玉米耐旱性QTL定位及重要产量相关性状的遗传基础研究

论文摘要

干旱是我国玉米生产的主要限制因素之一,加强耐旱遗传基础研究对玉米耐旱育种具有重要意义。本研究通过构建玉米花期耐旱导入系群体及对其进行耐旱相关导入片段扫描,结合F2:3群体的耐旱相关性状QTL检测,对玉米花期耐旱性相关遗传区域进行了联合分析,以期解析与耐旱密切相关的染色体区域及相关的新位点。并以该组合的F2:3群体为试验材料,进行了多环境下玉米产量相关性状的QTL分析,探讨了产量及其重要农艺相关性状间相互关系和各性状及相关QTL位点与环境互作关系。主要研究工作与结果如下:1、玉米花期耐旱相关候选遗传区域的确定以玉米花期耐旱性重要衡量指标——散粉至抽丝间隔（ASI）≤2天为筛选标准,通过对回交群体在新疆进行高强度干旱单株选择,构建了黄早四（受体亲本）×齐319（供体亲本）组合玉米花期耐旱导入系群体。继而利用SSR分子标记对构建的由63个家系组成的耐旱群体进行玉米花期耐旱性相关染色体片段的定位。结果表明:与理论值相比,耐旱群体中来自供体亲本的SSR位点导入频率有了显著提高,集中分布于1.08、2.07、3.04、4.01—4.04、5.07、6.05、7.03、9.04、10.04等染色体区域（x2检验）。最后,在基因组范围内确定了20个玉米花期耐性相关染色体区域,分布于第1染色体（1个）、2染色体（2个）、3染色体（1个）、4染色体（5个）、5染色体（3个）、6染色体（1个）、7染色体（2个）、9染色体（3个）、10染色体（2个）等9个连锁群上。对这些耐旱相关候选遗传区域内功能基因进行查询发现存在一些已报道的与玉米花期耐旱性直接相关的功能基因。研究结果还显示,经过高强度干旱筛选,高代导入系群体的花期性状耐旱性得到了较为明显的改善,显示了玉米遗传改良中以ASI为标准进行耐旱选择的可靠性。2、玉米耐旱主效QTL位点和上位性效应位点的定位与分析对来自相同亲本组合、由230个家系构成的F2:3群体利用SSR分子标记进行基因型鉴定的同时,在正常灌水与干旱处理两种条件下进行表型鉴定,QTL分析表明,大部分QTL位点不能在水旱两种处理下同时检测出,干旱条件下检测到的QTL位点数目显著减少。与上述耐旱相关候选遗传区域研究的结果相结合进行综合分析得出,基于F2:3群体的8个玉米花期耐旱相关QTL落在了5个基于耐旱导入系群体确定的耐旱相关遗传区域,这些区域包括第3染色体的bnlg1957-bnlg1399、第5染色体的bnlg2305-bnlg1118、第7染色体的umc1339-bnlg1094-bnlg1579和bnlg339-umc1408-bnlg2271、第10染色体的phi062-umc1053。其中基于F2:3群体在第10染色体phi062-umc1053内同时定位了抽雄期、散粉期、吐丝期和ASI等4个重要的玉米花期耐旱相关QTL,并可分别解释13.8%、17.3%、19.6%、10.9%的表型变异。3、多环境下玉米产量重要相关性状间的相关性分析及相关QTL定位以黄早四×齐319组合的230个F2:3家系为试验材料,在不同环境条件下进行了重要产量相关性状间的相关性分析,结果表明,穗部性状、籽粒性状对单株产量具有十分重要的作用。QTL定位结果显示第4染色体标记区间umc2405-bnlg572内的散粉期QTL、第8染色体标记区间umc1562-bnlg1651和第10染色体标记区间phi062-umc1053内的抽雄期QTL等位点在不同环境下均检测到,表明这些位点在不同环境中具有相对稳定的表达模式。另外,本研究还检测到了数目众多的上位性效应位点,显示出上位性效应对玉米遗传改良同样具有十分重要的作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 玉米生产可持续性与遗传改良
• 1.2 玉米生产与干旱
• 1.2.1 干旱对玉米生产的影响
• 1.2.2 玉米耐旱性研究进展
• 1.3 玉米产量相关性状研究概况
• 1.3.1 株型性状的研究进展
• 1.3.2 生育期性状的研究进展
• 1.3.3 产量性状的研究进展
• 1.4 数量性状研究的主要分析方法—QTL 分析
• 1.4.1 QTL 定位的原理及方法
• 1.4.2 QTL 定位群体
• 1.4.3 QTL 分析方法的发展与延伸
• 1.5 立题意义与技术路线
• 1.5.1 立题意义
• 1.5.2 技术路线
• 第二章 玉米花期耐旱导入系群体的构建及耐旱相关染色体片段的初步定位
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 材料
• 2.1.2 DNA 的提取与引物筛选
• 2.1.3 耐旱导入系群体片段导入状况的全基因组扫描
• 2.1.4 耐旱相关遗传区域的确定
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 引物筛选及亲本间多态性引物的分布特征分析
• 2.2.2 亲本组合模拟遗传图谱的构建
• 2.2.3 2005 年新疆收获耐旱单株基因型鉴定及 SSR 位点导入频率统计
• 2.2.4 部分可能受到干旱选择的 SSR 位点在三个耐旱群体内的导入频率分析
• 2.2.5 基因组范围内耐旱相关区域定位
• 2.3 讨论
• 2.3.1 花期耐旱导入系群体构建的理论依据
• 2.3.2 耐旱导入系群体构建过程中耐旱性筛选指标的确定
• 2.3.3 耐旱导入系群体的花期耐旱性田间表现
• 2.3.4 模拟连锁图谱在导入系构建中的应用
• 2.3.5 玉米耐旱相关染色体区段的初步定位与分析
• 2:3 群体的玉米耐旱性相关 QTL 定位'>第三章 基于耐旱导入系群体和 F_2:3 群体的玉米耐旱性相关 QTL 定位
• 3.1 材料和方法
• 3.1.1 材料
• 3.1.2 田间试验设计与性状调查
• 3.1.3 表型性状数据分析
• 3.1.4 SSR 遗传图谱的构建
• 3.1.5 耐旱导入系群体的耐旱相关遗传区域内 SSR 位点遗传效应分析
• 2:3 群体的 QTL 定位'>3.1.6 基于 F_2:3 群体的 QTL 定位
• 3.2 结果与分析
• 2:3、亲本及 F₁ 的表型性状分析'>3.2.1 耐旱导入系群体、F_2:3、亲本及 F₁的表型性状分析
• 2:3 群体各性状间相关性分析'>3.2.2 水旱两种处理下耐旱导入系群体、F_2:3群体各性状间相关性分析
• 3.2.3 SSR 连锁图谱的构建
• 3.2.4 耐旱导入系群体的耐旱相关遗传区域内 SSR 位点遗传效应分析
• 2:3 群体各调查性状的 QTL 分析'>3.2.5 水旱两种处理下 F_2:3 群体各调查性状的 QTL 分析
• 3.3 讨论
• 3.3.1 导入系群体耐旱性改良效果评价及基于表型的耐旱性遗传改良策略探讨
• 2:3 家系群体的 QTL 联合分析'>3.3.2 基于耐旱群体和 F_2:3 家系群体的 QTL 联合分析
• 3.3.3 QTL 与环境互作分析及对耐旱遗传改良的启示
• 3.3.4 QTL 上位性分析及对耐旱遗传改良的启示
• 第四章 多环境下玉米重要农艺性状、产量及其相关性状的遗传基础分析
• 4.1 材料和方法
• 4.1.1 材料
• 4.1.2 田间试验设计与性状调查
• 4.1.3 表型性状数据分析
• 4.1.4 多环境下各性状 QTL 定位与分析
• 4.2 结果与分析
• 2:3 群体的表型性状分析'>4.2.1 三个不同生态环境下 F_2:3群体的表型性状分析
• 2:3 群体表型性状 QTL 分析'>4.2.2 三种生态环境下 F_2:3 群体表型性状 QTL 分析
• 4.3 讨论
• 4.3.1 多环境下玉米遗传改良限制因子分析
• 4.3.2 光周期遗传本质的剖析及对玉米遗传改良的意义
• 4.3.3 产量及其相关性状主效 QTL 发掘对玉米遗传改良的重要意义
• 4.3.4 上位性效应分析对玉米遗传改良的重要意义
• 第五章 全文结论
• 5.1 玉米花期耐旱相关候选遗传区域的确定
• 5.2 玉米耐旱主效 QTL 位点和上位性效应位点的定位与分析
• 5.3 多环境下玉米产量重要相关性状间的相关性分析及相关 QTL 定位
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历