甘蓝型油菜外源渗入系构建的DH群体角果相关性状的QTL检测

摘要

甘蓝型油菜（Brassica napus L.，AACC，2n=38）是世界第二大油料作物。全球快速增长的人口迫切需求提高作物产量以满足食物的缺口，产量是包括油菜在内的大多数作物遗传改良的最重要目标。单株角果数、每角果粒数和千粒重是决定油菜产量的三要素。而角果长与每角果粒数和千粒重密切相关，共同影响籽粒产量。我国的观赏植物诸葛菜（Orychophragmus violaceus L.，2n=24，OO）具有角果长和每角果粒数多的特性，为甘蓝型油菜遗传改良的优异种质资源。本研究将每角果粒数多的甘蓝型油菜-诸葛菜渗入系与每角果粒数极少的普通甘蓝型油菜杂交，通过小孢子培养构建双单倍体(DH)作图群体。通过高通量基因型分析技术，并结合多年多点角果相关性状的考察，对每角果粒数、干粒重和角果长进行遗传分析及QTL定位、候选基因的预测。本研究主要结果如下:
　　1.DH群体和角果相关性状的表型
　　一年多点表型调查表明两个亲本（多粒的渗入系No.1167和少粒的HZ396）的每角果粒数、千粒重和角果长在各环境下均表现极显著差异。DH群体的这三个性状在各环境下均表现为连续且接近正态分布，显示这三个性状均表现数量性状遗传模式;并且它们有较高的变异系数，变幅为14％-37％，表明群体间有广泛的变异;表型方差分析表明三个性状在群体内株系间有显著性差异(p＜0.001)。以上结果表明，群体内双亲的基因发生了大量的重组，产生了大量的遗传变异，适合QTL定位分析。
　　2.连锁图谱的构建
　　用包含52，157个SNP位点的甘蓝型油菜60K芯片对DH群体和两个亲本进行基因型鉴定。经过一系列数据过滤，得到12，602个高质量的多态性SNP位点，亲本间多态性比率达到24％。利用获得的1，153个重组bin（群体内个体间未检测到遗传重组的区段），构建了一个总长2，209.1cM、平均bin间距1.9cM的高密度遗传连锁图。分别有6，617和5，985个标记比对到A和C基因组上，并且A基因组上的重组bin数量显著高于C基因组(720vs.433，p=0.03)，表明A基因组比C基因组有更高的遗传多样性。19个连锁群的长度变幅在70.2cM(C06)到220.6cM(A09)之间，平均116.3cM。
　　3.每角果粒数、千粒重和角果长的QTL检测
　　对武汉、鄂州、昆明和成都四个环境下每角果粒数、千粒重和角果长的表型值以及三个性状的BLUP值进行全基因组QTL扫描，共检测到52个QTL位点，删除7个无重叠区间的suggestive QTL后，共得到45个控制三个角果相关性状的identified QTL，它们分布在10条染色体上。经过第一轮元分析，45个identified QTL整合成19consensus QTL，控制每角果粒数、千粒重和角果长的位点分别有8、4和7个，其中5个（cqSS.A09b、cqSS.C09、cqSWA05、cqSW.C09和cqSL.C09）为主效QTL，其余的14个是微效QTL。
　　4.控制每角果粒数、千粒重和角果长QTL的比较
　　至今甘蓝型油菜中已经定位了几百个产量及角果相关的QTL。为了便于检索和进一步利用前人研究中甘蓝型油菜每角果粒数、千粒重和角果长QTL定位结果以及检验本研究中是否有新发现的QTL位点，共搜集到了788个已发表的相关QTL位点。其中，与每角果粒数、千粒重和角果长有关的分别有221、489和78个，最后成功比对到参考基因组上的有177个。本研究中的19个consensus QTL与之比较，发现10个为我们新检测到的位点，其中控制每角果粒数、千粒重和角果长的QTL分别有5、2和3个。
　　5.角果相关性状候选基因预测
　　在拟南芥网站与己发表的文献中收集了拟南芥角果性状相关的基因。通过同源比对，共筛选到36个甘蓝型油菜基因，与29个拟南芥相关基因同源，落在9个consensus QTL置信区间内。根据候选基因的功能，可以分为以下几组类型:酶、蛋白质结构、植物激素应答因子和转录因子。

目录

声明

摘要

缩略词表

1 综述

1．1 甘蓝型油菜远缘杂交育种

1．1．1 芸薹属及芸薹属重要物种

1．1．2 芸薹属近缘种遗传资源及其在育种中的应用

1．1．3 远缘杂交在育种中的应用

1．1．4 中国油菜育种历程及目标

1．2 甘蓝型油菜每角果粒数、角果长、千粒重的研究

1．2．1 甘蓝型油菜每角果粒数、角果长、千粒重的遗传分析

1．2．2 甘蓝型油菜角果性状QTL定位研究

1．2．3 控制角果性状的基因

1．3 植物数量性状定位进展

1．3．1 分子标记的发展

1．3．2 重要农艺性状的QTL／基因定位

1．3．3 主效与微效QTL

1．3．4 多效性QTL

1．3．5 定位群体

1．4 本研究的目的与意义

2 材料与方法

2．1 实验材料

2．2 田间实验与性状考察

2．3 统计分析

2．4 群体基因型分析及连锁图谱构建

2．4．1 基因组DNA提取

2．4．2 基因分型及连锁图谱构建

2．5 QTL检测

2．6 QTL区分与整合

2．7 角果相关性QTL搜集与定位

2．8 候选基因预测

3 结果与分析

3．1 DH群体和亲本的表型

3．2 遗传连锁图谱的构建

3．3 每角粒数、千粒重和角果长QTL检测

3．4 多效性unique QTL分析

3．5 控制每角粒数、千粒重和角果长QTL比较

3．6 角果相关性状候选基因预测

4．讨论

4．1 连锁图谱的构建和角果相关性状QTL定位

4．2 角果相关性状新QTL

4．3 共定位QTL

4．4 本实验结果潜在的应用价值

5．研究总结与展望

5．1 总结

5．2 本研究主要创新点

5．3 本研究的不足之处

参考文献

附录

致谢