水稻连续世代遗传组成与选择导入系QTL定位研究

摘要

黎志康提出的将表型选择与AB-QTL相结合、通过分子标记探查由定向选择所导致的等位基因频率变化信息的作物分子育种新策略，已经在“全球水稻分子育种计划”中广泛实施，并筛选出大量携带有利等位基因的高代回交选择导入系。目前，该项分子育种新方法在水稻上成功的方法和技术已经辐射到大豆、玉米、小麦等主要农作物。但不同单位在目标性状筛选、选择回交导入系的基困型和表型鉴定方法等会有有较大差异，这些必将对遗传搭车效应产生影响。另外，目标性状的选反压力不尽一致，与遗传搭车效应的关系不明确。因此，有必要开展选择回交导入系QTL定位的相关理论研究。 本研究选用了生产上广为应用的水稻籼型恢复系蜀恢527、明恢86和来自菲律宾的推广品种Milagrosa为主要研究材料，培育了两个BC2F2随机大群体及其衍生的BC2F2:3群体。分别有85和96个均匀分别于12条染色体的SSR标记被用于蜀恢527/Milagrosa和明恢86/Milagrosa群体的基因型分析。对2个遗传背景下高代回交随机群体连续2个世代群体遗传组成和标记偏分离状况进行了分析。对2个遗传背景下BC2F2随机群体的籽粒性状进行了QTL定位，并对粒长性状进行不同方向、不同选择压力下的模拟极端选择，分别用单向方差分析法和基于遗传搭车理论的卡方测验法对以上群体进行QTL定位分析。主要研究结果如下： 1.BC2F2和BC2F2:3群体的遗传组成群体遗传组成分析结果表明，在蜀恢527/Milagrosa群体中，每个个体平均有65.91个位点表现轮回亲本基本型，在向BC2F2:3代传递过程中，平均有58.85个位点的轮回亲本基因型没有发生变化，4.68个位点衍变成杂合基因型，1.72个位点衍变成供体基因型：每个BC2F2个体平均有5.35个位点是供体亲本基因型，仅有2.71个位点保持不变，0.79个位点变成杂合基因型，1.79个个体衍变成轮回亲本基因型。明恢86/Milagrosa群体中，BC2F2代每个个体平均有73.02个轮回亲本基因型，在向BC2F2:3衍生的过程中，60.50个位点保持不变，7.11个位点衍变成杂合基因型，3.57个位点衍变成供体亲本基因型；每个BC2F2单株平均有5.66个供体亲本基因型，仅有1.85个位点保持不变，0.97个位点衍变成杂合基因型，2.53个位点衍变成轮回亲本基因型。 2.BC2F2和BC2F2:3群体的标记偏分离对蜀恢527/Milagrosa和明恢86/Milagrosa2个群体的BC2F2和BC2F2:3进行了(卡)方分析，在蜀恢527/Milagrosa群体中发现了5个偏分离热点区，分别位于第1染色体RM128～RM297区段、第2染色体的RM438～RM341区段、第3染色体着丝粒区域附近RM282～RM487区段、第7染色体RM125～RM248的几乎整条染色体区段第9染色体RM434～RM215区段。在明恢86/Milagrosa群体中发现了3个偏分离热点区，分别位于第1染色体RM9～RM5536区段、第3染色体着丝粒区域附近的RM282～RM319区段和第11染色体的RM536～RM21区段。其中两个群体的第1、3染色体的偏分离热点区段相互重叠。蜀恢527/Milagrosa的BC2F2和BC2F2:3群体发现的的41个偏分离位点中，27个位点相同，其中偏分离热点区段高度重叠；明恢86/Milagrosa的BC2F2和BC2F2:3群体发现的的63个偏分离位点中，25个位点相同，其中偏分离热点区段也高度重叠。 3.BC2F2随机大群体籽粒相关性状QTL定位蜀恢527/Milagrosa共检测剑了30个控制粒长、粒宽、长宽比和千粒重的QTL，其中有7个QTL具有多效性。由于粒长和长宽比的高度相关性，控制长宽比的5个QTL均能在粒长QTL中检测到。位于第3染色体着丝粒区域的QGl3.3是一个控制粒长、长宽比和千粒重的主效QTL，它可以分别解释粒长、长宽比和千粒重表型变异的29.37％、26.15％和17.15％。该QTL对于粒长、长宽比和千粒重均表现较大的加性效应(来自蜀恢527的等位基因为增效)和负向超显性。位于第8染色体的QTgw8位点是一个控制粒宽的主效QTL，同时也是控制千粒重的微效QTL，能解释粒宽表型变异的21.47％和千粒重表型变异的5.16％。该QTL对粒宽和千粒重均有较大的加性效应(来自蜀恢527的等位基因为增效)和正向部分显性。明恢86/MilagrosaBC2F2群体共定位了31个QTL，存在一定的一因多效，没有定位到相应的主效QTL。 4.(1)BC2F2随机大群体粒长性状模拟极端选择和选择导入系QTL定位精度与效率以随机大群体为基础，对粒长性状表型数据进行不同方向、不同选择压力下的模拟极端选择。正、负向选择分别获得群体大小为10株、20株、30株和50株的8类小群体，双向选择分别获得20株、40株、60株和100株的4类小群。对这些小群体的表型差异，供体等位基因偏离与随机大群体进行了比较，对目标性状利用单向方差分析和卡方测验分析法进行QTL检测。(2)两个群体单向选择群体的表型变幅均不大，但是其表型平均值比原始群体的平均值差异较大。双向选择群体表型平均值与原始群体的接近，而且变幅相同，但是其标准差较大，即入选单株的表型变异较大。(3)蜀恢527/Milagrosa群体负向选择10株、20株和30株群体中供体等位基因导入频率的最大值可以达到原始群体的2倍左右，明恢86/Milagrosa群体的正向选反10株、20株群体的供体等位基因导入频率的最大值是原始群体的1.5倍左右。等位基因频率偏离的卡方值随样本容量的增大而递减。(4)利用单向方差分析法和卡方测验法对极端选择小群体进行QTL比较定位分析的结果表明，单向方差分析对于双向选择群体QTL定位较为有效，样本容量越大，定位的精度和效率越高。而在单向选择群体中，卡方测验方法进行QTL定位较为有效，且随着样本容量的增加，QTL定位的精度和效率有所提高，但因遗传背景而异。不同选择方向的遗传搭车也因遗传背景不同而异，蜀恢527/Milagrosa群体的负向极端选择群体遗传搭车效应较大，而明恢86/Milagrosa群体则是正向遗传搭车效应较大。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1数量性状的特点及其研究现状

1.2 DNA分子标记及其在育种上的应用进展

1.2.1 DNA分子标记的种类

1.2.2分子标记辅助选择

1.3传统遗传作图群体及其定位方法

1.3.1传统遗传作图群体

1.3.2传统的QTL定位方法

1.4高代回交选择导入系

1.4.1高代回交选择导入系的提出

1.4.2高代回交选择导入系群体的构建过程

1.4.3选择群体定位方法

1.4.4选择导入系群体在QTL定位和遗传育种应用中的特色

1.5水稻籽粒性状和千粒重QTL定位情况

1.6群体的遗传组成

1.6.1基因频率和基因型频率的关系

1.6.2影响群体遗传组成的因素

1.7本研究的目的和意义

第二章高代回交群体BC2F2及其衍生的BC2F2:3群体遗传组成

2.1材料与方法

2.1.1高代回交群体的培育

2.1.2田间试验方法

2.1.3 DNA提取

2.1.4 SSR基因型分析

2.1.5数据分析方法

2.2结果与分析

2.2.1高代回交BC2F2和BC2F2:3群体的遗传组成

2.2.2 BC2F2和BC2F2:3群体遗传组成的变化

2.2.3位点偏分离分析

2.3讨论

2.3.1 BC2F2代衍生到BC2F2:3代基因型变化

2.3.2位点发生偏分离的原因

第三章BC2F2高代回交随机群体粒型相关性状QTL定位与遗传效应分析

3.1材料与方法

3.1.1材料

3.1.2田间试验与性状鉴定

3.1.3 DNA提取与SSR基因型分析

3.1.4数据分析

3.2结果与分析

3.2.1亲本及回交群体的性状表现

3.2.2目标性状间的相关分析

3.2.3单位点QTL定位分析

3.3讨论

3.3.1定位群体

3.3.2 QTL定位分析

第四章不同选择压力下水稻粒长选择回交导入系QTL定位的精度和效率

4.1材料与方法

4.1.1材料

4.1.2模拟极端选择方法

4.1.3数据分析

4.2结果分析

4.2.1极端选择群体粒长性状的表型变化

4.2.2极端选择群体供体等位基因导入频率和卡方值的变化

4.2.3极端选择群体对水稻粒长QTL定位

4.3讨论

4.3.1极端选择群体粒长表型与原始群体比较

4.3.2极端选择对供体等位基因导入频率的影响

4.3.3极端选择群体单向方差分析法、卡方测验法与随机群体粒长QTL定位结果比较

第五章全文结论

参考文献

致谢

作者简历