全球多样性甘蓝型油菜种质表型性状的评价与全基因组关联分析

摘要

甘蓝型油菜（Brassica napusL.）是全球主要的油料作物之一。为了更好地保护和有效利用甘蓝型油菜种质资源，对全球搜集到的甘蓝型油菜基础收集品的表型性状进行评估，研究其遗传变异是非常必要的。对甘蓝型油菜重要性状进行关联分析并获得相应的分子标记，发掘对油菜产量和品质育种有利的优异等位基因，在提高油菜产量、改善油菜品质方面具有重要意义。
　　本研究通过对全球488份甘蓝型油菜种质在武汉进行两年的鉴定与评价，获得了12个产量与农艺性状、10个品质性状的表型数据并分析了其遗传变异。共发掘出3份高产、3份大粒、2份多角、2份多粒、3份高油、5份高蛋白、4份高油酸、1份高亚油酸、2份高亚麻酸、2份高花生烯酸、2份高芥酸、2份低棕榈酸、2份低硬脂酸、28份双低（低硫甙与低芥酸）的优异基因资源，同时鉴定出2份小粒、3份少角、3份少粒、2份高秆、3份矮秆的特异遗传材料。相对国外品种，中国当地品种表现出更高的小区产量、单株产量、千粒重以及每角粒数，而全株角果数则表现更少;与冬性和春性品种相比，半冬性品种在小区产量、单株产量、千粒重以及每角粒数上表现最高，而全株角果数则表现更少;半冬性材料的种子含油量均值极显著地高于冬性及春性品种，中国品种的含油量均值高于欧洲品种均值。性状千粒重和芥酸含量的基因型变异分别在所有调查的12个产量与农艺性状、10个品质性状中解释表型总变异最大，分别为71.23％、98.44％。
　　利用illumina公司开发的60K芸苔属SNP芯片对472份材料进行全基因组扫描。基于全基因组范围的24256个SNP的主成分分析显示前两个主成分分别解释遗传变异的11.7和5.8％，依据前两个主成分所有472份材料分为较明显的三大类群（冬性品种、春性品种以及半冬性品种）。
　　在分析了群体结构、亲缘关系和连锁不平衡水平的基础上，基于24256个SNP的基因型数据，结合上述的表型数据，对上述22个表型性状进行了全基因组关联检测。结果如下:1）12个产量与农艺性状，在阈值-log10(p)=4.38以上，两年性状最优线性无偏预测(BLUP)值分别在其最优模式下进行SNP全基因组关联扫描，共有7个性状（分枝高度、收获指数、主花序有效角果数、一次分枝数、小区产量、全株角果数、千粒重）检测到关联SNP位点共计19个，其-log10(p)值范围为4.468-6.801，其对表型的贡献范围为4.229-8.219％，单个性状关联位点数1-5个。性状千粒重两年BLUP值检测到的2个关联SNP标记（Bn-A09-p30654305、Bn-A06-p18136235），分别位于连锁群A9和A6上，在两年(2011，2012)中被同时重复检测到。2)10个品质性状，在阈值-log10(p)=5.69以上，两年性状BLUP值分别在其最优模式下进行SNP全基因组关联扫描，共有8个性状（硫甙含量、棕榈酸含量、硬脂酸含量、油酸含量、亚油酸含量、亚麻酸含量、花生烯酸含量、芥酸含量）检测到关联SNP位点共计113个，其-log10(P)值范围为5.725-15.775，其对表型的贡献率范围为4.690-13.935％，单个性状关联位点数3-47个。在已检出的113个标记中，共有80个SNP在两年(2011，2012)中被同时重复检测到。在被重复检测到的80个标记中，硫甙含量关联的29个位点分别位于连锁群A9、C2、C4、C7上，棕榈酸含量关联的8个位点、油酸含量关联的12个位点、亚油酸含量关联的11个位点、亚麻酸含量关联的3个位点、花生烯酸含量关联的3个位点、芥酸含量关联的14个位点全部位于连锁群A8上。

目录

声明

摘要

英文缩略表

第一章 绪论

1．1 甘蓝型油菜产量与农艺性状研究进展

1．1．1 产量及其相关农艺性状

1．1．2 产量及其相关农艺性状的相互关系

1．1．3 产量与农艺性状的QTL定位

1．2 甘蓝型油菜品质性状研究进展

1．2．1 甘蓝型油菜品质性状

1．2．2 甘蓝型油菜品质改良历史与目标

1．2．3 油菜品质性状相互关系

1．2．4 油菜品质性状与QTL定位

1．3 甘蓝型油菜遗传多样性研究进展

1．4 植物关联分析及其研究进展

1．4．1 关联分析的概念及特点

1．4．2 连锁不平衡与关联分析

1．4．3 影响关联分析的因素

1．4．4 关联分析的途径与步骤

1．4．5 关联分析在作物中的应用

1．4．6 关联分析的优缺点

1．5 关联分析在甘蓝型油菜中的应用

1．6 研究目的与意义

1．6．1 研究目的与意义

1．6．2 技术路线

第二章 甘蓝型油菜产量与农艺性状的评价鉴定与遗传变异分析

2．1 前言

2．2 材料与方法

2．2．1 植物材料

2．2．2 田间试验

2．2．3 12个产量与农艺性状的评估及数据采集

2．2．4 12个产量与农艺性状的统计分析

2．2．5 12个产量与农艺性状的主成分分析

2．3 结果与分析

2．3．1 12个产量与农艺性状评估

2．3．2 优异基因资源与特异遗传材料的挖掘

2．3．3 12个产量与农艺性状基因型的变化

2．3．4 12个产量与农艺性状间的关系

2．3．5 12个产量与农艺性状的主成分分析

2．4 讨论

第三章 甘蓝型油菜品质性状的评价鉴定与遗传变异分析

3．1 前言

3．2 材料与方法

3．2．1 植物材料

3．2．2 田间试验

3．2．3 10个品质性状测定与数据采集

3．2．4 10个品质性状的统计分析

3．2．5 10个品质性状的主成分分析

3．3 结果与分析

3．3．1 10个品质性状的评价

3．3．2 品质性状表现优异的基因资源挖掘

3．3．3 10个品质性状的基因型变异

3．3．4 10个品质性状间的相互关系

3．3．5 10个品质性状的主成分分析

3．4 讨论

第四章 甘蓝型油菜农艺与产量性状全基因组关联分析

4．1 前言

4．2 材料与方法

4．2．1 植物材料

4．2．2 表型性状数据获取与最优线性无偏预测值、性状遗传力的计算

4．2．3 基因型数据获取

4．2．4 12个农艺与产量性状全基因组关联分析

4．3 结果与分析

4．3．1 12个农艺与产量性状遗传力的估计

4．3．2 SNP基因型分析

4．3．3 12个产量与农艺性状的关联作QQ-PLOT图

4．3．4 7个产量与农艺性状关联作Manhattan图

4．3．5 7个产量与农艺性状的关联SNP位点与关联位点的评估

4．4 讨论

第五章 甘蓝型油菜品质性状全基因组关联分析

5．1 前言

5．2 材料与方法

5．2．1 植物材料

5．2．2 表型性状数据获取与标准化

5．2．3 基因型数据获取

5．2．4 品质性状全基因组关联分析

5．3 结果与分析

5．3．1 10个品质性状遗传力的估计

5．3．2 10个品质性状的关联作QQ-PLOT图

5．3．3 8个品质性状的关联作Manhattan图

5．3．4 8个品质性状的关联SNP位点与关联位点的评估

5．4 讨论

第六章 全文结论

6．1 产量与农艺性状的评价鉴定与遗传变异分析

6．2 品质性状的评价鉴定与遗传变异分析

6．3 SNP基因型分析

6．4 产量与农艺性状关联分析

6．5 品质性状关联分析

参考文献

附录

致谢

作者简历