东北春大豆抗蚜关键酶活性测定、遗传分析及QTL定位

摘要

大豆蚜(Aphis glycines Matsumura)隶属于同翅目，是大豆产区的主要害虫之一，苗期危害严重时可使大豆整株死亡。严重年份轻则减产20％～30％，重则减产达到50％以上。除降低种子产量，大豆蚜危害还会降低种子质量及传播某些植物病毒。大豆蚜分布广泛，在中国大豆产区基本都有分布，尤其东北地区发生较为严重。近年来已经由亚洲扩散到欧洲、美洲等地，成为一种全球性的农业害虫。长期来采用化学方法来防治大豆蚜，但随着大量杀虫剂的使用既污染环境又使其抗药性逐渐增加，而防治效果却逐渐降低，防治费用不断增加。因此，选育和利用抗蚜品种将是今后控制大豆蚜发生的一种经济有效的途径。
　　 长期以来中国大豆抗蚜育种工作主要在抗蚜资源筛选上，但稳定的、可利用的优良高抗大豆蚜种质资源仍然极少，常规育种田间直接选择抗蚜材料难度大，难以满足大豆抗蚜育种的需要。
　　 本研究利用3种已知不同抗蚜性大豆材料（高抗蚜材料野生豆85-32、抗蚜品种国育98-4和感蚜品种东农49）为试验材料，研究3种大豆材料中茉莉酸途径(JA)和水杨酸途径(SA)的4种关键酶(脂氧合酶(LOX)、丙二烯氧化物合成酶(AOS)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)和β-1，3葡聚糖酶）活性，明确茉莉酸途径(JA)和水杨酸途径(SA)关键酶与大豆抗蚜性的关系，为大豆抗蚜性鉴定进一步提供依据，为深入了解大豆抗蚜理化防御机制提供理论支持;以高抗蚜品种野生85-32、抗蚜品种国育98-4和感蚜品种东农49分别组配多世代群体，应用盖钧镒先生提供的多世代联合的数量性状分析方法，进行抗性遗传分析，明确现有抗源的遗传规律，为培育抗大豆蚜品种提供遗传基础;以东农49和野生85-32杂交F2群体为试验材料，采用SSR分子标记技术，对大豆蚜抗性基因进行QTL(quantitative traitloci)定位，为大豆抗蚜分子育种提供理论依据，对今后抗大豆蚜基因图位的克隆、选育高抗大豆蚜新品种具有重要理论价值和科学意义。具体研究结果如下:
　　 1.不同品种接蚜处理与未接蚜对4种酶活性的影响及接蚜后酶活性变化的种内比较:无论是高抗蚜品种野生豆85-32、抗蚜品种国育98-4还是感蚜品种东农49，其对照（未接蚜虫）在各个时间4种酶活性变化均不大，而接种蚜虫的处理4种酶活性与对照相比均有明显的提高。LOX、AOS和PAL活性达到峰值后又迅速下降，而β-1，3葡聚糖酶在72h内其活性始终缓慢增加。接蚜后不同品种酶活性变化显著性比较，发现3个大豆品种接蚜前后种内酶活性在各个时间基本上都表现出在0.05水平上差异显著，在0.01水平上差异极显著。
　　 2.接蚜后不同抗蚜品种4种酶活性变化的品种间比较:接蚜后3种不同抗蚜大豆品种的4种酶活性均升高，且无论在种间还是种内活性差异都很大，接蚜后LOX、AOS和PAL活性均出现峰值，而后均有下降，但下降幅度不同;高抗品种85-32和抗蚜品种国育98-4的β-1，3葡聚糖酶活性变化趋势与其余3种酶不同，在接蚜后12 h内β-1，3葡聚糖酶活性增加缓慢，12h后迅速增加，之后活性缓慢上升，抗蚜品种国育98-4的β-1，3葡聚糖酶活性虽在48h时有所下降，但在72 h时又迅速增加，感蚜品种东农49在接蚜后72 h内虽有所增加，但变化幅度不大。不同品种间在0h、12h、24 h、48 h和72 h，4种酶活性总体上都表现出在0.05水平上差异显著，在0.01水平上差异极显著，抗蚜品种在接种蚜虫前的4种酶活性就明显高于感蚜品种。
　　 3.利用筛选出的高抗蚜品种野生85-32、抗蚜品种国育98-4和感蚜品种东农49，组配了东农49×野生85-32(DY)、东农49×国育98-4(DG)2个杂交组合，构建了P1、F1、P2、F2和F2:3，采用主基因+多基因混合遗传模型多世代联合分析方法，对每个杂交组合的各世代的单株大豆蚜数量进行调查，用来分析两个组合的遗传群体抗大豆蚜的遗传模式。结果表明，不同组合抗大豆蚜的遗传均符合一对主基因十多基因的混合遗传模式，即同时受主基因和多基因影响，且组合DG和DY的主基因的遗传率分别为58.03％、31.80％和68.88％、38.43％，多基因的遗传率相对较低，应着重利用主基因改良大豆品种对大豆蚜的抗性，同时还应该考虑多基因的积累。
　　 4.本研究采用800对SSR引物，共有190对SSR引物表现出了良好的多态性，具有较高的检测效率。利用Mapmaker3.0软件进行遗传图谱的构建，其中186对SSR引物被分配到2004年Song定义的20条连锁群(linkage group，LG)上。这些标记覆盖整个染色体组的8681.46cM。在LG C1、LG D1b、LG D2、LG E、LG G和LG K六个连锁群上标记分布较多，每个连锁群上都具有13个以上的SSR标记。
　　 5.对大豆蚜抗性进行QTL分析，发现属于连锁群F的2个与大豆蚜抗性相关的QTL位点为qRAP_F_4（Satt144-sct_033）和qRAP_F_5（Sct_033-satt335），贡献率分别为26.29％和13.15％;另外有2个QTL位点，位于B1连锁群，即qRAP_B1_1（Sat_123-satt415）和qRAP_B1_2（Satt332-sat_095）;1个QTL位于D2连锁群，即qRAP_ D2_3(Sat_086-satt135)，贡献率分别为7.64％，7.00％和11.26％。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 大豆蚜的简介

1．1．1 大豆蚜的全生活史及生活习性

1．1．2 大豆蚜全球分布情况

1．1．3 大豆蚜对大豆的危害

1．1．4 大豆抗虫育种研究概况

1．2 虫害诱导的植物防御反应

1．2．1 茉莉酸介导的信号传导途径

1．2．2 水杨酸介导的信号传导途径

1．3 植物的数量性状遗传体系

1．3．1 植物的数量性状遗传体系在国内外研究进展

1．3．2 数量性状主基因—多基因遗传分析的基本体系

1．3．3 植物数量性状遗传规律的研究

1．4 大豆基因定位研究进展

1．4．1 大豆遗传图谱的构建

1．4．2 大豆农艺性状的QTL定位

1．4．3 大豆抗虫性的QTL定位

1．5 本研究的目的和意义

1．6 主要研究内容和技术路线

1．6．1 主要研究内容

1．6．2 技术路线

2 材料和方法

2．1 试验材料

2．1．1 供试材料和虫源

2．1．2 PCR引物的合成

2．1．3 遗传图谱构建和QTL定位群体

2．2 试验方法

2．2．1 大豆抗蚜鉴定

2．2．2 荣莉酸和水杨酸4种关键酶活性测定

2．2．3 大豆蚜抗性遗传规律的分析

2．2．4 大豆抗蚜基因定位

3 结果与分析

3．1 大豆品种抗蚜鉴定

3．1．1 不同大豆品种植株蚜虫量对比及多重比较

3．1．2 大豆抗蚜分级结果

3．2 水杨酸和茉莉酸途径4种关键酶与大豆抗蚜性分析

3．2．1 与对照相比不同抗蚜性品种接蚜后酶活性变化情况

3．2．2 不同抗蚜性品种接蚜后酶活性差异显著性分析

3．2．3 接蚜后不同抗蚜性品种酶活性变化的种间比较

3．2．4 不同品种在不同时间酶活性显著性分析

3．3 大豆抗蚜虫性遗传规律的分析

3．3．1 P1、F1、P2、F2和F2∶3五世代蚜虫数量的表现

3．3．2 主基因—多基因混合遗传分析

3．3．3 模型适合性检验

3．3．4 最适模型的遗传参数估计

3．4 大豆抗蚜的QTL定位

3．4．1 F2∶3群体的单株蚜虫数量分布及QTL适合性分析

3．4．2 DNA浓度的检测

3．4．3 SSR引物的筛选

3．4．4 遗传图谱的构建

3．4．5 大豆抗蚜的QTL分析

4 讨论

4．1 酶活性测定时间的选择

4．2 四种酶活性与大豆抗蚜的关系

4．3 大豆抗蚜性的遗传

4．4 大豆遗传图谱的构建和与大豆抗蚜相关的QTL定位

4．4．1 大豆遗传图谱的构建

4．4．2 抗大豆蚜的QTL定位

4．4．3 与大豆上其它重要害虫抗虫QTL定位的比较

4．5 大豆抗蚜QTL定位的验证

4．6 大豆抗蚜性的分离分析与标记分析

4．7 常规抗虫育种与分子标记技术的结合

5 结论

致谢

参考文献

攻读博士学位期间发表的学术论文