超级杂交稻协优9308重组自交系构建及若干性状的QTL定位

摘要

本研究利用超级杂交稻协优9308的保持系协青早B和恢复系中恢9308为亲本杂交，后代以单粒传方法构建RIL群体、以协青早B/RILs构建BC1杂种群体为材料，应用163个SSR标记建立遗传连锁图谱，对12个主要农艺性状、籽粒中若干微量元素含量及它们的杂种优势进行了多年份多环境QTL定位研究，主要结果如下： 1.将281个株系组成的RIL群体，种植于海南(HN06、HN07)和浙江(ZJ06)两地，考察单株产量(GYD)、株高(PH)、抽穗期(HD)、单株穗数(NP)、穗长(PL)、一次枝梗(PRB)、二次枝梗(SPB)、着粒密度(GD)、每穗总粒数(TNSP)、每穗实粒数(NFGP)、结实率(SF)、千粒重(TGWT)等12个主要农艺性状，从695个SSR标记中筛选应用163个多态性SSR标记，构建分子遗传连锁图，应用WindowsQTLCartographer2.5的CIM方法检测QTL。结果构建成的分子遗传图谱含163个SSR标记，总图距约1578.9cM，标记间平均图距为9.69cM，覆盖水稻基因组87.5％。在HN06试验中检测到9个农艺性状的39个主效QTLs；在HN07试验中检测到12个农艺性状的54个主效QTLs：在ZJ06试验中检测到12个农艺性状的46个主效QTLs。三组试验共检测到88个QTLs，分布在全部12条染色体上。其中单株产量检测到9个QTLs，株高检测到7个QTLs，抽穗期检测到9个QTLs，单株穗数检测到7个QTLs，穗长检测到7个QTLs，一次枝梗检测到8个QTLs，二次枝梗检测到9个QTLs，着粒密度检测到6个QTLs，每穗总粒数检测到7个QTLs，每穗实粒数检测到11个QTLs，结实率检测到4个QTLs，千粒重在检测到3个QTLs。单个QTL对群体性状表型变异的贡献率为2.29％～31.17％。控制主要农艺性状的QTLs基本以加性作用为主，上位性效应和环境互作效应影响不大。同一区间控制不同性状的QTLs、不同区间控制同一个性状的QTLs在遗传作用模式、效应方向和效应大小上存在一定差异。在三组试验中都稳定检测到的有包括7个主要农艺性状的15个共同QTLs：qPH-2，qPH-3，qPH-6-2；qHD－6-2，qHD-10；qNP-3；qPL-1，qPL-6-1；qTNSP-1，qTNSP-2，qTNSP-3；qNFGP-1，qNFGP-3-2，qNFGP-6-2；qTGWT-3。这些共同QTL，尤其是第3染色体RM168-RM143区间控制每穗总粒数的qTNSP-3、控制每穗实粒数的qNFGP-3-2和控制单株穗数的qN-3，其加性效应值、贡献率较大，可以考虑下一步进行QTL精细定位和克隆。 2.以协青早B为母本、以RILs为父本配制获得BC1杂种群体，种植于海南(HN07F)和浙江(ZJ06F)两地，以中亲优势值考察计算12个主要农艺性状的杂种优势表型。利用RIL群体遗传图谱，应用WindowsQTLCartographer2.5检测QTL，结果在HN07F试验中检测到除单株穗数外11个主要农艺性状的29个主效杂种优势QTLs；在ZJ06F试验中检测到除单株产量和单株穗数外10个农艺性状的18个主效杂种优势QTLs。二组试验共检测到41个杂种优势QTLs，分布在水稻1、2、3、4、6、7、8、10等染色体上。其中单株产量检测到3个杂种优势QTLs，株高检测到6个杂种优势QTLs，抽穗期检测到4个杂种优势QTLs，穗长检测到3个杂种优势QTLs，一次枝梗检测到3个杂种优势QTLs，二次枝梗检测到2个杂种优势QTLs，着粒密度检测到4个杂种优势QTLs，每穗总粒数测到7个杂种优势QTLs，每穗实粒数检测到4个杂种优势QTLs，结实率检测到4个杂种优势QTLs，千粒重检测到1个杂种优势QTL。单个QTL对群体性状表型变异的贡献率为3.15％～18.18％。控制主要农艺性状的杂种优势QTLs以加性作用为主，上位性效应和环境互作效应影响较小。同一区间控制不同性状的杂种优势QTLs、不同区间控制同一个性状的杂种优势QTLs在遗传作用模式、效应方向和效应大小上存在一定差异。在两组试验中稳定检测到6个共同杂种优势QTLs：qPHH-8、qPLH-6、qGDH-8、qNFGPH-7、qSFH-7、qTGWTH-3。 3.以RILs和对应BC1杂种群体，种植于杭州(HZ、HZF)和富阳(FY)两地，成熟后收获种子，采用石墨炉原予吸收(GFAAS)、全谱直读电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-AES)方法测定籽粒中镉(Cd)、铜(Cu)、铁(Fe)、锰(Mn)、锌(Zn)等5个微量元素含量，单位为2mg·kg-1。应用WindowsQTLCartographer2.5软件检测QTL，结果在HZ试验中检测到4个微量元素含量的9个QTLs；在FY试验中检测到3个微量元素含量的5个QTLs；在HZF试验中检测到3个微量元素含量的4个杂种优势QTLs。共检测到16个QTLs散布在水稻第1、3、4、5、6、7、8、11染色体上。其中镉元素检测到3个QTLs、2个杂种优势QTLs，铜元素检测到2个QTLs、1个杂种优势QTLs，锰元素检测到5个QTLs、1个杂种优势QTL，锌元素检测到2个QTLs。单个QTL对群体性状表型变异的贡献率为4.23％～14.84％。控制微量元素含量的QTLs以加性作用为主，未检测到上位性效应。检测到控制镉、铜、锰元素含量的3个共同QTLs：qCDCN-7、qCUCN-4、qMNCN-3，其真实性更高，可能应用于功能性水稻分子育种。 4.QTL定位研究发现多个重要QTL聚集区间、一因多效广泛存在。如第1染色体顶部RM1－RM3746区间(17.7cM)和相邻RM3746－RM5359区间(5.3cM)，检测到7个农艺性状QTLs、1个农艺性状杂种优势QTL、1个微量元素QTL；第3染色体着丝粒附近RM6283-RM7370区间(4.3cM)和相邻RM282-RM6283区间(28.4cM)检测到4个农艺性状QTLs、1个农艺性状杂种优势QTL、1个微量元素QTL；第3染色体长臂RM168-RM143(29.8cM)区间，检测到7个农艺性状QTLs、1个农艺性状杂种优势QTL；第3染色体底部RM148-RM85区间(2.9cM)，检测到1个农艺性状QTL、2个农艺性状杂种优势QTLs；第6染色体项部RM587-RM510区间(2.4cM)，检测到2个农艺性状QTLs、3个农艺性状杂种优势QTLs；第6染色体着丝粒附近RM6302-RM3330区间(9.0cM)及相邻RM3330-RM564(8.1cM)区间，检测到4个农艺性状QTLs、7个农艺性状杂种优势QTLs、1个微量元素杂种优势QTL；第7染色体着丝粒附近RM180-RM2区间(9.1cM)和相邻RM2-RM320区间(12.1cM)，检测到9个农艺性状QTLs、8个农艺性状杂种优势QTLs、3个微量元素QTLs、1个微量元素杂种优势QTL。另外，在第2染色体顶部RM3865－RM6247区间(9.0cM)及相邻RM6247-RM71区间(14.6cM)，第4染色体底部RM241-RM6992区间(6.5cM)、第8染色体短臂RM25-RM5556区间(4.9cM)和第10染色体长臂RM271-RM6704区间(6.9cM)及临近RM3773-RM3123区间(6.7cM)，都检测到多个QTLs。 而且，在同一QTL聚集区间，控制相关性状的QTL效应方向基本相同，利用这些QTL紧密连锁的分子标记进行辅助选择，可同时针对多个性状进行有效遗传改良。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：英文缩略表

声明

第一章文献综述

1.1作物数量性状遗传特点

1.2分子标记

1.3 QTL定位的原理与方法

1.3.1遗传连锁图谱构建

1.3.2 QTL作图群体

1.3.3 QTL作图方法

1.3.4 QTL作图的主要影响因素

1.3.5 QTL精细定位和克隆

1.4水稻QTL定位研究进展

1.4.1水稻产量相关性状QTL定位研究进展

1.4.2基于QTL分析的水稻杂种优势机理研究进展

1.4.3水稻微量元素含量及其QTL定位研究进展

1.5 QTL在水稻育种上的应用

1.6我国超级杂交稻育种

1.7本研究的目的和意义

第二章超级杂交稻协优9308的RIL构建分析和主要农艺性状QIL定位

2.1材料与方法

2.1.1超级杂交稻RIL群体构建和性状考察

2.1.2 DNA提取

2.1.3分子标记的筛选和基因型鉴定

2.1.4遗传图谱构建

2.1.5 QTL定位

2.2结果与分析

2.2.1性状表型分析

2.2.2SSR遗传连锁图谱的构建

2.2.3主要农艺性状QTL定位结果

2.2.4主要农艺性状QTL上位性分析

2.2.5主要农艺性状QTL环境互作分析

2.3讨论

2.3.1多态性检测与遗传图谱构建

2.3.2主要农艺性状的QTL定位结果比较

第三章超级杂交稻主要农艺性状的杂种优势QTL分析

3.1材料与方法

3.1.1 BC1群体构建和性状考察

3.1.2 DNA提取和分子图谱构建

3.1.3 QTL分析

3.2结果与分析

3.2.1杂种优势表型分析

3.2.2杂种优势QTL定位

3.2.3主要农艺性状杂种优势QTL上位性分析

3.2.4主要农艺性状杂种优势QTL环境互作分析

3.3讨论

3.3.1性状杂种优势的表型变异

3.3.2农艺性状杂种优势QTL与杂种优势机理

3.3.3一因多效的广泛存在和它的育种学意义

第四章水稻籽粒中微量元素Cd、Cu、Fe、Mn、Zn含量的QTL定位

4.1材料与方法

4.1.1实验材料与性状考察

4.1.2 DNA提取和标记检测

4.1.3遗传连锁图谱构建

4.1.4 QTL分析方法

4.2结果与分析

4.2.1表型分析

4.2.2微量元素含量QTL定位分析

4.3讨论

4.3.1水稻籽粒中微量元素积累的相关性

4.3.2籽粒中微量元素QTL定位结果比较

第五章结论及研究展望

5.1结论

5.1.1主要农艺性状的QTL定位结果

5.1.2主要农艺性状的杂种优势QTL定位结果

5.1.3水稻籽粒中镉、铜、铁、锌、锰等微量元素的QTL定位结果

5.2展望

参考文献

致 谢

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