利用分子标记技术改良玉米粗缩病抗性

论文摘要

玉米粗缩病（Maize rough dwarf disease, MRDD）是严重危害玉米生产的一种世界性病毒病,近年来在我国华北和黄淮海地区蔓延流行,造成了很大的危害。在我国,玉米粗缩病病原为水稻黑条矮缩病毒,传毒媒介为灰飞虱。我国玉米育种工作者在多年的玉米粗缩病抗性鉴定中,筛选出一批抗粗缩病的玉米材料,如90110等,但生产上所用的骨干自交系及杂交种一般粗缩病抗性差。充分利用已有的抗性资源,通过分子标记辅助选择培育高抗粗缩病的自交系及新品种成为当前亟待解决的问题。本实验室王飞等利用SSR-BSA技术找到了与玉米粗缩病抗病位点连锁的分子标记,并在F2群体和重组自交系群体中分别对抗病位点进行了初步定位,将三个抗病位点（Mrdd1、Mrdd2和Mrdd3）分别定位到6、7、8三条染色体上。这为利用分子标记辅助选择技术进行玉米粗缩病抗性育种打下了坚实的基础。在本工作中,以抗病自交系90110为供体亲本,以感病玉米自交系掖478、昌7-2、郑58、DH4866、9801、L189、917、L62、8723、5003、502、65232等为受体及轮回亲本,通过杂交和多代回交将90110携带的抗病位点导入到这些自交系中,使其在保持原有优良性状的同时获得粗缩病抗性。在这个过程中采用分子标记辅助选择技术对回交群体进行选择,从而保证入选植株携带目标基因,并通过背景选择缩短育种进程。在前景选择的同时,对入选的回交一代、回交二代、回交三代植株、轮回亲本和90110在同样条件下进行玉米粗缩病抗性田间鉴定。结果表明：抗病亲本90110中没有发生粗缩病,掖478、昌7-2、郑58、DH4866、8723、9801等自交系均有不同程度发病；通过分子标记辅助选择得到的植株,除个别外,其抗性要显著高于其轮回亲本,表现为抗病。即抗病基因存在于中选植株中。对前景选择入选的植株进行农艺性状的考察,与轮回亲本进行比较,将相似度比较高的个体用作下一代回交群体的亲本,并继续进行分子标记辅助选择。经过三代回交、选择后,入选植株和轮回亲本十分接近,但一些多基因控制的性状如叶长、叶宽、株高、雄穗分支数等在入选植株后代和轮回亲本之间往往仍存在差异。根据实验室已构建的掖478×90110的遗传图谱,平均选取覆盖玉米10条染色体的50个SSR标记对15棵掖478BC3F1植株、17棵掖478BC2F2植株进行全基因组背景扫描,计算背景回复率。理论上通过三代回交植株平均背景回复率为93.75%,但在上述两个群体中,背景回复率的平均值均低于理论值。这可能是由于抗病位点分布在三条染色体上,需要同时对三条染色体进行前景选择,入选植株连锁累赘程度较严重,保留了较多供体染色体上的缀余片段。与回交二代植株相比较,回交三代植株的遗传背景更接近于轮回亲本,,因此,要导入分布在3条染色体上的不同基因,即便采用分子标记辅助选择,杂交植株至少要回交3代,才能获得和轮回亲本基本一致的个体。本研究的意义有：1)首次利用分子标记辅助选择技术改良我国玉米骨干自交系的粗缩病抗病抗性,且获得成功,对已有的材料只要再进行一代自交和选择,就可为玉米育种提供一批高抗粗缩病的优良玉米自交系。2)建立了玉米粗缩病分子标记辅助育种的技术体系,这对于我国玉米育种技术的提高有重要推动作用。3)为采用分子标记辅助育种技术向玉米优良基因型导入多个目标基因提供了成功实例和参考资料。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 前言
• 1.1 玉米粗缩病概述
• 1.1.1 玉米粗缩病发病症状
• 1.1.2 玉米粗缩病的研究历史及危害
• 1.1.3 玉米粗缩病病原
• 1.1.4 传毒媒介以及玉米发病规律
• 1.1.5 玉米粗缩病的分级标准
• 1.1.6 田间自然发病鉴定以及抗性遗传规律的分析
• 1.1.7 人工接种鉴定
• 1.1.8 玉米粗缩病的防治
• 1.2 玉米粗缩病抗性基因的研究
• 1.2.1 玉米遗传作图
• 1.2.2 玉米粗缩病抗病基因的定位研究
• 1.3 分子标记辅助选择育种研究进展
• 1.3.1 分子标记的历史及种类
• 1.3.2 玉米分子育种现状
• 1.3.3 分子标记辅助选择育种的优越性
• 1.3.3.1 可以快速准确的选出含目的基因的植株
• 1.3.3.2 利于隐性性状的选择
• 1.3.3.3 减少连锁累赘,利于快速恢复轮回亲本的基因组背景
• 1.3.4 分子标记辅助选择育种的应用
• 1.3.4.1 前景选择和背景选择
• 1.3.4.2 基因转移
• 1.3.4.3 基因聚合
• 1.3.5 影响玉米分子标记辅助选择育种的因素
• 1.3.5.1 分子标记的筛选
• 1.3.5.2 选择的策略
• 1.3.6 多重PCR在分子标记辅助选择育种中的应用
• 1.4 本工作的目标和意义
• 第二部分 材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 亲本材料
• 2.1.2 分离群体的构建
• 2.1.3 材料编号规则
• 2.2 植株抗病性鉴定
• 2.3 田间农艺性状考察
• 2.4 分子标记辅助选择
• 2.4.1 幼苗处理
• 2.4.2 用于前景选择的玉米DNA提取
• 2.4.3 用于背景选择的玉米叶片DNA提取
• 2.4.4 PCR反应引物
• 2.4.5 PCR反应体系与反应程序
• 2.4.6 PCR扩增产物的电泳分析
• 2.4.7 统计学方法
• 第三部分 结果与分析
• 3.1 前景选择
• 1F₁代玉米前景选择'>3.1.1 BC₁F₁代玉米前景选择
• 2F₁玉米前景选择'>3.1.2 BC₂F₁玉米前景选择
• 3F₁和BC₂F₂玉米前景选择'>3.1.3 BC₃F₁和BC₂F₂玉米前景选择
• 3.2 背景选择
• 3.3 田间玉米粗缩病抗性鉴定
• 3.4 植株表型观察与分析
• 第四部分 讨论
• 4.1 利用SSR标记进行玉米粗缩病抗性育种的可行性
• 4.2 玉米粗缩病田间鉴定的准确性
• 3F₁植株背景选择的意义'>4.3 BC₃F₁植株背景选择的意义
• 4.4 玉米粗缩病抗性分子标记辅助育种的程序
• 4.5 所选材料的应用价值
• 4.6 本论文的创新和不足之处
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录
• 学位论文评阅及答辩情况表