用分子标记剖析油菜重要农艺性状的遗传基础

论文摘要

许多重要农艺性状是数量性状,遗传育种的相当大部分的工作就是改良这些数量性状。尽管油菜育种工作者选育了很多的优良品种,并且杂种优势在生产上得以利用,但是总的说来,选育新品种的效率还不高,这与数量性状的遗传基础及其杂种优势机理研究得不够透彻有关。分子标记的兴起,QTL定位理论的不断完善,以及不断创新的试验群体设计给数量性状的研究提供了有效手段。本研究利用强杂种优势的甘蓝型油菜杂交组合Quantum×No.2717-17的两个永久群体。一个为F1小孢子培养得到的258个DH系:另一个为以DH群体为基础群体,通过系间杂交得到的258个组合的“永久F2群体”（Immortalized F2,IF2）。通过三个环境下的田间试验,考察包括产量及其构成因子在内的11个性状,结合分子标记分析,对性状及其杂种优势进行QTL定位和上位性检测。主要结果如下:1.以207个SSR标记和190个SRAP标记构建了全长为1747.4cM的遗传连锁图谱,标记间的平均距离为4.4cM。采用共同的SSR标记,将本图谱与甘蓝型油菜通用图谱进行了初步对应。2.卡方测验表明,在DH群体中,129个标记（32.5%）表现显著偏分离（P＜0.01）,且大部分偏向母本。永久F2群体的的位点偏分离比DH群体更严重,除在DH群体中偏分离的标记外,新增加偏分离标记36个。3.所有定位的397个位点的等位基因在DH群体中的分布为Quantum等位基因占52.1%.No.2717-17等位基因占47.9%,近似为1:1,略微偏向Quantum。在永久F2群体中的分布为Quantum等位基因占28.1%,No.2717-17等位基因占23.5%,杂合型占52.3%,所以“永久F2群体”的基因型组成与一般F2群体组成相似。4.DH群体和“永久F2”群体变异丰富,大部分性状表现出明显的超亲分离,同时表现为正态分布。两群体的性状环境间均表现出显著差异,基因型与环境显著互作。“永久F2”群体中性状杂种优势均表现出变幅极大的分离,而且大部分性状杂种优势值表现为正态分布。5.应用复合区间作图法对DH群体和“永久F2”群体进行QTL定位。QTL数目因性状而异,从13-29个不等;产量及其构成因子共定位了88个QTL,其中至少检测到两次的QTL18个:单株产量5个,单株总角果数为3个,每穗实粒数为3个,千粒重7个。其余7个农艺性状共检测到116个QTL,其中至少检测到两次的QTL有58个。6.无论是高值亲本,还是低值亲本,都包含有对性状表现型起增效或者起减效作用的等位基因。大部分QTL都分布在“QTL簇”中,一些连锁群包含多个QTL簇。一些QTL仅在一个群体中检测到,表现出群体特异性。7.定义杂种优势效应显著的位点为杂种优势位点（HL）。产量及其构成因子共定位了44个HL,重复检测的HL共5个。其他性状共检测到67个HL,重复检测的HL仅2个。与QTL定位比较,HL的检测更易受环境影响。8.单个HL的贡献率一般较小。有20个HL也在IF2群体的QTL分析中检测到。与QTL类似,部分HL也成簇分布于连锁群,表明了HL的多效性。9.对DH群体采用混合模型的复合区间作图法,产量及其构成因子三环境下共定位到118个上位性QTL（Epistatic QTL,E-QTL）;环境间仅检测到3个相同的E-QTL。其他性状定位到的E-QTLs数量为O—21个,环境间相同的E-QTLs共6个。对比单位点QTL,环境间和性状间检测到较少的相同的E-QTL,表明E-QTL更易受环境影响。部分单位点QTL也参与了位点间互作。10.对IF2群体,采用双因素方差分析,检测了基因组所有可能的两位点上位性互作。所有性状都检测到大量的上位性互作位点对;部分上位性互作存在2种或者2种以上的互作类型。互作类型以加性×加性居多,显性×显性最少。对显著的互作位点,两位点基因型组合中,常常以双位点纯合类型表现最好,但同时表现最差的也常常是双位点纯合基因型;而双位点杂合基因型则很少表现为最优基因型,但同时也不表现为最差基因型。上位性互作涉及到的位点,包括性状的QTL与非QTL,其形式以非QTL位点间互作最多;互作影响参与互作的QTL的效应表达。上位性互作和QTL一样有一因多效,可能同时影响多个性状11.DH群体和IF2的上位性位点较少重叠,说明上位性效应同样受遗传背景的影响

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1.文献综述
• 1.1 植物数量性状遗传基础研究
• 1.1.1 数量性状的特点
• 1.1.2 数量性状的遗传规律研究
• 1.2 数量性状的分子标记定位
• 1.2.1 遗传标记
• 1.2.2 遗传作图群体
• 1.2.3 遗传连锁图谱
• 1.2.4 QTL的作图原理
• 1.2.5 QTL的克隆
• 1.2.6 QTL的分子标记辅助选择
• 1.3 甘蓝型油菜重要数量性状的分子标记和QTL定位
• 1.3.1 甘蓝型油菜遗传连锁图谱
• 1.3.2 品质性状的分子标记和QTL定位
• 1.3.3 抗病性的分子标记和QTL定位
• 1.3.4 开花期的分子标记和QTL定位
• 1.3.5 产量性状的分子标记和QTL定位
• 1.4 植物杂种优势的分子机理研究进展
• 1.4.1 杂种优势的假说
• 1.4.2 亲本遗传距离与杂种优势
• 1.4.3 QTL定位研究杂种优势
• 1.4.4 等位基因差异表达与杂种优势
• 2 本研究的目的,意义及研究内容
• 3 材料与方法
• 2"群体的构建'>3.1 "永久F₂"群体的构建
• 3.2 田间种植与性状考察
• 3.3 群体基因型分析
• 3.3.1 DNA提取
• 3.3.2 SSR分析
• 3.3.3 SRAP分析
• 3.3.4 基因型记载
• 3.4 数据统计分析
• 3.4.1 等位基因频率及基因杂合度
• 3.4.2 连锁图谱构建
• 3.4.3 群体表型分析
• 3.4.4 农艺性状QTL定位
• 3.4.5 农艺性状杂种优势位点定位
• 3.4.6 上位性检测
• 4 结果与分析
• 4.1 群体基因型分析和遗传连锁图谱
• 4.1.1 多态性引物筛选
• 4.1.2 分子标记连锁图谱构建
• 4.1.3 分子标记等位基因频率及偏分离
• 4.1.4 群体基因型组成
• 4.2 两群体的考察性状分析
• 4.2.1 两群体性状表现
• 4.2.2 环境间性状变异分析
• 4.2.3 相关分析
• 4.3 性状QTL分析
• 4.3.1 产量及其构成因子QTL分析
• 4.3.2 其他农艺性状QTL分析
• 4.4 性状杂种优势位点（HL）分析
• 4.4.1 产量及其构成因子HL分析
• 4.4.2 其他农艺性状HL分析
• 4.4.3 HL的特点
• 4.5 上位性分析
• 4.5.1 DH群体的上位性分析
• 2群体的上位性分析'>4.5.2 IF₂群体的上位性分析
• 5 讨论
• 2"群体在甘蓝型油菜QTL定位中的可行性'>5.1 "永久F₂"群体在甘蓝型油菜QTL定位中的可行性
• 5.2 本研究定位的QTL与其他研究的比较
• 5.3 杂种优势位点的定位
• 5.4 本研究QTL特点
• 5.5 同源QTL
• 5.6 甘蓝型油菜杂种优势机理
• 参考文献
• 研究生阶段发表的文章
• 致谢