黑龙江省不同育种时期大豆生育期相关基因遗传变异分析

摘要

大豆含有丰富的油份和蛋白质。在中国，大豆有着上千年的种植和食用历史。在20世纪初，中国是世界上最大的大豆生产国和出口国。然而，自上世纪末以来，国内大豆年进口总量迅速增长，2016年进口量达到8300万吨，对国内大豆产业造成严重影响。黑龙江省凭借其特有的黑土地优势，多年来一直作为我国重要的大豆生产基地之一。黑龙江省大豆生产经过了连续多年下滑。在国家政策影响下，2016年大豆生产有所好转，预计2017年全省大豆面积可达到4300多万亩。但是大豆产业依然面临严重挑战，培育遗传基础优良的高产稳产大豆新品种是一个主要的应对策略。大豆种质资源的挖掘和利用是大豆育种的工作基础。目前，我国大豆生产品种的遗传基础比较狭窄，品种遗传背景单一化程度越来越高。为了提高黑龙江省大豆产量和品质，对我省推广的主栽品种及资源遗传背景进行统计和研究，能够在选育综合性状优异的大豆新品种方面发挥重要的作用。大豆的生育期是与大豆产量联系最密切的农艺性状。优良大豆品质要充分利用生长阶段的气候条件，充分发挥产量潜力。那么，推广品种具有合适的生育期就显得尤为重要。
　　近十余年来，分子辅助育种技术的广泛应用和推广是农作物生产发展的重要推进动力，已经成为国际农产品市场竞争的核心技术，大豆是分子育种领域最为成功的农作物之一。然而利用CAPS、dCAPS和FLP分子标记技术对黑龙江省生产上生育期基因型联系方面的研究不多，而该技术能够从等位基因水平上对大豆生育期性状进行系统研究，为黑龙江省大豆品种适应性提供有力的理论和材料支持。为此，本研究对筛选出的118份不同育种时期的大豆育成品种及资源进行生育期基因型遗传多样性分析，明确不同大豆品种更替时期生育期主要基因的等位基因型变化，能够为大豆广适性新品种培育提供新的基因型，拓宽育种思路，提高育种效率。本研究利用13对CAPS/dCAPS及FLP分子标记和10个限制性内切酶对118份参试材料的E1、E2、E3、E4、Dt1五个基因位点的等位变异进行分析。同时，结合田间多年生育期调查数据进一步分析熟期和生育期基因的联系。主要结论如下:
　　(1)118份材料的E1位点共有4个不同的等位基因（E1，e1-as，e1-nl，e1-nl-as）。E2基因包括了2个等位基因(E2，e2); E3基因位点鉴定到4个等位基因（E3，E3-H，e3-tr，e3-fs）;E4鉴定到2个等位基因和一个未扩增出的位点（E4，e4-tsu，0）;Dt1只检测出一个等位基因和未扩增出的位点(Dt1，0);在整个资源群体中E3的基因多样性(h=0.5147)要高于 E1(h=0.5015)。E2和Dt1的等位基因个数较少，分别为2个(E2=0.0588，e2=0.9412;Dt1=0.9748，0=0.0252)。E4虽然有3个等位基因，但是E4基因的基因多样性最低(h=0.0332)，说明有稀有基因存在。
　　(2)遗传多样性分析结果表明，将所有参试材料作为一个整体，E3基因遗传多样性最高。按不同育成时期进行分组，各个位点的基因遗传多样性随着育成时期的不同有着明显的差异。等位基因e1-as、e2、e3-tr、E4、Dt1在四个分组内都占据着最高的基因频率。聚类分析结果表明国内品种遗传背景趋于狭窄。
　　(3)按照大豆品种更替将参试材料分为四组。四组中各基因的等位基因的频率和基因多样性差异显著。e1-as、e2、e3-tr基因型在四个组内都存在，说明上述基因型被广泛利用。 e1-as基因型在4组中频率最高，分别是0.5556，0.6875，0.5926，0.7250。E4基因仅在第一组中发现了两个有别于E4的等位基因型e4-tsu和无扩增产物。Dt1在第三、第四组中出现了未扩增出的基因型，说明各个时期生育期基因型存在消失和新增现象，有稀有等位基因存在。
　　(4) E1基因的多样性在四个分组中随着育成年代呈现先下降再上升的规律;E2多样性逐渐增加;E3在四个分组中多样性变化不明显;E4基因多样性降低。
　　(5)各组的生育期基因组合基因型频率最高的依次是第一组（E1/e2/e3-tr/E4/Dt1，比率为0.33）;篇二组为e1-as/e2/e3-tr/E4/Dt1，比例为为0.5;第三组为e1-as/e2/e3-tr/E4/Dt1，该基因型所占比率为0.49;第四组为e1-as/e2/E3-H/E4/Dt1，比例为0.275;e1-as/e2/e3-tr/E4/Dt1在四个组中都存在，而且在全部参试材料中，该基因型所占比例最高。在各个分组中，组合基因型的数量不同。第一组（70年代之前）有6种;第二组(1970-2000年)有5种;第三组(2000年至今)有11种;第四组混合种质资源有12种不同的基因型。e1-as/e2/e3-tr/E4/Dt1、E1/e2/e3-tr/E4/Dt1、e1-as/e2/E3/E4/Dt1在四个组内都有发现，说观这几种基因型在育种过程中一直被利用，和优异性状关联。
　　(6)遗传距离和聚类分析的结果显示，最近更替的两个时期大豆遗传距离较近，和20世纪70年代前的推广品种遗传距离较远。和第四组种质资源的遗传距离最远。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 研究目的与意义

1．2 大豆遗传多样性分析

1．2．1 遗传多样性的研究意义

1．2．2 遗传多样性的研究方法

1．3 大豆生育期基因研究进展

1．3．1 大豆生育期的划分

1．3．2 基于大豆生育期组的相关研究

1．3．3 大豆生育期相关QTL定位

1．3．4 大豆生育期基因功能

1．3．5 E1、E2、E3、E4、Dt1基因的克隆与研究进展

1．4 国内外不同育种时期大豆品种遗传改进研究

1．5 技术路线

2 材料与方法

2．1 实验材料

2．1．1 植物材料

2．1．2 主要试剂及仪器

2．2 实验方法

2．2．1 实验材料的种植

2．2．2 生育期调查

2．2．3 利用CTAB法提取大豆叶片DNA

2．3 对大豆材料进行生育期基因型鉴定

2．3．1 引物及限制性内切酶的选择

2．3．2 分子标记分析

2．3．3 等位基因型鉴定方法

2．4 数据处理与分析方法

2．4．1 遗传多样性分析

2．4．2 相关性分析

3 结果与分析

3．1 对不同育种时期大豆材料的基因分型结果

3．2 基于整个资源群体的不同基因的基因型分析

3．3 基于不同育种时期的不同基因的基因型分析

3．4 基于四组大豆品种基因型的遗传距离计算及聚类分析

3．5 所有参试大豆品种基因型分型结果

3．6 大豆品种生育期基因和熟期组的分析

3．7 生育期基因相关性分析

4 讨论

4．1 不同育种时期大豆性状研究

4．2 大豆生育期基因型研究方法比较

4．3 等位基因分析方法

4．4 生育期基因多样性分析

5 结论

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的学术论文