基于SSR标记的中国东北大豆育成品种遗传多样性及育种性状的关联分析

论文摘要

大豆是中国主要的粮食和经济作物,是油脂、蛋白质及保健活性物质的重要来源。东北是中国大豆的主产区,我国在1923-2005年共育成了1300个大豆品种,其中东北育成682个。本研究利用均匀分布于大豆核基因组20个连锁群的157个SSR和29个EST-SSR分子标记对140份东北地区大豆育成品种开展了如下研究：（1）分析我国东北地区大豆育成品种的遗传多样性,探讨不同地理和时期群体的遗传特异性和互补性。（2）分析东北地区大豆育成品种群体遗传结构。（3）分析东北地区大豆育成品种的连锁不平衡及其衰减,在此基础上,对育种性状QTL进行关联定位。结果如下：1、140份东北地区大豆育成品种186对引物共检测出878个等位变异,平均每个位点等位变异数是4.72个,位点平均多态性信息含量（PIC）为0.482。利用SSR标记进行东北地区大豆育成品种遗传关系无根树状聚类将东北地区大豆育成品种分成三个亚群,三个亚群分别由黑龙江大豆育成品种、吉林大豆育成品种、辽宁大豆育成品种主要组成,其中黑龙江亚群又可分为3个小亚群。分省亚群无根树状聚类分析显示,黑龙江与吉林大豆育成品种遗传关系较近,与辽宁大豆育成品种遗传关系较远。分时期亚群无根树状聚类分析显示祖先亲本与1971-1990亚群遗传关系较近；2001-2005与1991-2000之间遗传关系较近,与祖先亲本关系较远。2、东北地区大豆分省亚群、分时期亚群间的特有、特缺等位变异分析显示：黑龙江、吉林、辽宁特有等位变异数分别为97、22、27；特缺等位变异数为30、65、75；祖先亲本、1923-1970、1971-1990、1991-2000、2001-2004亚群特有等位变异数为15、10、9、21、30；特缺等位变异数为73、25、20、4、1。这一结果显示,黑龙江大豆不论是在补充等位变异上,还是特有等位变异上,都具有拓展吉林和辽宁大豆遗传多样性的潜在应用价值,这得益于黑龙江大豆所处地域辽阔、遗传丰富、亲本来源广泛等因素。分时期亚群间的结果显示出,随着时间的推移,东北地区大豆近期育成品种的遗传多样性相较旧的育成品种有所增加。但是近期育成品种间的遗传基础却日趋狭窄,导致近期育成品种群体遗传基础的单一性。3、基于STRUCTURE软件进行的Hardy-Weinberg平衡模型聚类,将140份东北大豆育成品种分为5个亚群,将矫正后的群体结构作为协变量进行关联分析。在P<0.005水平下,检测到38个位点与开花期、粒重、株高、水分、总油分、总蛋白、蛋白油分和7个农艺、品质性状相关联。一些标记同时与2个或多个性状相关联,可能是性状相关乃至一因多效的遗传基础；关联位点中累计有11个位点与遗传群体连锁分析定位的QTL—致。与株高相关联的位点Satt134,是本研究关联分析结果中表型解释率最高的位点,为0.26,且其P值小于0.000001。4、利用TASSEL软件对140份东北地区大豆育成品种连锁不平衡分析表明,20个连锁群上186个SSR位点的17205种两两位点组合中,不论共线性组合还是非共线性组合,都有一定程度的LD存在。当在统计概率（p<0.001）支持下,不平衡成对位点有1245个,占总位点数组合的7.24%,其中共线连锁不平衡位点有139个,占连锁不平衡位点组合的11.17%。1245个连锁不平衡组合位点间的D’平均值为0.38,D’>0.5的比例占总位点组合的9.48%,其中,共线性组合和非共线性组合D’平均值分别为0.44和0.37,D’>0.5的比例分别为24.46%和7.69%。基于SPSS软件的共线SSR位点D’值和遗传距离（cM）的衰减散点图显示,东北地区大豆育成品种LD衰减（D’<0.5）所延伸的最小距离很小,表明衰减的很快,且随着位点间遗传距离的增大,位点间连锁不平衡强度呈现降低趋势。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 文献综述
• 1.1 中国大豆育成品种概况
• 1.1.1 大豆的分类地位
• 1.1.2 中国大豆育种进展
• 1.2 大豆种植资源及遗传多样性的研究
• 1.2.1 大豆种植资源研究的重要性和紧迫性
• 1.2.2 遗传多样性的涵义及研究意义
• 1.2.3 大豆育成品种遗传多样性研究方法
• 1.2.4 以分子标记为基础的大豆品种遗传多样性研究
• 1.3 关联分析及其研究进展
• 1.3.1 关联分析的概念和特点
• 1.3.2 关联分析的方法
• 1.3.3 连锁不平衡——关联分析的基础
• 1.3.4 大豆关联分析的研究进展
• 1.4 本研究的目的和技术路线
• 第2章 材料与方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 田间试验设计与农艺性状调查和测量方法
• 2.3 分子标记选择
• 2.4 基因组DNA提取、PCR扩增及SSR分析
• 2.4.1 基因组DNA提取与PCR扩增
• 2.4.2 PCR扩增产物的电泳检测
• 2.5 数据分析
• 2.5.1 遗传丰富度
• 2.5.2 多态信息量
• 2.5.3 特有、特缺、互补等位变异
• 2.5.4 遗传距离
• 2.5.5 群体遗传结构
• 2.5.6 东北大豆育成品种群体LD的衡量
• 2.5.7 大豆育成品种群体关联分析
• 第三章 我国1923-2005东北大豆育成品种遗传多样性研究
• 3.1 我国1923-2005东北地区大豆育成品种分省亚群间遗传多样性
• 3.1.1 分省亚群间的遗传多样性
• 3.1.2 分省亚群间的互补等位变异
• 3.1.3 分省亚群间的特有、特缺等位变异
• 3.2 我国1923-2005东北地区大豆育成品种分时期亚群间遗传多样性
• 3.2.1 分时期亚群间的遗传多样性
• 3.2.2 分时期亚群间的互补等位变异
• 3.2.3 分时期亚群间的特有、特缺等位变异
• 3.3 我国1923-2005东北地区大豆育成品种基于遗传距离的聚类分析
• 3.3.1 品种间聚类分析
• 3.3.2 分省亚群间聚类分析
• 3.3.3 分时期亚群间聚类分析
• 3.4 分析与讨论
• 3.4.1 对分省、分时期亚群遗传多样性结果的分析与讨论
• 3.4.2 对东北地区大豆育成品种聚类结果的分析与讨论
• 3.4.3 本章讨论
• 第四章 我国1923-2005东北大豆育成品种农艺、品质性状QTL的关联分析
• 4.1 东北地区大豆育成品种群体遗传结构
• 4.1.1 K值的确定
• 4.1.2 东北地区大豆育成品种的群体结构
• 4.2 东北地区大豆育成品种SSR标记位点的连锁不平衡
• 4.2.1 东北地区大豆育成品种SSR标记位点的连锁不平衡
• 4.2.2 东北地区大豆育成品种SSR标记位点LD的衰减
• 4.3 与农艺、品质性状关联的SSR位点
• 4.3.1 与农艺性状关联的SSR位点
• 4.3.2 与品质性状关联的SSR位点
• 4.4 分析与讨论
• 4.4.1 东北地区大豆育成品种的群体结构
• 4.4.2 东北地区大豆育成品种SSR标记位点的连锁不平衡分析与讨论
• 4.4.3 关联定位结果的分析讨论
• 4.4.4 本章讨论
• 第五章 全文结论与展望
• 5.1 全文讨论
• 5.1.1 SSR位点连锁不平衡对关联分析作图的影响
• 5.1.2 群体结构分析的必要性和注意点
• 5.1.3 关联定位结构的评价
• 5.2 全文结论
• 5.3 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A:品种编号与品种名
• 附录B:标记信息
• 附录C:聚类分群信息
• 附录D:分时期及分省亚群特有等位变异位点
• 附录E:分时期及分省亚群特缺等位变异位点
• 附录F:大豆叶片DNA的提取方法
• 附录G:PCR扩增产物的电泳检测
• 附录H:试验过程中所涉及的试剂及配方
• 附录I:SSR和EST-SSR电泳图版示例
• 攻读学位期间的研究成果