小麦Tamyb10-1基因的分布及种子活力相关性状的QTL定位与关联分析

摘要

小麦是世界上主要粮食作物之一，在我国乃至世界粮食安全方面具有全关重要的作用。种子质量是农业生产的重要保障，直接影响着农业生产的成效。种子活力是衡量种子质量的指标之一，影响着播种和出苗质量。Tamyb10-1基因对小麦的种子活力有着重要的影响，研究和发掘其等位变异对于改良我国小麦的种子活力起着很重要的作用。QTL定位和关联分析是研究小麦数量性状的重要方法。本研究以收集到的黄淮麦区的种质资源和一些农家种材料以及来自于全国各地的粗山羊草为研究材料，对Tamyb10-1基因的等位变异及分布特点进行了研究。利用PC和UP两个重组自交系群体对小麦种子活力相关性状的QTL进行了定位;以163份小麦品种构成的自然群体为材料对影响小麦种子活力的性状进行了基于90K SNP芯片的全基因组关联分析。以期阐明影响小麦种子活力的分子机理，为分子辅助选择提供参考，为小麦品种改良提供优质的基因资源，为小麦品种改良提供理论依据。主要结果如下:
　　1、以收集到的中国582份小麦材料为研究对象，对Tamyb10-1基因的等位变异及其与粒色的关系进行了研究。结果表明:582份中国小麦品种中具有Tamyb10-A1a类型（中国春类型）313份，具有Tamyb10-A1b类型269份，分别占53.8％和46.2％。具有Tamyb10-B1a类型的有564份，具有Tamyb10-B1b类型的有13份，分别占96.9％和2.2％，并且在5份材料中发现了前人未报道的新类型。具有Tamyb10-D1a类型417份，Tamyb10-D1b类型165份，分别占71.6％和28.4％。在Tamyb10-1等位基因组合与粒色关系的研究中发现在582份材料中共有8种等位基因组合。其中Tamyb10-A1a/Tamyb10-B1a/Tamyb10-D1a组合类型的籽粒均为白色，其余7种等位基因组合类型的籽粒均为红粒。
　　2、对194份中国地方品种和368份小麦种质资源材料为材料进行了发芽试验，对种子活力性状进行统计分析。结果表明:对于处于休眠期的种子发芽率(GP)差别不大，但是第二天发芽率和发芽指数有着显著差异，基因型Tamyb10-A1a/Tamyb10-B1a/Tamyb10-D1a（白粒）的发芽指数(GI)和第二天发芽率最大，其次为基因型Tamyb10-A1b/Tamyb10-B1a/Tamyb10-1D1a和Tamyb10-A1a/Tamyb10-B1a/Tamyb10-D1b。两个位点为突变类型的发芽指数(GI)和第二天发芽率都是最小，并且这些基因型与野生型的差异也都达到了显著水平，表明该类型籽粒休眠程度更深，不容易发生穗发芽。对于打破休眠的种子，所有5种红色籽粒的等位基因组合的籽粒发芽率(GP)和籽粒发芽指数(GI)显著高于白色籽粒的等位基因组合类型Tamyb10-A1a/Tamyb10-B1a/Tamyb10-D1a。Tamyb-A1b/Tamyb-B1b/Tamyb-D1b基因型具有最高的第二天发芽率，而具有白色籽粒的Tamyb-A1a/Tamyb-B1a/Tamyb-D1a基因型具有显著最低的籽粒发芽率(GP)。
　　3、以收集到的来自于全国各地的110份粗山羊草资源为研究材料，对粗山羊草中的Myb10-D1基因的等位变异进行了研究。结果表明:在粗山羊草中发现了普通小麦中没有的三种新的等位变异，分别命名为Aetmyb10-D1c、Aetmyb10-D1d和Aetmyb10-D1e类型。并开发了2对能够鉴别这三种等位变异的共显性分子标记。通过共显性标记T3D-3对试验材料进行基因型鉴定，调查的110份种质中具有Aetmyb10-D1c等位基因类型有40份。，通过共显性标记T3D-4对试验材料进行基因型鉴定，结果表明，在剩余的70份粗山羊草种质中具有Aetmyb10-D1d等位基因类型的有61份，具有Aetmyb10-D1e等位基因类型的有9份。
　　4、以分别种植在郑州和安阳的PC和UP两个重组自交系群体为试验材料，对影响种子活力的性状进行了QTL定位和上位性分析。在PC群体中以LOD≥2.5为标准，在单个加性QTL分析中发现了6个QTL，这些QTL的LOD值变幅为2.6-4.7，表型贡献率变幅为10.2-14.8％，分别位于1B、1D、2D、4B、6D等5条染色体上，在QTL上位性分析中找到了2个上位性QTL位点，LOD值分别为5.7和5.5，表型贡献率分别为14.8和31.2％，表明存在着真实的对表型有重要影响的上位性QTL。在多环境QTL定位分析中4个种子活力性状共定位到10个加性QTL位点，这些位点的LOD值变幅为2.9-4.8，表型贡献率变幅为6.2-11.5％。在UP群体中单个加性QTL位点共找到了6个QTL，LOD值变幅为2.5-15.9，表型贡献率变幅为0.1-18.0％。6个QTL分布于1D、3B、5B等3条染色体上。其中位于3B染色体上的QTL的LOD值为15.9，表型贡献率达到18％，该QTL同时影响发芽率和发芽势。单个环境QTL的上位性分析中共找到了较多的上位性QTL，但这些QTL的表型贡献率均不高，表明上位性互作对研究性状的影响不大。在多环境加性QTL定位分析中共找到了12个QTL位点，这些位点的LOD值范围为2.7-16.3，表型贡献率范围为0.3-25.3％。
　　5、以163份普通小麦构成的自然群体为试验材料，采用90K SNP芯片数据对种子活力性状利用TASSEL软件进行了全基因组关联分析。结果表明:发现了与发芽率密切关联的5个SNP位点，这5个位点间分别定位于1A、2B（2个SNP）、5A和5B染色体上，这些位点的表型贡献率变幅为17.67-21.81％。这5个位点间不存在连锁不平衡，但每一个SNP位点内不同基因型的发芽率均达到极显著差异。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 文献综述

1．1 植物Myb转录因子研究

1．1．1 Myb转录因子的特征

1．1．2 Myb转录因子的进化

1．1．3 植物Myb转录因子的主要生物学功能

1．1．4 植物Myb转录因子的表达调控

1．2 小麦及近远缘种属TaMyb10研究

1．3 小麦种子活力性状相关的研究进展

1．3．1 影响小麦种子活力的因素

1．3．2 小麦种子活力相关性状QTL定位研究

1．3．3 QTL定位理论和方法研究进展

1．3．4 关联分析理论和方法研究进展

1．4 本研究的立论依据、研究内容和技术路线

第二章 普通小麦Tamyb10-1等位基因的鉴定及其分布特点

引言

2．1 材料和方法

2．1．1 试验材料与田间种植

2．1．2 普通小麦Tamyb10-1基因的鉴定方法

2．2 结果与分析

2．2．1 中国小麦品种中Tamyb10-1基因的鉴定和籽粒颜色的关系

2．2．2 Tamyb10-1基因的类型和分布特点

2．2．3 Tamyb10-1等位基因组合的特征及其与籽粒颜色的关系

2．3 结论与讨论

第三章 普通小麦Tamyb10-1等位基因组合与种子活力的关系

引言

3．1 材料和方法

3．1．1 试验材料

3．1．2 小麦发芽试验

3．1．3 统计分析方法

3．2 结果与分析

3．2．2 Tamyb10-1等位基因组合与打破休眠的种子活力的关系

3．3 结论与讨论

第四章 粗山羊草Myb10-D1基因的分子特征和分布特点

引言

4．1 材料和方法

4．1．1 试验材料

4．1．2 分析方法

4．2 结果与分析

4．2．1 粗山羊草种质中Myb10-1基因的特征和鉴定方法

4．2．1 粗山羊草种质中Myb10-1基凶的分布特点

4．3 结论与讨论

第五章 两个RIL群体种子活力相关性状的QTL定位

引言

5．1 材料和方法

5．1．1 试验材料

5．1．2 分析方法

5．2 结果与分析

5．2．1 两群体种子活力相关性状的统计描述

5．2．2 两群体的种子活力性状问的相关性

5．2．3 PC群体的QTL定位和互作分析

5．2．4 UP群体的QTL定位和互作分析

5．2．5 结论与讨论

第六章 小麦种子活力性状的SNP芯片全基因组关联分析

引言

6．1 材料和方法

6．1．1 试验材料

6．1．2 试验方法

6．1．3 数据处理方法

6．2 结果与分析

6．2．1 群体表型数据的统计描述

6．2．2 种子活力性状的方差分析

6．2．3 群体结构分析

6．2．4 群体连锁不平衡分析

6．2．5 群体亲缘关系分析

6．2．6 群体SNP位点与种子活力性状的全基因组关联分析

6．3 结论与讨论

参考文献

附录