。根据特征值的累积贡献率计算主成分,用特征向量对原始的性状进行加权相加,构成6个超性状。通过In silico mqpping方法在13个连锁群上分别定位了24个与6个超性状相关的QTL,其中14个QTL表现出一因多效。在绥农14系谱中对这些功能基因进行追踪,结果表明一些基因能够解释在品种形成和品质改良过程中国外种质对国内品种的遗传贡献及国内祖先亲本对后代的遗传机制。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 立项依据
• 2 研究目的
• 第一章 大豆品种绥农14的遗传背景解析
• 第一节 大豆品种绥农14系谱亲本的遗传多样性分析
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 构建绥农14系谱亲本的表型数据库
• 1.3 构建绥农14系谱亲本的SSR分子数据库
• 2 结果与分析
• 2.1 基于SSR数据的绥农14系谱亲本遗传多样性分析及指纹图谱构建
• 2.2 基于农艺性状的绥农14系谱亲本遗传多样性及主成分分析
• 2.3 结合SSR数据和农艺性状解析绥农14系谱的遗传关系
• 3 讨论
• 3.1 利用农艺性状与分子标记对遗传基础研究的比较
• 3.2 SSR标记多态性位点的选择
• 4 结论
• 第二节 用SSR分子标记解析大豆优良品种绥农14系谱亲本的遗传关系
• 1 试验方法
• 1.1 系谱遗传关系的的计算方法
• 1.2 统计分析
• 2 结果与分析
• 2.1 分析绥农14系谱亲本遗传关系的三种统计方法比较
• 2.2 C法和S法在解析系谱材料遗传关系的比较
• 2.3 利用S法解析绥农14系谱亲本的遗传关系
• 2.4 绥农14系谱中直接父母本对子代遗传物质的传递分析
• 2.5 各代亲本对绥农14的遗传贡献分析
• 3 讨论
• 3.1 三种亲本贡献率的比较
• 3.2 研究遗传关系的适宜SSR位点
• 4 结论
• 第二章 国外种质拓宽中国大豆品种遗传基础的SSR标记分析
• 1 结果与分析
• 1.1 绥农14和合丰25与其祖先亲本的相似性分析
• 1.2 绥农14和合丰25基因组SSR标记变异来源分析
• 1.3 SSR标记间的连锁不平衡分析
• 1.4 SSR连锁不平衡位点与农艺性状之间的关联分析
• 2 讨论
• 2.1 共祖先系数与基因组SSR位点来源的比较
• 2.2 国外种质亲本溯源及与国内品种间的关系
• 2.3 国外种质对拓宽中国大豆品种遗传基础的贡献方式
• 2.4 绥农14及其系谱中亲本品种的连锁不平衡
• 3 结论
• 第三章 利用in silico mapping在大豆系谱中挖掘农艺性状相关基因
• 第一节 单环境下利用绥农14系谱信息鉴定大豆性状的遗传位点
• 1 试验方法
• 1.1 表现型分析
• 1.2 一因多效QTL的in silico定位
• 2 结果与分析
• 2.1 绥农14系谱亲本表型数据分析
• 2.2 利用in silico mapping方法鉴定大豆性状的遗传位点
• 2.3 国外种质对拓宽中国大豆遗传基础的QTL贡献
• 3 讨论
• 3.1 不同定位群体的比较
• 3.2 in silico mapping在大豆系谱中的应用
• 4 结论
• 第二节 利用in silico mapping在大豆系谱中挖掘多环境下农艺性状相关基因
• 1 试验方法
• 1.1 表现型分析
• 1.2 统计方法
• 2 结果与分析
• 2.1 绥农14表型数据分析
• 2.2 利用in silico mapping进行基因定
• 2.3 基因在系谱中的传递
• 3 讨论
• 3.1 in silico mapping定位方法的拓展及局限性分析
• 3.2 用silico- mapping定位的QTL与已有报道定位结果的比较
• 第三节 利用in silico mapping在大豆系谱中挖掘超性状相关基因
• 1 试验方法
• 1.1 表现型分析
• 1.2 多性状的in Silico定位方法
• 2 结果与分析
• 2.1 绥农14系谱亲本表型数据分析
• 2.2 表型数据间的相关性分析
• 2.3 表型数据的主成分分析
• 2.4 与农艺性状相关基因的挖掘
• 2.5 功能基因的传递
• 3 讨论
• 3.1 超性状的拟合
• 3.2 功能基因的追踪
• 4 结论
• 参考文献
• 附图
• 附表
• 作者简历
• 致谢