甜高粱遗传图谱的构建及能源相关性状的QTL定位

论文摘要

高粱[Sorghum bicolor （L.） Moench]是世界范围内广泛栽培的重要作物,具有C4光合系统,光合效率高,杂种优势强,具有耐旱、耐涝、耐瘠薄、耐盐碱等多重抗逆性。甜高梁是普通粒用高粱的一个变种,植株高大,茎秆富汁多糖。茎秆糖组分主要为蔗糖、葡萄糖和果糖等简单糖类,可以很容易地发酵为乙醇。由于这些特点,甜高粱被认定为很有潜力的专用能源作物。本研究利用甜高粱与粒用高粱杂交的F2群体及F2:3家系,构建了SSR分子标记连锁图谱,对株高、茎粗、茎叶鲜重、茎秆鲜重、茎秆液汁重、茎秆含糖量等能源相关性状进行了QTL定位分析,并对株高、糖度进行了主基因多基因模型分析,以期为甜高粱分子标记辅助选择育种和主效QTL的精细定位提供依据。获得以下主要研究结果:1、利用粒用高粱品种石红137/甜高粱品种L-甜F2群体构建了高粱的SSR标记连锁图谱,共包含118个标记位点,其中116个为高粱SSR标记,2个是甘蔗SSR标记,覆盖高粱基因组的1884.6cM,标记间平均距离为15.97cM,共15个连锁群。2、在构建分子标记连锁图谱的基础上,利用复合区间作图法,对高粱的株高、茎粗、茎叶鲜重、茎秆鲜重、茎秆液汁重、液汁糖度等6个能源相关性状进行了QTL定位分析。获得了7个稳定表达、贡献率较高的主效QTL。其中,四个环境中共检测到3个控制株高的QTL,分别位于SBI-01、SBI-07和SBI-09,表型贡献率为11.32%-45.29%。位于SBI-07和SBI-09上的两个主效QTL可在四个环境下同时检测到,均是L-甜的等位基因起增效作用,效应值分别为21.56% - 45.29%和11.32%-22.89%。在三个环境中共检测到6个控制茎粗的QTL,分别位于SBI-01、SBI-07、SBI-08和SBI-09上,表型贡献率为6.47%-33.55%。位于SBI-07上SbAGF06和Xcup19标记区间的QTL可在三个环境中同时检测到,对表型的贡献率为12.86%-33.55%,是控制高粱茎粗的主效QTL。在三个环境中共检测到7个控制茎叶鲜重的QTL,分别位于SBI-01、SBI-04、SBI-07、SBI-08和SBI-09上,对表型的贡献率为5.49%-25.36%。SBI-09上的QTL效应值高（16.17%-25.36%）,表达稳定,3个环境中都能表达,为主效QTL。在两个环境中共检测到5个控制茎秆鲜重的QTL,分别位于第1、7和9染色体上,对表型的贡献率为8.65%-21.52%。其中位于SBI-07和SBI-09染色体上的2个QTL都可在两个环境中同时被检测到。而位于SBI-09上Sb5-206和SbAGE03区间的QTL对表型的贡献率较大,分别为18.61%和21.52%,为主效QTL。在两个环境中共检测到6个控制汁液重的QTL,分别位于SBI-01、SBI-04、SBI-07和SBI-09上,表型的贡献率7.19%-23.26%。其中位于SBI-07和SBI-09的QTL可在两个环境中同时被检测到,其他的QTL均是在一个环境中被检测到。位于SBI-09上Sb5-206和SbAGE03区间的QTL,对表型的贡献率较大分别为16.86%和23.26%,为控制汁液重的一个主效QTL。在两个环境中检测到4个控制糖锤度的QTL,分别位于SBI-01、SBI-02、SBI-03和SBI-07,对表型的贡献率为11.03%-17.65%。位于SBI-03的QTL是2个环境中稳定表达的主效QTL,贡献率为11.03%和17.65%。3、在SBI-07和SBI-09上检测到两个控制多个性状的QTL簇,其中SBI-07的QTL簇包含控制上述6个性状的QTL,除了茎粗外,其他5个性状的遗传正效应均是来自于父本L-甜。SBI-09的QTL簇含有控制株高、茎粗、茎叶鲜重、茎秆鲜重、汁液重的QTL,遗传正效应均是来自于父本L-甜,主要表现为部分显性效应。除了控制茎粗的QTL外,其余4个QTL均是主效QTL。发现控制株高的QTL同时影响茎叶鲜重和糖度等其他能源相关性状,进一步证实了控制株高QTL位点的一因多效性。4、通过对株高和糖度两个性状进行联合世代分析,发现主基因-多基因模型分析和QTL定位分析对基因效应的解析相似。二者不同的是,QTL定位分析能将QTL位点定位于具体的染色体和标记区间,而主基因-多基因模型分析只能明确主效基因的数目和基因效应。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 前言
• 1.1 甜高粱的起源与分类
• 1.2 甜高粱的遗传育种研究
• 1.2.1 甜高粱遗传研究
• 1.2.2 甜高粱育种研究
• 1.3 分子遗传连锁图谱的构建
• 1.3.1 构建遗传连锁图谱的遗传标记
• 1.3.1.1 基于sorthern 杂交的分子标记
• 1.3.1.2 基于 PCR 的分子标记
• 1.3.1.3 单核苷酸多态性（SNP）
• 1.3.2 遗传图谱的作图群体
• 1.3.3 高粱遗传图谱的构建
• 1.3.3.1 初期的高粱遗传图谱
• 1.3.3.2 高密度遗传图谱的构建
• 1.3.3.3 SSR 标记在图谱构建中的应用
• 1.3.3.4 不同遗传图谱连锁群间的对应关系
• 1.3.3.5 整合图谱的绘制
• 1.4 数量性状 QTL 定位
• 1.4.1 QTL 定位的原理与方法
• 1.4.1.1 单个标记 QTL 作图法
• 1.4.1.2 区间作图法（interval mapping，IM）
• 1.4.1.3 复合区间定位法（composite interval mapping，IM）
• 1.4.1.4 完备区间作图法（CICM）
• 1.4.1.5 基于混合线性模型的复合区间作图法（MICM）
• 1.4.2 QTL 作图的分析软件
• 1.4.3 QTL 定位及分子标记辅助育种
• 1.4.4 高粱的 QTL 定位
• 1.5 本研究的目的与意义
• 2 材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 作图群体的构建和表型测定
• 2.2.2 SSR 标记分析
• 2.2.2.1 SSR 引物
• 2.2.2.2 DNA 提取
• 2.2.2.3 PCR 反应
• 2.2.2.4 PCR 扩增产物检测
• 2.2.3 分子标记连锁图谱的构建
• 2.2.4 农艺性状的 QTL 定位
• 2.2.5 株高、糖度的主基因多基因遗传效应分析
• 2.2.5.1 株高、糖度的性状调查
• 2.2.5.2 性状的遗传分析
• 3 结果与分析
• 3.1 甜高粱不同茎节含糖量的变化
• 3.1.1 甜高粱各茎节锤度
• 3.1.2 不同茎节锤度与茎秆锤度、榨汁率相关性分析
• 3.1.3 茎节锤度和茎秆锤度的通径分析
• 3.1.4 茎节锤度和榨汁率的通径分析
• 3.2 高粱SSR 标记技术的优化
• 3.2.1 PCR 体系大小对扩增结果的影响
• 3.2.2 不同浓度的非变性聚丙烯酰胺凝胶对电泳结果的影响
• 3.2.3 不同银染方法对扩增结果的影响
• 3.2.4 优化体系的稳定性检测
• 3.3 高粱分子连锁图谱的构建
• 3.4 高粱6 个能源相关性状的表型变异及统计分析
• 3.5 甜高粱能源相关性状的 QTL 定位
• 3.5.1 株高的 QTL 分析
• 3.5.2 茎粗的 QTL 分析
• 3.5.3 茎叶鲜重的 QTL 分析
• 3.5.4 茎秆鲜重的 QTL 分析
• 3.5.5 茎秆液汁重的 QTL 分析
• 3.5.6 糖度的 QTL 分析
• 3.6 高粱穗长和千粒重的 QTL 定位
• 3.6.1 千粒重和穗长在不同环境中的表型变异及统计分析
• 3.6.2 千粒重的 QTL 定位
• 3.6.3 穗长的 QTL 定位
• 3.7 株高、糖度的联合世代分析
• 3.7.1 株高
• 3.7.2 糖度
• 4 讨论
• 4.1 高粱 SSR 技术的优化
• 4.2 SSR 标记在高粱中的应用
• 4.3 图谱构建中的偏分离问题
• 4.4 甜高粱能源经济性状的基因簇
• 4.5 株高主效 QTL 位点的多效性
• 4.6 糖度的主效 QTL
• 4.7 千粒重 QTL 与能源相关性状表达热点区的关联
• 4.8 基因遗传效应与 QTL 定位结果的比较
• 5 结论
• 6 参考文献
• 7 致谢
• 8 攻读学位期间发表论文情况
• 博士学位论文内容简介及自评