陆地棉遗传图谱标记加密与衣分、光合性状QTL定位--《西南大学》2012年博士论文
陆地棉遗传图谱标记加密与衣分、光合性状QTL定位
【摘要】：棉花是世界上最重要的天然纤维作物,同时也是植物油脂和蛋白质的重要来源。棉属包括约45个二倍体种和5个异源四倍体种,其中有4个栽培棉种,分别是亚洲棉、草棉、陆地棉和海岛棉。陆地棉产量占世界棉花总产量的95%以上。
高产一直是棉花育种的重要目标,棉花产量由单位面积株数、单株铃数、铃重和衣分构成。衣分与棉花皮棉产量关系密切,提高衣分是品种生产力提高的一个重要因素。衣分和棉花其他产量性状(铃数和铃重)相比,受环境影响较小,且遗传力较高。光合作用是作物获得高产的生理基础,光合作用的改善对提高作物的产量具有重要意义。叶绿素是作物叶片光合作用的主要物质基础和叶绿体的重要组成部分,也是叶片功能持续期长短的重要标志。叶绿素含量反映体内含氮水平与单位叶面积的光合单位数,可衡量植株衰老程度和光合作用能力强弱。叶绿素含量较高的品种,其叶片功能期较长,不易早衰,在生育后期能更多地利用光能合成干物质,形成更多的经济产量。
已有研究表明,棉花产量、光合特性和纤维品质等属多基因控制的数量性状,传统育种改良进展缓慢。DNA分子标记技术的出现,为作物遗传改良提供了一种快速、准确的育种方法。在对数量性状QTL进行定位的基础上,利用与数量性状QTL紧密连锁的分子标记进行辅助选择,能够有效的提高选择效率。目前,有关棉花光合性状QTL定位研究报道较少,本研究以渝棉1号和T586的重组近交系群体F2：7家系为材料,对原有遗传连锁图谱进行标记加密,并分析控制棉花衣分和光合性状的QTL及其效应,为棉花分子标记辅助育种提供理论参考。
1.亲本间标记多态性与群体基因型检测
利用本实验室设计的6955对SSR引物,对亲本渝棉1号和T586进行多态性筛选,共获得305对多态性引物,多态性比例为4.37%。用305对多态性SSR引物对陆地棉重组近交系群体(渝棉1号×T586)270个家系进行基因型检测,共获得334个位点。将334个位点和实验室前期已有的1212个位点进行卡方测验。结果显示,1546个标记位点中有501个偏离孟德尔分离比例(P0.05),偏分离比例32.4%。
2.重组近交系群体遗传连锁图谱标记加密
利用Joinmap4.0软件对1546个多态性位点(新增334个位点和实验室前期已有1212个位点)进行遗传连锁分析,构建的遗传连锁图谱包含1458个位点,标记间平均距离为3.0cM,遗传连锁图覆盖4357.1cM。该图谱包含的71个连锁群分别定位到26条染色体上,每条染色体含1-5个连锁群。A染色体亚组有38个连锁群组成,总长2150.3cM,含701个多态性位点,标记间平均距离3.1cM；D染色体亚组由33个连锁群组成,总长2206.8cM,含757个多态性位点,标记间平均距离为2.9cM。
3.亲本与F2：7家系的性状表现
年四个环境下,亲本渝棉1号的衣分分别为41.61%、42.03%、42.56%和41.27%,显著高于T586的6.51%、7.94%、6.62%和6.35%。年两个环境下,亲本渝棉]号的光合速率分别为21.98μmolCO2/m2·s和26.51μmolCO2/m2·s,高于T586的18.00μmol CO2/m2·s和13.75μmolCO2/m2·s。亲本渝棉1号的气孔导度分别为360.00mmol/m2·s和444.00mmol/m2·s,高于T586的263.00mmol/m2·s和277.00mmol/m2·s。亲本渝棉1号的胞间CO2浓度分别为160.00μmolCO2/m2·s和249.00μmolCO2/m2·s,低于T586的240.00μmolCO2/m2·s和269.00μmolCO2/m2·s。渝棉1号的蒸腾速率分别为7.46mmol/m?s和8.10mmol/m2·s,高于T586的5.35μmolCO2/m2·s和6.31mmol/m2·s,两亲本的叶绿素含量接近。
年,重组近交系群体的衣分平均为21.21%、22.96%、24.31%和21.45%,分布范围为0.94-47.23%、1.30-42.43%、0.64-47.52%和1.48-43.27%；年,重组近交系群体的光合速率平均为19.84μmolCO2/m2·s和17.82μmolCO2/m2·s,分布范围为14.00-25.μmolCO2/m2·s和10.10-26.μmolCO2/m2·s;气孔导度平均为288.00mmol/m2·s和398.26mmol/m2·s,分布范围为106.00-445.00mmol/m2·s和140.00-496.00mmol/m2·s;胞间CO2浓度平均为205.00μmolCO2/m2·s和250.41μmolCO2/m2·s,分布范围为97.00-263.00μmolCO2/m2·s和160.00-305.00μmolCO2/m2·s;蒸腾速率平均为5.38mmol/m2`s和6.47mmol/m2·s,分布范围为1.90-8.00mmol/m2·s和1.54-10.22mmol/m2·s;叶绿素含量平均为39.41mg/g和47.09mg/g,分布范围为30.51-43.67mg/g和34.23-58.52mg/g。
重组近交系群体光合性状相关性分析结果显示,光合速率与气孔导度和蒸腾速率呈极显著正相关,与胞间C02浓度呈显著负相关；气孔导度与胞间C02浓度和蒸腾速率呈极显著正相关；胞间CO2浓度与蒸腾速率呈极显著正相关,与叶绿素含量呈显著正相关。
方差分析结果显示,衣分、光合速率、蒸腾速率和叶绿素含量受基因型和环境影响均达到极显著水平；气孔导度和胞间CO2浓度受环境影响达到极显著水平,气孔导度和胞间CO2浓度受基因型影响未达到显著水平。在光合性状表型值中,环境对叶绿素含量影响最大,其次是胞间CO2浓度、气孔导度和蒸腾速率,环境对光合速率影响最小
4.衣分和光合性状QTL定位
以重组近交系群体(渝棉1号×T586)构建的遗传连锁图谱,结合4个环境(年)的衣分和2个环境(年)的光合性状表型数据,利用QTL作图软件MapQTL6.0,采用多QTL模型(multiple-QTL model)进行分析,共检测到12个衣分QTL,解释性状表型变异3.5-21.2%。共检测到48个光合性状QTL,其中8个光合速率QTL,解释性状表型变异3.5-14.8%；9个气孔导度QTL,解释性状表型变异3.6-6.1%；10个胞间C02浓度QTL,解释性状表型变异3.5-7.2%；12个蒸腾速率QTL,解释性状表型变异3.6-8.0%；9个叶绿素含量QTL,解释性状表型变异3.3-19.0%。
在检测到的12个衣分QTL中,其中9个增加衣分的等位基因来自渝棉1号,3个增加衣分的等位基因来自T586。在检测到的48个光合性状QTL中,有23个增加光合性状表型值的等位基因来自渝棉1号,有25个增加光合性状表型值的等位基因来自T586。
【关键词】：
【学位授予单位】：西南大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2012【分类号】：S562【目录】：
摘要6-9Abstract9-13英文缩略语13-15第一章 文献综述15-37 1.1 棉属的分类、起源与进化15-19
1.1.1 棉属的分类15
1.1.2 棉属的起源15-16
1.1.3 棉属的进化16-17
1.1.4 棉属染色体组的进化17-19 1.2 棉花分子标记遗传图谱的研究进展19-27
1.2.1 分子标记的类型与特点20-24
1.2.2 二倍体棉花遗传图谱的研究概况24
1.2.3 海岛棉与陆地棉种间遗传图谱构建24-26
1.2.4 陆地棉种内遗传图谱构建26-27 1.3 棉花QTL定位研究进展27-37
1.3.1 QTL定位的原理和方法28-30
1.3.2 棉花产量相关性状的QTL定位30-31
1.3.3 棉花纤维品质性状的QTL定位31-32
1.3.4 棉花其他重要性状的QTL定位32-37第二章 引言37-41 2.1 本研究的背景和意义37-38 2.2 主要研究内容38-39
2.2.1 引物设计与亲本间引物多态性筛选38-39
2.2.2 陆地棉种内遗传连锁图谱标记加密39
2.2.3 衣分和光合性状QTL定位39 2.3 技术路线39-41第三章 材料与方法41-49 3.1 植物材料41 3.2 主要仪器设备41 3.3 棉花基因组DNA的提取41-43
3.3.1 提取试剂41-42
3.3.2 基因组DNA的提取步骤42-43 3.4 陆地棉遗传图谱构建43-49
3.4.1 亲本间引物多态性筛选和群体标记基因型检测43-46
3.4.2 遗传连锁图谱构建46
3.4.3 标记位点命名46-47
3.4.4 衣分和光合性状QTL定位47-49第四章 结果与分析49-81 4.1 多态性引物筛选49-50 4.2 重组近交系群体的标记基因型检测50-51 4.3 标记偏分离检测51-52 4.4 重组近交系遗传图谱标记加密52-62 4.5 亲本及群体衣分和光合性状表现62-68
4.5.1 亲本衣分和光合性状表现62-63
4.5.2 群体衣分和光合性状表现63-68 4.6 性状间的相关性分析68 4.7 衣分和光合性状的方差分析68-70 4.8 衣分和光合性状QTL分析70-81
4.8.1 衣分QTL分析70-72
4.8.2 光合速率QTL分析72
4.8.3 气孔导度QTL分析72-73
4.8.4 胞间CO_2浓度QTL分析73-75
4.8.5 蒸腾速率QTL分析75
4.8.6 叶绿素含量QTL分析75-81第五章 讨论81-85 5.1 亲本间的标记多态性81-82
5.1.1 种间群体亲本间的标记多态性81
5.1.2 种内群体亲本间的标记多态性81-82 5.2 标记偏分离82 5.4 陆地棉种内遗传图谱构建82-83 5.5 衣分和光合性状QTL分析83-84 5.6 棉花产量和品质性状的精细定位84-85第六章 结论85-87 6.1 亲本间引物多态性及群体标记基因型检测85 6.2 标记偏分离85 6.3 遗传连锁图谱标记加密85 6.4 衣分和光合性状QTL分析85-87参考文献87-101致谢101-102发表论文和参加项目情况102-103
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京公网安备75号玉米穗粒性状QTL的初步定位及两个百粒重QTL的验证--《河南农业大学》2012年硕士论文
玉米穗粒性状QTL的初步定位及两个百粒重QTL的验证
【摘要】：玉米产量是单位面积穗数、穗粒数和粒重协调发展的结果，对玉米穗粒性状进行遗传研究对产量的遗传改良具有重要意义。本研究在分析不同大粒普通玉米自交系和小粒爆裂玉米自交系杂交组合F_1和F_2群体穗粒等性状表现特征的基础上，筛选分离范围较广泛的F_2群体，首先利用简捷的BSA法初步定位穗粒性状的QTL，进一步通过分子标记辅助选择构建回交群体对初步定位结果进行验证和QTL的精确定位。主要内容和结果如下：
1．对12个不同的大粒普通玉米自交系×小粒爆裂玉米自交系杂交组合F_1及其F_2群体的穗粒性状、植株性状和籽粒营养品质性状的表现特征分析表明，各性状两类自交系种质影响显著，不同组合均存在较大差异。其中普通玉米自交系Scc和爆裂玉米自交系N10各穗粒性状差别最大，且F_2群体各性状的表型变异系数均较大，表型变幅范围广，均适宜用于BSA法进行QTL初步分析。
2．从623个SSR标记中筛选出214个在Scc和N10自交系间具有多态性的标记，采用BSA法分别对其F_2群体的8个穗粒性状的两个极端池进行标记分析，检测到第1染色体上的4个标记phi001、umc2227、bnlg1866和umc2217与百粒重QTL（qGW1）连锁，位于第5染色体上的3个标记标记umc1502和umc1941和umc1155与百粒重QTL（qGW5）连锁，位于第2染色体上的标记umc1776与穗长QTL（qEL2）连锁；其余性状没有检测到相关QTL。
3．为了进一步验证检测到的两个百粒重QTL的真实性，通过分子标记辅助选择构建了两个分别包含1680株和1497株的回交分离群体GW1-BC2F_1和GW5-BC2F_1群体，每个目标QTL的区段各利用筛选出的10个多态性SSR分子标记构建了遗传连锁图谱。qGW1被定位于标记umc1144和umc2390之间，对表现型变异的贡献率为10.16%；qGW5被定位在标记umc1155和umc1502之间，表现型变异的贡献率为9.10%。
4．qGW1与两侧的标记umc1144和umc2390间的遗传距离分别为2.0cM和2.5cM，qGW5与两侧的标记umc1155和umc1502间的遗传距离分别为4.0cM和8.9cM，可以利用两侧标记对qGW1和qGW5进行前景选择。通过回交结合分子标记辅助选择，qGW1和qGW5在BC3F_1代入选个体背景恢复率已分别达到94.92%和95.61%，有利于目标QTL近等基因系的构建。
【关键词】：
【学位授予单位】：河南农业大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2012【分类号】：S513【目录】：
致谢4-8摘要8-91.文献综述9-21 1.1 DNA 分子标记技术9-10 1.2 作物遗传图谱的构建10-11 1.3 QTL 定位方法11-13 1.4 分子标记辅助选择及其应用13-14 1.5 QTL 精细定位14-16
1.5.1 QTL 精细定位方法14-16
1.5.2 作物 QTL 精细定位研究进展16 1.6 QTL 克隆与功能分析16-19
1.6.1 QTL 克隆方法16-17
1.6.2 QTL 功能分析的方法17-18
1.6.3 作物 QTL 克隆研究进展18-19 1.7 玉米穗粒性状 QTL 的研究概况19 1.8 引言19-212 不同遗传背景对玉米 F_1、F_2 代农艺性状的效应分析及适宜 QTL 研究的群体筛选21-37 2.1 材料和方法21-22
2.1.1 试验材料21
2.1.2 田间试验和性状考查21-22
2.1.3 数据分析22 2.2 结果与分析22-36
2.2.1 植株性状22-23
2.2.2 穗粒性状23-24
2.2.3 籽粒营养品质性状24-36 2.3 结论与讨论36-373 F2群体利用 BSA 法初步定位穗粒性状 QTL37-43 3.1 材料与方法37-39
3.1.1 实验材料37
3.1.2 DNA 的提取方法37-38
3.1.3 分子标记分析方法38-39
3.1.4 各性状极端 DNA 池的构建与 SSR 标记的筛选39 3.2 结果与分析39-43
3.2.1 构建穗粒性状两个极端池的单株性状表现39-40
3.2.2 各性状两个极端池间的标记多态性40-434 qGW1 的验证及其分子标记辅助选择43-50 4.1 材料与方法43-46
4.1.1 qGW1 供体植株的选择及回交分离群体的构建43
4.1.2 遗传背景恢复率的计算43-45
4.1.3 GW1-BC2F1群体的田间试验45
4.1.4 GW1-BC2F1 群体目标区段的分子标记分析45
4.1.5 连锁遗传图谱的构建方法45-46
4.1.6 QTL 定位方法及效应分析46 4.2 结果分析46-49
4.2.1 GW1-BC2F1群体的表现型分析46-47
4.2.2 GW1-BC2F1群体各分子标记基因型分析47
4.2.3 qGW1 目标区段的遗传图谱47-48
4.2.4 qGW1 的验证结果及目标区段上与其他性状相关的 QTL 的检测48-49 4.3 含 qGW1 目标植株的选择回交49-505 qGW5 的验证及其分子标记辅助选择50-57 5.1 材料与方法50-53
5.1.1 qGW5 供体的选择及回交分离群体的构建50
5.1.2 遗传背景恢复率的计算50-52
5.1.3 GW5-BC2F1群体的田间试验52
5.1.4 GW5-BC2F1群体目标区段的分子标记分析52
5.1.5 连锁遗传图谱的构建方法52-53
5.1.6 QTL 定位方法及效应分析53 5.2 结果分析53-56
5.2.1 GW5-BC2F1群体的表现型分析53-54
5.2.2 GW5-BC2F1群体分子标记基因型分析54
5.2.3 qGW5 目标区段的遗传图谱54
5.2.4 qGW5 的验证结果及目标区段上与其他性状相关的 QTL 的检测54-56 5.3 含 qGW5 目标植株的选择回交56-576 结论与讨论57-62 6.1 F2群体利用 BSA 法初步定位 QTL 的可靠性57-58 6.2 BC2F1分离群体定位结果与以往研究结果的比较58-59 6.3 QTL 的环境稳定性59 6.4 QTL 分子标记辅助选择效果及其影响因素59-61
6.4.1 MAS 的有效性59-60
6.4.2 背景选择标记数的确定60-61 6.5 本研究验证 QTL 的进一步研究与利用61-62参考文献62-69英文摘要69-70
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