宁麦9号衍生优良农艺性状及品质性状与SSR标记的关联分析

摘要

宁麦9号原名“宁9312”，由江苏省农业科学院自“扬麦6号/西风”杂交选育而成。该品种由具有优质、高产、稳产、综合抗性好等优良性状，是目前国内最早育成并大面积应用的优质弱筋小麦品种。1997年10月通过江苏省农作物品种审定委员会审定，2000年被列入国家农业科技跨越计划项目。作为优质饼干、糕点专用小麦进行示范开发。同时，以宁麦9号为亲本育成了南农0686、宁麦13、宁麦14、宁麦16、生选6号、扬麦18、扬辐麦4号、镇麦8号等多个不同类型的小麦新品种。前人的研究认为，宁麦9号在产量和品质性状上具有较高的一般配合力，因而是一优良的小麦亲本。为了进一步阐明宁麦9号的遗传机制，更好地利用这一资源，有必要对其分子遗传机制进行研究。
　　 小麦许多重要农艺性状和品质性状表现为数量性状遗传方式，由多个基因控制，其表型易受环境影响近年来，随着基因组学的发展和生物统计软件的完善，特别是分子标记技术在遗传育种领域的广泛应用，以连锁不平衡（LD）为基础的关联分析(Association analysis)方法的出现为小麦数量性状分子遗传机制的研究提供了新途径，也为作物的分子设计育种提供了新的思路。它与基于连锁作图的数量性状位点（QTL）定位结果可相互验证和补充。
　　 本研究选用以宁麦9号为亲本通过杂交或系统选育的优良品种或高代品系为材料，利用关联分析方法研究了宁麦9号优良农艺性状和品质性状的分子遗传基础，以期为分子标记辅助育种（MAS）提供依据。其主要结果如下:1、对宁麦9号衍生系群体的3个产量性状和11个品质性状进行调查。其三个产量性状，每穗粒数和单位面积穗数（亩穗数）和千粒重均值分别为43粒、26.5万穗、42克。变幅分别为31-58粒、18.9-35.9万穗、28-51克。变异系数为12.08％、12.56％、9.59％。籽粒蛋白质含量和面粉蛋白含量均值分别为11.50％、9.94％。变幅为10.09-13.76％、8.36-12.44％。变异系数6.62％、7.00％。面筋强度四项指标（和面时间，峰高，峰宽，八分钟带宽）均值分别为1.45(min)、64.47(cm)、42.59(N/m)、29.49(N/m)。变幅为0.55-3.81 min、47.01-93.08(cm)、14.65-62.82(N/m)、12.16-58.54(N/m)。变异系数为47.55％、11.18％、20.85％、35.52％。
　　 2、利用172个标记对宁麦9号衍生系群体遗传多样性分析和聚类分析。一共得到472个等位位点，平均每个标记等位位点数2.77个，基因多样性2.44，杂合度0.006，多态信息含量0.29。利用NJ法进行聚类分析，把宁麦9号衍生系群体分为3类。
　　 3、利用Pina和Pinb基因的功能标记对宁麦9号衍生系硬度基因进行分子检测，结果表明:软质小麦材料一共52份，其基因型均为Pina-D1a/Pinb-D1a。硬质小麦一共有53份，共有2种基因型。其中Pina-D1a/Pinb-D1b基因型共计有48份材料，Pina-D1b/Pinb-D1a有5份。还有13份材料是混合麦，其中混合麦中有10份材料是Pina-D1a/Pinb-D1a、2份是Pina-D1b/Pinb-D1a、1份是Pina-D1a/Pinb-D1b。
　　 4、利用均匀分布在全基因组上的84个SSR标记，对宁麦9号衍生系群体材料进行扫描，分析LD状况和群体结构，并构建关联定位群体。基于模型的群体SSR数据遗传结构分析发现，该群体可划分为3个亚群体。在群体分析中，每个样品的Q值都是大于0.5的，因此在划分类群时，每个样的类群关系是比较单一的，因为本实验所采用的是宁麦9号衍生系群体，和宁麦9号有较近的亲缘关系，且多为几个骨干育种亲本，没有出现来源复杂，具有诸多混合血缘，未出现划分不了亚群的情况，此结果也是与本实验选择的材料亲缘关系是相对应的。群体结构分析和聚类分析在材料分类上具有一定程度的一致性。
　　 5、检测到的与每穗粒数、籽粒蛋白含量、面筋强度、溶剂保持力等性状相关的位点中，部分是落在前人研究中的QTL附近。如前人发现6AL、2DS上有两个QTL位点与蛋白质含量相关，在宁麦9号衍生系群体的研究结果表明2DS上的Gwm539、6BL上的Gwm508解释率在10％以上的解释率。溶剂保持力等性状也检测到几个与前人研究相近，且解释率较高的位点，如5B上Barc4对乳酸SRC解释率达到了(9.14％;12.17％)。
　　 6、通过Taseel软件中的Mixed linear model过程进行标记和性状的关联分析，发现了多个与目标性状有显著关联的SSR标记。在获得与性状相关联的位点的基础上，进行优质等位变异分析，对每个标记的每个等位变异的表型效应值进行计算，发现了一些与宁麦9号的低蛋白，低面筋强度，低溶剂保持力和高产等性状相关的优质等位变异，这些优质等位变异位点对其优良品质性状和农艺性状的形成具较高的贡献，如:Wmc749-98对蔗糖SRC具减效(-4.96;-5.10)表型效应、Wmc577-112对和面时间具有减效(-0.34;-0.28)表型效应。
　　 以上结果在一定程度上阐明了宁麦9号作为优质骨干亲本的分子遗传机制。同时，发现的多个与性状相关的位点，为相关性状的分子标记辅助育种提供了帮助。

目录

声明

摘要

第一部分 文献综述

1 研究背景

2 优质弱筋小麦品种宁麦9号

2．1 宁麦9号简介

2．2 宁麦9号品质性状

2．3 宁麦9号农艺性状

3 分子标记

3．1 SSR标记

3．2 RFLP标记

3．3 RAPD标记

3．4 AFLP标记

3．5 STS标记

3．6 SSCP标记

3．7 CAPS标记

3．8 SNP标记

3．9 分子标记辅助选择

4 小麦产量性状与品质性状QTL的研究进展

4．1 小麦主要产量性状QTL研究进展

4．2 小麦品质性状的QTL研究进展

5 关联分析

5．1 关联分析的研究和在作物中的应用现状

5．2 关联分析的策略

5．3 关联分析与连锁不平衡

5．4 关联分析与群体结构

5．5 通过LD作图发掘优异基因

5．6 关联分析的优等位变异计算

5．7 连锁不平衡及其度量

6 本研究的目的和意义

第二部分 研究内容

1 试验材料

2 试验方法

2．1 田间种植与调查方法

2．2 DNA提取与浓度检测

2．3 引物的选取与PCR扩增

2．4 PCR产物的检测

2．5 品质数据的测定

2．6 品质性状数据与农艺性状数据的统计分析

2．7 分子标记数据的统计分析

2．8 硬度主效基因Pina，Pinb的等位变异鉴定

3 结果与分析

3．1 宁麦9号品质性状和农艺性状的表型鉴定

3．2 宁麦9号衍生系群体农艺性状及品质性状间相关性分析

3．3 标记的遗传多样性分析和NJ聚类分析

3．4 群体结构分析

3．5 连锁不平衡分析

3．6 标记与性状的关联分析

3．7 宁麦9号优质等位位点

3．8 宁麦9号衍生系群体Pina，Pinb硬度基因的检测

4 讨论

4．1 宁麦9号及其衍生系的优质性状分析

4．2 连锁不平衡分析

4．3 关联分析

4．4 宁麦9号弱筋小麦优质性状的等位变异位点

全文结论

参考文献

致谢