大豆遗传图谱构建和百粒重等七个农艺性状的QTL定位

摘要

遗传图谱为进行植物基因组的结构分析和比较提供了有力的工具。高密度的分子图谱可有效地应用于数量性状基因座（quantitative trait locus: QTL）定位，图位克隆基因、比较基因组学研究和分子标记辅助育种等研究中。大豆的许多农艺性状和产量性状都是数量性状，在构建遗传图谱的基础上研究数量性状的遗传对农作物育种具有十分重要的意义。
　　 本研究以大豆溧水中子黄豆和南农493-1杂交组合构建的244个正交和260个反交F2群体为材料，采用JoinMap4.0软件包，构建大豆遗传连锁图谱：在江浦试验站和山东临沂农科所试验站考查了F2群体衍生的F2:4（2008年）正反交群体百粒重、株高、结荚高度、茎粗、分枝数、收获指数、粒茎比七个性状，使用多QTL联合分析方法(Multi-QTL joint analysis: MJA)对其进行了主效QTL定位、细胞质效应和环境效应分析、细胞质×QTL互作和环境×QTL互作检测，同时使用Windows QTL Cartographer v2.5软件中的复合区间作图法（Composite Interval Mapping: CIM）进行QTL定位，并将两种方法所得结果进行了比较。把搜集的90个株高QTL和本研究用MJA方法定位的株高QTL信息使用BioMercator2.1软件进行Meta分析。取得了以下主要结果：
　　 1、以244个F2正交个体和260个F2反交个体为材料，基于具有多态性的150对SSR分子标记，获得了150对分子标记数据，应用Joinmap4.0作图软件进行连锁分析，得到一张具有113个分子标记，包含34个连锁群的遗传图谱。连锁遗传图谱总长度为1557.85cM，标记间平均距离为13.79cM。每个连锁群上的标记数目为2～10个，连锁群长度在6.9～109.1cM之间。本文构建的遗传图谱，覆盖了大豆基因组的19条染色体，缺少B1连锁群。除了在一些标记密集区域，比如Satt226、 Satt514、 Sat_362等标记的位置发生颠倒或错位外，A1、A2、B2、C1、C2、D1a、D1b、E、G、I、K、L连锁群与公共图谱吻合性很好，标记排列顺序基本一致，相同标记间的图距表现相似。因此该遗传图谱适合数量性状的遗传分析。
　　 2、联合分析方法和CIM方法共检测到10个相同的百粒重主效QTL，其中qSW-6-2、qSW-20和qSW-10-4在不同的群体中被检测到2～3次，贡献率分别是6.41％、14.68％、8.06％。两种方法检测到6个共同的株高主效QTL，其中gPH-2、qPH-17-4、qPH-16、qPH-X2贡献率均超过10％。结荚高度主效QTL qPSH-2在两种方法中都检测到，并且CIM方法在山东的两个群体中都检测到，贡献率分别为6.60％和42.28％。茎粗主效QTL qSD-1和qSD-7在两种方法中均被检测到，其贡献率分别为21.60％和11.26％。两种方法检测到2个相同的分枝数主效QTL，其中位于G连锁群的qBN-18e与在CIM方法中单独检测到的qBN-18位置相同，两者应该是同一QTL.两种方法检测到3个相同的收获指数主效QTLqHI-14、9HI-1， qHI-7-2，而且在这两种方法中所定出的位置仅相差0.6-4.9cM，其贡献率分别为13.43％、47.63％、6.18％。两种方法定位了2个相同的粒茎比主效QTL，qSSR-14和qSSR-7-2，贡献率分别为13.86％、6.72％，在两种方法中定位出的距离分别相差0.6cM、1.55cM。
　　 除茎粗、分枝数没有检测到细胞质效应外，其余各性状都检测到细胞质效应和环境效应，并检测了细胞质×QTL互作和环境×QTL互作。联合分析检测到的qHI-14e-1、qHI-le和qHI-7e与两种方法同时定位的3个主效QTL位于相同的标记区间。qSSR-5c与联合分析方法单独检测到的主效QTLqSSR-5位于相同的标记区间，位置仅相差约0.4cM。
　　 3、将搜集的90个信息完全的株高QTL和本研究利用MJA方法定位的21个株高QTL使用BioMercator2.1软件进行图谱映射，得到8个QTL簇，其中包括5个MJA方法定位的QTL(qPH-6-2,qPH-6-3,qPH-7-1,qPH-7-2,qPH-7-3）。通过Meta分析，一共得到18个一致性QTL，其置信区间在0.81～3.50cM之间，明显缩短了QTL的置信区间，提高了QTL的定位精度。

目录

文摘

英文文摘

符号说明(英文缩略词)

第一章 文献综述

1 构建遗传图谱的遗传标记

1.1 形态标记

1.2 细胞学标记

1.3 蛋白质标记

1.4 DNA分子标记

2 遗传图谱的构建

2.1 遗传图谱构建的方法与软件

2.2 影响遗传图谱构建的因素

2.3 大豆遗传图谱构建的研究进展

3 数量性状基因座(quantitative trait locus:QTL)定位

3.1 单标记分析法（single-marker analysis）

3.2 区间作图法(interval mapping:IM)

3.3 复合区间作图法（compositeintervalmapping:CIM）

3.4 多区间作图法(multiple interval mapping:MIM)

4 大豆相关性状的QTL研究进展

4.1 大豆百粒重QTL研究进展

4.2 大豆主要农艺性状QTL研究进展

4.3 大豆收获指数、粒茎比QTL研究进展

5 细胞质效应和细胞质×QTL互作研究进展

6 环境效应和环境×QTL互作研究进展

7 数量性状QTL定位与Meta分析

8 本研究的目的与研究内容

第二章 试验材料与方法

1 试验材料

品种简介

2 试验方法

2.1 试剂配制

2.2 DNA提取方法

2.3 SSR分子标记

2.4 PCR的扩增及检测

2.5 PCR扩增产物的电泳检测

2.6 数据记录与统计分析

2.7 遗传图谱的构建

3 重要性状的考察

4 大豆数量性状的QTL定位方法

5 大豆数量性状QTL定位的Meta分析

第三章 结果与分析

1 大豆遗传图谱的构建

1.1 DNA标记的多态性及其在群体中的表现

1.2 F2群体遗传图谱的构建

2 亲本和F2:4家系在两地的性状表型特征

2.1 亲本在两地的性状表现

2.2 数量性状的表型分布

2.3 数量性状间的简单相关和偏相关分析

3 大豆重要性状的QTL定位

3.1 大豆百粒重QTL定位

3.2 大豆株高QTL定位

3.3 大豆结荚高度的QTL定位

3.4 大豆茎粗的QTL定位

3.5 大豆分枝数的QTL定位

3.6 大豆收获指数的QTL定位

3.7 大豆粒茎比的QTL定位

4 大豆株高QTL的Meta分析

第四章 讨论

1 大豆遗传图谱的加密

2 相关分析与QTL定位结果间的关系

3 QTL定位结果的可靠性分析

4 CIM方法和多QTL联合分析方法的比较

第五章 全文结论和创新点

1 全文结论

2 本文创新点

参考文献

致谢

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