人工合成六倍体小麦遗传图谱构建及重要育种目标性状QTL定位研究

论文摘要

小麦的生育期、株高、产量、品质、光合效率、抗病和抗逆性等大多数性状都是多基因控制的数量性状。准确鉴定和定位数量性状基因位点是进行数量性状基因分子标记辅助选择和图位克隆的基础。遗传图谱是发掘连锁数量性状的特异基因位点的有效工具。具有丰富遗传多样性的小麦野生祖先种是拓宽普通小麦遗传基础的重要基因资源。当前,利用人工合成种作为桥梁亲本已经成为转移小麦野生祖先种优异基因的有效途径。本研究通过对人工合成小麦为亲本构建的重组自交系群体进行遗传图谱构建和重要农艺性状QTL定位分析,以发掘人工合成小麦中的优异QTL位点区段,获得的主要研究结果如下：1)对以人工合成小麦SHW-L1为亲本构建的171份重组自交系群体（SHW-L1×川麦32,以下简称SC）进行高密度分子标记遗传连锁图谱构建。遗传图谱构建工作得到一张包含1862个标记位点的高密度遗传图谱,图谱全长3766.9cM,平均标记密度为2cM每个位点。该图谱的建立将有利于识别和发掘人工合成小麦SHW-L1中的优异遗传位点。利用定位的分子标记对SHW-L1及其合成亲本（节节麦AS60和圆锥小麦AS2255）进行基因型鉴定发现：SHW-L1中包含129个位点的32个遗传区段发生丢失；各基因组间丢失位点比较发现：SHW-L1在六倍化过程中,D基因组遭受的冲击大于AB基因组。对这类区段深入研究将有助于对小麦驯化和基因组进化的进一步了解。2)利用已构建的高密度分子遗传图谱对SC群体进行出苗期、分蘖期、抽穗期、扬花期、成熟期和全生育期的QTL定位,以及各生长时期和全生育期的条件QTL分析,共检测到30个生长期相关QTL位点,贡献率为3.3-34.7%,其中贡献率超过10%的QTL有10个；其中,在不同环境下均表达的QTL有4个。条件QTL分析表明：SC群体中全生育期的差异主要是由抽穗期决定的。位于2D上控制抽穗期的主效位点对全生育期起着决定作用,同时该位点还控制出苗期和成熟期的主效表达；而成熟期对全生育期影响较小；出苗期、分蘖期对全生育期几乎无影响,而扬花期对其影响程度不确定。本研究检测到的各生长期性状相关QTL、以及各生长期与全生育期在QTL水平上的遗传关系为选育生育期适应特定环境的小麦品种提供了遗传基础和理论依据。3)利用已构建的高密度分子遗传图谱对SC群体进行产量相关性状的QTL定位分析,共检测到30个产量相关性状QTL位点,贡献率为3.87-31.85%。其中贡献率超过10%的位点11个,在多个环境中显著性表达的位点21个。检测到的QTL位点中,15个位点正向加性效应来自人工合成小麦SHW-L1,其中1A、2D（wPt-730529-wPt-8134区段）、4D （wPt-732586-wPt-730409区段）和6A（wPt-2216-rPt-6189区段）上产量相关QTL位点的表达受到环境干扰较少,这些位点可用于小麦产量育种的遗传改良研究工作中。4)利用ITMI群体（W7984xOpata85）和SC群体两套RIL群体对穗颈节间长、穗长和株高进行QTL定位分析,同时还进行了株高和穗颈节间长与穗长的条件QTL定位分析。ITMI群体中共检测到40个控制株高及相关性状的QTL,贡献率为2.5-33.3%,贡献率超过10%的位点15个,在检测环境中都表达的位点7个。SC群体中40个控制株高及其相关性状的QTL位点,贡献率为3.4-44.8%。贡献率超过10%的位点11个,在两个以上环境都表达的QTL有6个。条件QTL分析表明：大多数控制穗颈节间长和穗长的QTL位点对株高影响不显著。穗长对株高的影响弱于穗颈节间长。本研究发现的穗长和穗颈节间长与株高的遗传关系可以结合以上QTL位点用于指导小麦品种的形态学改良。5)利用ITMI群体和SC群体两套RIL群体对小麦苗期的植株总干重、茎干重和根干重的进行耐湿性QTL定位研究,同时还进行了总干重耐湿指数与其组成性状的条件QTL分析。ITMI群体中共检测到18个耐湿性QTL位点,其贡献率为4.2-18%,贡献率超过10%的位点13个。各检测位点中,9个位点正向加性效应来源于人工合成小麦W7984。SC群体中共检测到7个耐湿性QTL位点,其贡献率为5.9-13.2%,贡献率超过10%的位点4个。各检测位点中,2个位点正向加性效应来源于人工合成小麦SHW-L1。这类QTL位点都是普通小麦中未曾报道的新位点,可以用于改良普通小麦的耐湿性。条件分析表明在ITMI群体和SC群体中茎干重耐湿指数较根干重耐湿指数更容易影响总干重耐湿指数。同时在多个位点上存在茎与根的互作以抑制总干重耐湿指数的表达,打破此类抑制关系对小麦耐湿育种具有重要意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 综述
• 1.1 小麦驯化
• 1.2 节节麦Ae.tauschii
• 1.3 人工合成小麦的利用
• 1.4 分子标记及小麦遗传图谱构建
• 1.4.1 简单序列重复多态性分子标记（SSR）
• 1.4.2 扩增片段长度多态性标记（AFLP）
• 1.4.3 多样性微阵列标记（DArT）
• 1.4.4 表达序列标记（ESTs）
• 1.4.5 不同分子标记技术的利弊
• 1.5 QTL定位
• 1.6 QTL定位需要考虑的因素
• 1.7 小麦QTL定位研究进展
• 1.7.1 小麦抽穗期QTL定位研究
• 1.7.2 小麦产量及相关性状QTL定位研究
• 1.7.3 小麦抗病性QTL定位研究
• 1.7.4 小麦品质性状QTL定位研究
• 1.7.5 小麦抗逆性QTL定位研究
• 1.8 立题依据
• 第二章 人工合成小麦群体遗传图谱构建及小麦异源六倍化过程中的基因组变化研究
• 2.1 前言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 实验材料与田间试验
• 2.2.2 重组自交系群体、群体亲木、及SHW-L1亲本基因型测定
• 2.2.3 连锁图谱构建
• 2.3 结果与分析
• 2.3.1 亲本多态性及连锁图谱构建
• 2.3.2 偏分离分析
• 2.3.3 亲本SHW-L1在异源六倍化过程中的遗传位点丢失状况
• 2.4 讨论
• 2.4.1 遗传图谱长度
• 2.4.2 SC群体中的偏分离现象
• 2.4.3 图谱上标记定位结果
• 2.4.4 小麦在异源六倍化过程中的遗传片段丢失
• 第三章 生育期QTL分析
• 3.1 前言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 材料
• 3.2.2 表型鉴定
• 3.2.3 统计分析
• 3.2.4 QTL定位
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 表型变异及相关性检验结果
• 3.3.2 非条件QTL定位结果
• 3.3.3 条件QTL定位结果
• 3.3.4 条件QTL与非条件QTL的共同位点和多效性区段
• 3.4 讨论
• 3.4.1 全生育期与其组成性状的遗传关系
• 3.4.2 SC群体与其他生育期相关QTL定位研究的比较
• 第四章 产量相关性状QTL定位
• 4.1 前言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 材料
• 4.2.2 表型鉴定
• 4.2.3 统计分析
• 4.2.4 QTL分析
• 4.3 结果
• 4.3.1 表型鉴定
• 4.3.2 QTL定位结果
• 4.3.3 产量相关性状的公共位点和多效性区段
• 4.4 讨论
• 第五章 穗颈节间长度和穗长对株高的影响
• 5.1 前言
• 5.2 材料与方法
• 5.2.1 材料及实验设计
• 5.2.2 统计分析
• 5.2.3 QTL定位
• 5.3 结果与分析
• 5.3.1 表型分析
• 5.3.2 ITMI群体非条件QTL定位结果
• 5.3.3 ITMI群体条件QTL定位结果
• 5.3.4 SC群体非条件QTL定位结果
• 5.3.5 SC群体非条件QTL定位结果
• 5.4 讨论
• 5.4.1 ITMI群体与SC群体中QTL定位结果比较
• 5.4.2 穗颈节间长和穗长与株高的遗传关系
• 5.4.3 人工合成小麦在小麦株型改良中的应用
• 第六章 苗期耐湿性的条件QTL定位分析
• 6.1 前言
• 6.2 材料与方法
• 6.2.1 实验材料
• 6.2.2 实验设计
• 6.3 结果与分析
• 6.3.1 表型鉴定
• 6.3.2 ITMI群体QTL分析
• 6.3.3 SC群体QTL分析
• 6.4 讨论
• 6.4.1 SC群体与ITMI群体的耐湿性QTL比较
• 6.4.2 耐湿指数间的遗传相关
• 6.4.3 人工合成小麦在小麦耐湿改良中的应用
• 参考文献
• 致谢
• 在读期间发表和待发表论文