甘蓝型油菜开花时间和光周期敏感性的遗传分析和QTL定位

论文摘要

开花是高等植物生长发育过程中一个关键性的环节，也是植物由基本的营养生长转向生殖生长的显著标志。开花的早晚或开花时间的长短会较大影响植物果实的成熟、收获时间和产量。植物的开花时间是一个遗传基础十分复杂的数量性状，它受到植物内部开花基因、激素水平、生理生化过程及外部环境因素（主要包括光周期和温度）等的综合调控。对春性甘蓝型油菜而言，光周期对开花的影响远远大于温度对开花的影响。光周期敏感性对春性甘蓝型油菜的种植地理适应性有较大的限制，例如光周期敏感性较强的油菜品种（如本试验的亲本Q2）只有作为夏季作物种植在长日照地区才能保证菜籽的正常成熟和产量。开花时间和光周期敏感性的遗传控制已经在模式植物拟南芥和水稻及芸苔属植物、大豆、玉米、高粱、向日葵、燕麦等植物中被广泛的研究，但是有关甘蓝型油菜的光周期敏感性的遗传规律及QTL定位研究尚未见报道。本研究通过小孢子培养技术构建了来自于两个分别对光周期表现稳定弱敏感和强敏感的春性甘蓝型油菜品种Hyola401与q2的DH群体，将亲本P1、P2及DH群体连续两年种植在具有长日照的和政和短日照的武汉和肇庆3地，利用数量性状的主基因+多基因联合分离分析方法对甘蓝型油菜的开花时间和光周期敏感性进行了遗传分析，同时利用QTLMapper1.6将控制开花时间的总遗传因子分解为主效QTL（quantitative trait loci）、上位性QTL和QTL与环境的互作，将控制光周期敏感性的总遗传因子分解为主效QTL和上位性QTL。主要结果如下：1、在武汉大田配制了3个F1组合：F1（Hyola401×629甲）、F1（Hyola401×Q2）、F1（Hyola401×Surpass400）和1个F2（Hyola401自交）用来研究供体材料基因型对小孢子出胚率的影响，同时还利用组合F1（Hyola401×Q2）研究了取样时间、预培养温度、预培养时间长度及秋水仙素浓度对出胚率或加倍效率的影响。结果表明：不同基因型组合间小孢子的出胚率差异极显著（p＜0.01），最佳的取样时间、预培养温度、预培养时间长度和秋水仙素浓度分别为上午7：30、32℃、48h和50mg／L。2、在和政、武汉和肇庆，开花时间的最佳遗传模型分别为G-1、E-1-1和E-1-6，即开花时间在这三地分别受3对加性-上位性主基因+多基因、2对加性-上位性主基因+多基因控制和2对累加作用主基因+多基因控制。主基因遗传率分别为91.13％、63.05％和62.02％；多基因遗传率分别为4.43％、1.58％和22.71％。光周期敏感性的最佳遗传模型为E-1-5，即光周期敏感性受2对隐性上位主基因+多基因控制。主基因和多基因遗传率分别为50％和37.5％。同时也估算了该DH群体的其他遗传参数（表19）。综上所述，甘蓝型油菜的开花时间和光周期敏感性主要由2对或2对以上主基因+多基因控制，不同光周期条件下开花时间基因之间的互作模式有所不同。3、利用从600多个DH系中随机挑选的149个DH系构成的DH群体构建了一张甘蓝型油菜的遗传连锁图谱。在亲本中共检测到263个有多态性的遗传标记，包含88个SSR标记、101个SRAP标记及74个AFLP标记。其中248个分子标记分布于19条连锁群（N1到N19），总遗传距离为1634.7cM，标记间平均遗传距离为6.6cM，标记偏分离比例达到27.6％（p＜0.01），主要集中在N4和N5连锁群上，余下的15个标记不能被分配到任何连锁群。4、利用QTL分析软件QTLMapper1.6对甘蓝型油菜的开花时间进行了QTL定位分析，共检测到3个主效QTL位点（dtf5、dtf11和dtf18），总表型贡献率为58.3％，5对包含有2个主效QTL（dtf5和dtf11）的上位互作效应，解释了15.3％的总表型变异，12对QTL与环境发生了互作，其中包含全部3个主效QTL及4对上位互作QTL，总的表型贡献率为11.8％。5、共检测到4个主效QTL位点（ps3，ps10，ps14和ps18）影响光周期敏感性，总表型贡献率为53.3％，6对包含有2个主效QTL（ps3和ps18）的上位互作效应，总的表型贡献率为27.6％。其中一个主效QTL位点（dtf18或ps18）被检测到同时控制开花时间和光周期敏感性，处于一个共显性SRAP标记em5-me9和一个显性AFLP标记EA9-MG6之间，并且均解释了开花时间和光周期敏感性的最大表型变异，分别为28.4％和24.99％。它可能用于分子标记辅助选择改良油菜品种。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 缩略语表
• 1. 文献综述
• 1.1 芸苔属植物开花时间和光周期敏感性的研究
• 1.2 植物数量性状定位
• 1.2.1 定位群体的种类
• 1.2.1.1 暂时性分离群体
• 1.2.1.2 永久性分离群体
• 1.2.1.3 次级群体
• 1.2.2 分子标记的种类
• 1.2.3 遗传连锁图谱的构建
• 1.2.4 QTL定位的原理
• 1.2.5 QTL定位的方法
• 1.2.5.1 单标记法
• 1.2.5.2 区间作图法
• 1.2.5.3 复合区间作图法
• 1.2.5.4 基于混合线性模型的复合区间作图法
• 1.2.5.5 其他QTL定位方法
• 1.2.6 作物数量性状QTL定位重要研究进展
• 1.3 分子标记在油菜遗传育种中的应用
• 1.3.1 油菜遗传连锁图谱的发展
• 1.3.2 油菜重要性状的数量遗传研究
• 1.4 QTL与环境互作
• 1.5 数量性状的育种策略
• 1.5.1 基因聚合
• 1.5.2 分子标记辅助育种
• 1.5.3 QTL的基因克隆
• 1.6 QTL研究目前存在的问题及其解决方案
• 1.6.1 不精确性和不稳定性
• 1.6.2 QTL定位与育种实践脱节
• 1.7 数量性状的主基因+多基因遗传体系分离分析
• 1.7.1 植物数量性状的主基因+多基因遗传体系的概念
• 1.7.2 植物数量性状的主基因+多基因遗传体系的统计分析
• 1.7.3 数量性状的主基因+多基因遗传体系研究进展
• 1.8 油菜小孢子培养
• 1.8.1 小孢子培养研究进展
• 1.8.2 小孢子培养在油菜遗传育种中的应用
• 1.8.2.1 在遗传研究中的应用
• 1.8.2.2 在分子标记和基因定位中的应用
• 1.8.2.3 在油菜育种中的应用
• 1.9 本研究的目的与创新之处
• 2. 利用小孢子培养技术构建DH群体
• 2.1 前言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 材料
• 2.2.2 培养方法
• 2.2.3 试验处理
• 2.2.3.1 不同取样时间对出胚率的影响
• 2.2.3.2 不同秋水仙素浓度对加倍效率的影响
• 2.2.3.3 不同预培养时间对加倍效率的影响
• 2.2.3.4 不同预培养温度对加倍效率的影响
• 2.2.4 有效胚统计与植株倍性鉴定
• 2.3 结果与分析
• 2.3.1 不同基因型材料出胚率的比较
• 2.3.2 不同取样时间的出胚率比较
• 2.3.3 不同秋水仙素浓度对加倍效率的影响
• 2.3.4 不同预处理时间加倍效率的比较
• 2.3.5 不同预培养温度加倍效率的比较
• 2.4 讨论
• 2.4.1 供体材料基因型
• 2.4.2 取样时间和温度
• 2.4.3 秋水仙素浓度
• 2.4.4 小孢子培养技术在遗传育种中的应用
• 3. 开花时间和光周期敏感性的主基因+多基因遗传分析
• 3.1 前言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 材料
• 3.2.2 方法
• 3.2.2.1 田间试验
• 3.2.2.2 开花时间调查
• 3.2.2.3 次数分布与方差分析
• 3.2.2.4 遗传分析
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 亲本与DH群体的性状描述
• 3.3.2 次数分布
• 3.3.3 方差分析
• 3.3.4 开花时间和光周期敏感指数最优遗传模型
• 3.3.5 遗传参数估计
• 3.4 讨论
• 3.4.1 开花时间和光周期敏感性的遗传规律
• 3.4.2 超亲现象
• 3.4.3 DH系开花时间变异
• 3.4.4 数量性状的分级分类
• 3.4.5 温度对开花时间的影响
• 4. 甘蓝型油菜开花时间和光周期敏感性的QTL分析
• 4.1 前言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 材料
• 4.2.2 方法
• 4.2.2.1 田间试验
• 4.2.2.2 开花时间调查
• 4.2.2.3 DNA抽提及纯化
• 4.2.2.4 标记分析
• 4.2.2.5 分子数据统计、标记命名和QTL命名
• 4.2.2.6 遗传连锁图谱构建
• 4.2.2.7 QTL定位和效应分析
• 4.3 结果与分析
• 4.3.1 分子标记连锁图谱的构建
• 4.3.1.1 分子标记的多态性
• 4.3.1.2 标记偏分离分析
• 4.3.1.3 遗传连锁图谱构建
• 4.3.2 QTL分析
• 4.3.2.1 开花时间的QTL分析
• 4.3.2.2 光周期敏感性的QTL分析
• 4.4 讨论
• 4.4.1 开花时间和光周期敏感性的QTL定位
• 4.4.2 标记偏分离与QTL定位结果的可靠性
• 4.4.3 上位互作效应和QTL与环境互作效应（QEs）
• 4.4.4 本研究结果的育种策略
• 参考文献
• 附录
• 作者简历
• 致谢