人工合成甘蓝型油菜特长角性状的遗传及分子生物学研究

论文摘要

人工合成甘蓝型油菜是创建甘蓝型油菜新种质,获得更多重要农艺经济性状的遗传资源,利用人工合成种作为桥梁将一些近缘物种的有利性状导入甘蓝型油菜,可拓宽油菜的遗传基础并对其农艺及经济性状进行改良。四川农业大学油菜研究中心通过人工合成甘蓝型油菜创造出了一群遗传变异丰富新材料,并从中选育出了一些优良的特异材料,如特长角、高千粒重、多分枝以及大角大粒等优良农艺性状的材料。本研究对人工合成甘蓝型油菜获得的特长角油菜材料H218的角果长度进行了遗传分析,探讨油菜角果长度的遗传变异规律,进一步丰富油菜的理论基础,改良现有油菜的角果长度服务于生产,并从分子生物学方面,采用基因组原位杂交、DNA甲基化等技术分析了特长角形成的可能因素。其主要研究结果如下：1、在特长角“H218”的F2群体中,全果长、果身长、果喙长均呈连续正态分布,显示为多基因控制的数量性状,全果长最少受5对基因控制,果身长最少受6对基因控制,果喙长最少受2对基因控制。特长角H218的全果长、果身长的广义遗传力较高而狭义遗传力相对较低,且狭义遗传力均大于广义和狭义遗传力之差,表明基因的加性效应远比非加性效应对表型变异的贡献更大。果喙长的广义遗传力、狭义遗传力均较低,表明他们能够遗传的部分所占比例较低。对F2群体进行相关分析表明,全果长与果身长、果喙长、每果粒数之间,果身长与果喙长、每果粒数之间均呈极显著正相关,表明选择长角果性状可间接增加角果的有效长度和每果粒数。2、对H218特长角系进行三重测交分析,全果长、果身长和果喙长三性状的I、I1、I2的χ2值均达到显著,表明三性状存在显著的上位性效应。全果长、果身长和果喙长三性状的和式、差式、和差式三种方差家系间均达极显著水平,并且三性状的i型互作、j和l型互作也达极显著水平,说明这三性状是由这三种基因效应共同作用的结果,其遗传均符合加性-显性-上位性模型,三性状的i型互作的显‘著性均大于j型和l型互作的显著性,表明长角果性状通过不断的自交是可以固定的,但也不能忽视j型和l型互作的变异。3、采用世代均数法对特长角H218进行遗传模型检验和基因效应分析的结果,全果长、果身长、果喙长三性状不符合简单的加性-显性遗传模型,符合加性-显性-上位性模型,这与三重测交的结果一致。全果长、果身长和果喙长三性状均为[d]+[j]>[h]+[l],表明角果长度性状在F1代难以出现超亲杂种优势。全果长、果身长的[d]>[i]+[j]+[l],基因加性效应远比上位性效应对表型变异的贡献更大,但上位性效应不可忽视,果喙长的[d]+[h]>[i]+[j]+[l],基因的加性、显性效应远比上位性效应对表型变异的贡献更大,表明角果长度性状通过不断的自交进行轮回选择,可以积累较多的有利基因。4、用主基因+多基因模型分析特长角系H218的遗传特性表明,全果长、果身长均以C模型为最适遗传模型,即受加性-显性-上位性多基因系统控制,未检测到主基因效应,表明全果长、果身长可通过轮回选择集中增效基因或通过聚合回交转移这些多基因。B1、F2的多基因遗传率相对较高,B2的多基因遗传率低,遗传参数因遗传背景不同而异。果喙长的遗传模型、遗传参数因遗传背景不同而异。5、对特长角H218进行基因效应对总遗传变异的贡献分析表明,全果长、果身长、果喙长三性状的加性效应平方和大于显性效应平方和,角果长度性状的加性遗传变异占世代间总变异的80%以上,加性效应是世代间遗传变异的主导因素,显性效应、上位性效应对总遗传变异的贡献率也起一定的作用。表明角果长度性状通过轮回选择是可在一个自交系中积累较多的有利基因,但也不能忽视显性效应与上位性效应的作用。6、用540对SSR引物对特长角H218和普通长度角果中油821的基因组DNA进行筛选,结果有115对引物可以在两亲本间扩增出差异带谱,用有差异的115对引物在F2的长、短角果基因池之间筛选出3对有差异的引物,即A05、J35、N05,表明这3对SSR引物与角果长度性状存在连锁。经软件分析,A05、J35、N05三标记间无连锁关系,采用单标记分析法进行了t检验,A05、N05两标记可能与控制角果长的QTL存在连锁关系,而J35与控制角果长的QTL不存在连锁关系。6、对特长角系及其后代的DNA甲基化进行（MSAP法）分析结果表明,长角果的总甲基化率低于普通长度角果品系的总甲基化率,长角果的全甲基化率低于普通长度角果品系的全甲基化率,长角果的半甲基化率低于普通长度角果品系的半甲基化率,即长角果的甲基化水平低于普通角果。特长角果的去甲基化和次甲基化程度高于普通角果,普通角果的全、半甲基化和过或超甲基化程度高于长角果。相对较低的甲基化水平以及去甲基化程度的提高有可能是特长角果形成的原因之一。7、采用GISH分析方法对特长角变异系及其后代的染色体差异进行分析结果表明,以白菜型油菜基因组作探针,用不同来源的甘蓝型油菜作封阻DNA,特长角H218都表现出了其与白菜型油菜的同源性高于普通角果与白菜型油菜的同源性,即H218的特长角性状可能与所用白菜型油菜提供的新特异基因有关；用白花芥蓝基因组作探针,用不同来源的甘蓝型油菜DNA作封阻,特长角H218都表现出了其与白花芥蓝的同源性高于普通角果与白花芥蓝的同源性,这表明H218的特长角表现可能又与白花芥蓝的特异基因导入有关。综合分析认为,人工合成系H218的特长角表现,还可能与白花芥蓝特异基因与白菜型油菜特异基因的互作有关。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1 人工合成甘蓝型油菜研究概述
• 2 油菜角果的重要性及长角果性状的研究
• 3 植物数量性状的研究方法
• 4 分子标记在油菜遗传研究和育种中的应用
• 5 DNA甲基化研究概述
• 6 植物染色体原位杂交概述及应用
• 第二章 人工合成甘蓝型油菜特长角性状的数量遗传特点
• 1 材料和方法
• 1.1 材料
• 1.2 方法
• 1.3 统计分析
• 2 结果与分析
• 2.1 角果长度的构成性状
• 2.2 不同世代角果长度的差异分析
• 2群体角果长度的频率分布'>2.3 F₂群体角果长度的频率分布
• 2.4 遗传力估计
• 2.5 基因数目估计
• 2群体角果长度与每果粒数的相关性分析'>2.6 F₂群体角果长度与每果粒数的相关性分析
• 3 讨论
• 第三章 人工合成甘蓝型油菜特长角性状的三重测交分析
• 1 材料和方法
• 1.1 材料
• 1.2 遗传设计
• 1.3 统计分析
• 2 结果与分析
• 2.1 角果性状的方差分析
• 2.2 角果性状的上位性检验
• 2.3 角果性状的加性、显性、上位性模型检验
• 3 讨论
• 3.1 三重测交法对遗传参数的影响
• 3.2 性状的遗传与选择
• 第四章 人工合成甘蓝型油菜特长角性状的遗传模型及基因效应分析
• 1 材料和方法
• 1.1 材料
• 1.2 遗传设计
• 1.3 统计分析
• 2 结果与分析
• 2.1 世代均数法遗传模型检验及基因效应分析
• 2.2 主基因+多基因模型分析与参数估计
• 2.3 各基因效应对总遗传变异的贡献
• 3 讨论
• 第五章 人工合成甘蓝型油菜特长角性状的分子标记
• 1 材料和方法
• 1.1 材料
• 1.2 方法
• 2 结果与分析
• 2.1 油菜基因组DNA纯度的检测
• 2.2 SSR引物筛选
• 2.3 SSR标记与角果长度间的连锁分析
• 2群体偏离孟德尔比例检测'>2.4 F₂群体偏离孟德尔比例检测
• 2.5 SSR标记间的连锁分析
• 2.6 SSR标记与QTL的连锁关系分析
• 3 讨论
• 第六章 人工合成甘蓝型油菜特长角系的DNA甲基化分析
• 1 材料与方法
• 1.1 材料
• 1.2 方法
• 2 结果与分析
• 2.1 油菜基因组DNA的酶切、连接与预扩增
• 2.2 油菜基因组DNA的选择性扩增
• 2.3 油菜基因组DNA的甲基化水平
• 2.4 油菜基因组DNA甲基化类型
• 3 讨论
• 3.1 长角果系DNA甲基化水平的变化
• 3.2 长角果系的甲基化类型
• 2代中的应用'>3.3 MSAP分析法在F₂代中的应用
• 第七章 人工合成甘蓝型油菜特长角系的基因组原位杂交分析
• 1 材料与方法
• 1.1 材料
• 1.2 方法
• 2 结果与分析
• 2.1 利用白菜型油菜基因组作探针的分析
• 2.2 利用白花芥蓝基因组作探针的分析
• 3 讨论
• 3.1 基因组原位杂交的关键及局限
• 3.2 基因组原位杂交在鉴定异源染色体中的应用
• 总体结论
• 参考文献
• 附图
• 致谢