大豆产量相关性状的遗传与稳定性分析及QTL定位研究

论文摘要

高产、稳产始终是大豆育种的主要目标,但产量相关性状遗传复杂、易受环境影响,表型选择效率不高而限制了产量相关性状的遗传改良。分子标记技术的发展使得在分子水平上对大豆产量相关性状进行遗传改良成为可能,但前提是要发现与产量相关性状紧密相关的QTL位点。目前,国内外有关大豆产量相关性状的QTL定位研究趋向于进行多年多点田间试验,有关大豆产量相关性状稳定性研究主要停留在传统数量遗传学研究阶段,因此,对大豆产量相关性状进行稳定性分析,并深入研究其数量遗传学特征,十分必要。本研究以中豆29和中豆32通过杂交和连续自交形成的大豆重组自交系群体为研究材料,采用植物数量性状新模型和分子标记技术为研究手段,对大豆产量相关性状进行遗传与稳定性分析及QTL定位研究,取得的主要结果如下:通过4种环境下的田间试验,利用数量性状主基因+多基因混和遗传模型对大豆重组自交系群体的产量相关性状进行遗传分析,结果表明:主茎节数和长分枝符合多基因模型,短分枝符合2～3对主基因+多基因模型,株高、一粒荚、三粒荚、四粒荚、单株荚数、单株粒数和每荚粒数均符合2对主基因+多基因模型,二粒荚符合3对主基因+多基因模型。对各遗传模型的一阶及二阶遗传参数的估算表明:株高、主茎节数、长分枝和短分枝的遗传主要受多基因控制,一粒荚、二粒荚、三粒荚、四粒荚、单株荚数、单株粒数和每荚粒数的遗传主要受主基因控制。利用SSR、AFLP、SRAP和形态标记构建了一张大豆遗传连锁图谱,该图谱包含27个连锁群,共计227个标记,遗传距离1310.88 cM,平均标记间距为5.77 cM。根据锚定的SSR标记,该图谱中的26个连锁群可以和公共图谱上相应的连锁群对应,且SSR标记在连锁群上的排列顺序和公共图谱一致,距离相当。采用复合区间作图法,在6种环境下对14个大豆产量相关性状进行了QTL定位,共检测到154个QTL,分布于21个连锁群中。其中位于15号（F）连锁群EA2MC8-2～Satt554标记区间的qPH-15-1; 19号（I）连锁群LS～Sat268标记区间的qDP-19-1、qTP-19-1、qFP-19-1、qNSP-19-1和qSW-19-1在5～6种环境中均被重复检测到,且解释了较大的遗传变异,为稳定主效QTL。对QTL定位结果与模型分析结果的比较分析表明,控制相关性状的主效基因数基本相似,但QTL定位分析中检测到的主要基因的数目通常大于模型分析所检测到的主基因的数目。利用6种环境下估算的Shukla稳定性方差对大豆产量相关性状的稳定性进行了QTL定位分析。采用复合区间作图法,共定位到株高、长分枝等7个性状共19个QTL,分布于8、13、15等7个连锁群中。其中与株高稳定性相关的QTL共检测到2个,分布于15和20连锁群;与长分枝稳定性相关的QTL共检测到2个,分布于24号连锁群不同的标记区间;与总分枝稳定性相关的QTL共检测到3个,分布于20和26号连锁群;与三粒荚稳定性相关的QTL共检测到5个,分布于8、19和20号连锁群;与四粒荚稳定性相关的QTL共定位到2个,分布于15号和19号连锁群;与单株荚数稳定性相关的QTL共定位到1个,位于20号连锁群;与百粒重稳定性相关的QTL共定位到4个,位于13、19和26号连锁群。其中位于19号（I）连锁群的LS～Sat268标记区间聚集了与三粒荚、四粒荚和百粒重稳定性相关的3个QTL,该区间同时也检测到了与三粒荚、四粒荚和百粒重相关的主效QTL,这可能是三粒荚、四粒荚和百粒重相关主效QTL对其性状的稳定性起到了重要作用。本研究构建的大豆分子连锁图谱为后续相关性状的QTL定位奠定了基础,大豆产量相关性状主效QTL的初步定位为主效QTL精细定位和分子标记辅助育种提供了依据,大豆产量相关性状稳定性QTL的初步定位为大豆的稳产育种提供了一条新的途径和方法。所获得的QTL将对大豆高产、稳产新品种的选育具有重要的理论指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 数量性状的主基因＋多基因遗传体系分离分析
• 1.1.1 植物数量性状主基因＋多基因遗传体系的研究
• 1.1.2 植物数量性状的主基因＋多基因遗传体系的分析方法
• 1.2 数量性状的分子遗传分析
• 1.2.1 遗传标记的发展
• 1.2.2 遗传图谱的构建
• 1.2.3 数量性状QTL定位
• 1.2.4 QTL的精细定位与克隆
• 1.3 数量性状的标记辅助选择
• 1.4 作物品种稳定性分析
• 1.4.1 作物品种稳定性的类型
• 1.4.2 品种稳定性的机制
• 1.4.3 作物品种稳定性分析方法
• 1.5 大豆分子标记研究
• 1.5.1 我国大豆科研、生产的现状
• 1.5.2 大豆遗传图谱的研究进展
• 1.5.3 大豆重要农艺性状的QTL定位研究概况
• 1.6 本研究的内容、目的和意义
• 第二章 大豆产量相关性状的主基因＋多基因混和遗传分析
• 前言
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 实验设计
• 2.1.3 方差分析
• 2.1.4 遗传分析
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 方差分析
• 2.2.2 四粒荚最适遗传模型的确定
• 2.2.3 产量相关性状最适模型的确定及遗传参数的估计
• 2.3 讨论
• 2.3.1 利用RIL群体进行遗传模型分析的优势
• 2.3.2 遗传模型在环境中的差异
• 2.3.3 遗传模型分析的意义
• 第三章 大豆重组自交系群体遗传连锁图谱的构建
• 前言
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 植物材料
• 3.1.2 总DNA提取
• 3.1.3 标记分析
• 3.1.4 连锁作图和QTL分析
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 SSR、AFLP和SRAP标记在大豆重组自交系群体中的多态性
• 3.2.2 重组自交系群体的标记分析
• 3.2.3 连锁图谱的构建
• 3.3 讨论
• 3.3.1 SRAP标记在大豆遗传连锁图谱构建中的应用
• 3.3.2 不同类型分子标记在大豆重组自交系群体中的多态性
• 3.3.3 标记偏分离与遗传图谱的构建
• 第四章 大豆产量相关性状的QTL定位
• 前言
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 试验材料和试验设计
• 4.1.2 统计分析
• 4.1.3 QTL分析
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 百粒重和单株产量的方差分析
• 4.2.2 大豆产量相关性状的QTL定位
• 4.3 讨论
• 4.3.1 大豆产量相关性状主基因＋多基因模型分析与QTL定位结果比较
• 4.3.2 进行大豆产量相关性状多种环境下QTL分析的必要性
• 4.3.3 大豆产量相关性状QTL 的集中分布
• 第五章 大豆产量相关性状稳定性 QTL 定位
• 前言
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 试验材料和试验设计
• 5.1.2 产量相关性状Shukla 方差分析
• 5.1.3 QTL 分析
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 大豆产量相关性状Shukla 方差在RIL 群体中的分离
• 5.2.2 大豆产量相关性状稳定性QTL 定位
• 5.2.3 大豆产量相关性状QTL 与产量相关性状稳定性QTL 的关系
• 5.3 讨论
• 5.3.1 作物品种稳定性分析方法的选择
• 5.3.2 大豆产量相关性状稳定性QTL 定位的意义
• 全文总结
• 参考文献
• 附录
• 附录1：大豆DNA 的快速提取（SDS 法）
• 附录2：PAGE 电泳检测
• 致谢
• 作者简介