高粱大规模SSR标记的开发以及应用

论文摘要

高粱（Sorghum bicolor （L.） Moench）是世界上最重要的作物之一,其产量仅次于玉米、小麦、水稻和大麦,名列第五。高粱具有抗旱、耐涝和耐盐碱等强适应性,广泛种植于干旱与半干旱地区,与玉米、甘蔗C4类禾本科作物亲缘较近,且基因组小,被认为是禾本科作物基因组研究的又一重要模式植物,对其深入开展遗传学研究具有重要的应用价值。SSR （Simple Sequence Repeats）是建立在PCR基础上的分子标记技术,与其他标记相比,SSR具有多态性高、重复性好和操作简便等特点。SSR标记已经广泛的应用于遗传育种的各个领域。本实验利用已公布的高粱全基因组序列,通过高通量设计SSR标记,并筛选出部分标记用于遗传连锁图的构建、紫色叶鞘基因定位和高粱品种遗传多样性研究三个方面,结果如下：（1）本实验采用SSR finder软件在高粱全基因组上搜寻简单重复序列,再用Primer 3软件设计SSR引物,共开发19057个标记。从中选取1061个标记用于品种654、LTR108以及BTx623间多态检测。结果表明在三个品种间有接近56.7%的标记呈现多态。10条染色体上标记多态率各异,各条染色体多态SSR标记有成簇分布的现象。多态率与SSR长度成正相关,与SSR基序（motif）类型无关。在三个品种间,两两比较的多态率不同,其中654和LTR108间最高。（2）基于第一部分结果,选取259个SSR标记用于高粱遗传图谱的构建。以籽粒高粱品种654和甜高粱品种LTR108为亲本,构建含184个单株的F2作图群体。共将252个标记定位在11个连锁群上,总遗传距离为1514cM。每个连锁群上都出现距离不等的间隙（gap）,并有标记成簇分布和偏分离现象。（3）在上述构图群体基础上继续扩大群体数目用于高粱紫色叶鞘基因（SbPLS, sorghum bicolor purple leaf sheath）定位。亲本654叶鞘为白色,LTR108叶鞘为紫色。遗传分析表明该性状由单一孟德尔因子控制,紫色对白色显性。结合第二部分遗传连锁图,分析发现SbPLS位于sm06072与sm06075标记间。通过进一步发展标记和扩大群体,将该基因初步定位在标记SB3660和SB3675之间,分别距两个标记约0.2cM和1.7cM。（4）本研究通过表型检测结合SSR标记基因型检测进行41个高粱品种遗传多样性分析。结果表明,各个品种间表型在株高、穗长、含糖量、穗型、籽粒颜色以及叶鞘颜色存在差异。52对SSR引物在3%琼脂糖凝胶上共检测出277个等位变异,平均每个位点有5.3个等位变异,变异幅度为2-9个。通过聚类分析可将41个高粱品种分为两个类群。虽然多数籽粒高粱归在第1类群,而甜高粱主要分在第2类群,但两类高粱无法清楚划分成组,揭示了甜高粱是由多元起源而成。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 缩写说明
• 1 文献综述
• 1.1 高粱概况
• 1.1.1 高粱生物学特性
• 1.1.2 高粱生产应用
• 1.2 SSR分子标记
• 1.2.1 分子标记
• 1.2.2 SSR分子标记的原理及特点
• 1.2.3 SSR标记的开发和应用
• 1.3 高粱SSR分子标记研究概况
• 1.3.1 高粱SSR分子标记的开发
• 1.3.2 高粱SSR分子标记的应用
• 1.3.2.1 高粱基因组分子遗传图谱的构建
• 1.3.2.2 利用SSR标记高粱的QTL和基因定位
• 1.3.2.3 高粱遗传多样性的研究
• 1.4 展望
• 2 高粱SSR标记的开发与分析
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 SSR标记的开发
• 2.2.2 高粱DNA的提取
• 2.2.3 PCR扩增与检测
• 2.3 数据处理
• 2.4 结果与分析
• 2.4.1 PCR检测结果
• 2.4.2 多态性分析
• 2.4.2.1 标记开发和多态性分析
• 2.4.2.2 多态标记在染色体上的分布
• 2.4.2.3 SSR标记基序类型和多态率
• 2.4.2.4 品种间多态标记比较
• 2.4.2.5 多态率与SSR基序长度的关系
• 2.5 讨论
• 2.5.1 开发的高粱SSR标记的特点
• 2.5.2 开发的高粱SSR标记的应用前景
• 3 高粱遗传图谱构建
• 3.1 供试材料
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 构图SSR标记的选取
• 3.2.2 高粱DNA的提取、PCR扩增及检测
• 3.3 数据处理
• 3.3.1 遗传图谱构建
• 3.3.2 物理图谱构建
• 3.4 结果与分析
• 1基因型鉴定'>3.4.1 F₁基因型鉴定
• 3.4.2 PCR检测结果
• 3.4.3 遗传图谱和物理图谱比较分析
• 3.4.4 标记分布分析
• 3.4.5 偏分离现象分析
• 3.5 讨论
• 3.5.1 与已构建含SSR分子标记的高粱连锁图比较分析
• 3.5.2 连锁群标记成簇、间隙和顺序倒置现象的原因探讨
• 3.5.3 偏分离现象
• 4 高粱紫色叶鞘基因（SbPLS）初定位
• 4.1 材料和方法
• 4.1.1 基因定位材料
• 4.1.2 材料遗传分析
• 4.1.3 DNA提取和PCR扩增及其检测
• 4.1.4 SSR标记的选取
• 4.1.5 数据处理与连锁分析
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 紫色叶鞘性状的遗传分析
• 4.2.2 SbPLS基因初步定位
• 4.3 讨论
• 4.3.1 紫色叶鞘性状的应用前景
• 4.3.2 紫色叶鞘基因的研究方向
• 5 高粱遗传多样性的研究
• 5.1 实验材料
• 5.2 实验材料种植与表型分析
• 5.3 SSR标记对高粱遗传多样性分析
• 5.3.1 SSR标记的选取
• 5.3.2 DNA提取和PCR扩增及其检测
• 5.3.3 数据统计与分析
• 5.4 结果与分析
• 5.4.1 品种的表型差异分析
• 5.4.2 SSR标记对高粱遗传多样性分析
• 5.4.2.1 SSR检测
• 5.4.2.2 聚类分析
• 5.5 讨论
• 5.5.1 形态标记与分子标记
• 5.5.2 分子标记的有效利用
• 参考文献
• 附录1
• 致谢
• 已经发表的学术论文