小麦产量相关性状的分子遗传分析及抗赤霉病侵染QTL的分子标记开发

摘要

小麦作为世界最主要的粮食作物之一，在粮食生产中具有举足轻重的作用。提高单位面积产量一直是小麦育种的最基本目标。 穗粒数是小麦产量构成因素之一。为了解穗长、小穗数、可育小穗数、不育小穗数和穗密度等穗粒数相关性状的遗传基础，本研究利用‘南大2419’x ‘望水白’的136个重组自交系和由这些株系相互杂交得到的“永久F<,2>”(IF<,2>)群体，对上述性状进行了QTLs定位，并探讨了它们的遗传方式及两位点问的互作。利用重组自交系构建的覆盖全基因组约3300 cM的遗传图谱被用于QTL作图。定位分析表明，针对这五个性状分别有3、5、2、2和6个在至少二个环境中都能检测到的QTLs。穗密度QTLs一般与小穗数QTL QSpn.nau-5A或与穗长QTLs位于相同的区间，在所有穗密度QTL中，只有一个例外。位于7D染色体的Xcfd46～Xwmc702区间与除不育小穗数外的其它四个性状都相关，并表现为最大的效应。穗密度可能受不同的机制调控，因为不是所有穗密度QTLs区间都与小穗数和穗长相关。我们发现穗长QTLs区间几乎不与小穗数QTLs区间重叠，这种现象同样存在于可育小穗数QTLs与不育小穗数QTLs间。每个性状都有来自于双亲的优良等位位点。此外，所研究性状的QTLs存在加性和超显性遗传模式及两位点上位性互作，表明这些性状的遗传机制复杂。研究结果有助于在育种中更有效地利用望水白和南大2419这两个特殊的种质资源，为小麦产量育种服务。 粒重是最后形成的一个小麦产量构成因素。本研究利用南大2419 x望水白的136个株系的重组自交系群体和由其衍生的永久F<,2>群体对粒重进行了QTL定位并探讨其遗传方式和上位性互作，同时利用该重组自交系群体对株高以及旗叶长、宽、面积、长宽比等叶部形态学性状进行了QTLs定位并探讨它们与粒重的相关性。QTL作图时利用重组自交系构建的覆盖全基因组约3300 cM的遗传图谱。共检测到6个粒重QTLs，在所有三个环境中都可检测到的粒重QTLs位于4B和5A染色体。加性效应、显性效应以及上位性互作都在粒重遗传中发挥重要作用。在所有两个环境中都可检测到的株高QTLs位于1A和4B染色体。4B粒重和株高QTLs区间相同。在定位的16个旗叶性状QTLs中，3D和4A旗叶长QTL分别与旗叶面积和旗叶长宽比QTL区间相同，7A旗叶长QTL区间与旗叶面积和旗叶长宽比都相关，5A旗叶宽QTL区间与旗叶长宽比相关，此外该区间与5A粒重QTL区间相近。除粒重和旗叶面积的增效等位位点都来自于南大2419外，其它性状都有来自于双亲的增效等位位点。结果表明基因的多效性或紧密连锁可以解释这些性状间相关的原因。分蘖角度是一个重要的形态学性状，也是株型育种中的重要性状。利用ITMI群体的115个株系，定位了4个分蘖角度QTLs，分别位于染色体3B、4D、6D和7D染色体，解释9.7％～22.6％的表型变异。双亲都提供了增加分蘖角度的等位位点。 Qfhi.nau-5A是位于5A染色体短臂上一个主效的抗赤霉病侵染QTL位点。利用已定位于小麦第5群短臂EsTs及该染色体区段与水稻12染色体长臂的共线性关系，共设计了216对EST-SSR和EST-STS标记，27个在南大2419和望水白间检测到了多态性，6个被定位在5As上。单向方差分析表明有4个标记与抗侵染性显著相关，可解释高达25％的表型变异。

目录

文摘

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论文说明：表目录、图目录

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第一章文献综述

第二章利用重组自交系和永久F2群体对小麦五个穗部相关性状的分子遗传分析

引言

材料与方法

一、植物材料

二、表型鉴定

三、统计分析

四、QTL分析

五、遗传模型

六上位性互作

结果与分析

一、表型分析

二、QTL定位和遗传模式分析

三、上位性

讨论

一、穗长、小穗数和穗密度QTLs

二、可育小穗数和不育小穗数QTLs

三、基因内和基因间的互作

第三章粒重、株高和旗叶性状的分子遗传分析

引言

材料与方法

一、植物材料

二、表型鉴定

三、统计分析和QTL分析

四、遗传模型分析

五、上位性互作

结果与分析

一、表型分析

二、QTL定位和遗传模型分析

三、粒重和株高QTL的上位性检测

讨论

一、粒重和株高

二、粒重与旗叶性状

第四章小麦分蘖角度的QTL定位

引言

材料与方法

一、植物材料

二、表型鉴定

三、统计分析

四、QTL分析

结果与分析

一、表型分析

二、区间作图分析

讨论

第五章小麦抗赤霉病侵染QTL的分子标记开发

引言

材料与方法

一、试验材料

二、引物设计

三、PCR

四、赤霉病鉴定

五、统计分析

六、图谱构建

结果与分析

一、利用定位于5AS缺失区的ESTs开发标记

二、利用与水稻预测基因同源的小麦ESTs开发标记

三、与抗赤霉病侵染QTL的关系

讨论

附表

参考文献

全文总结

全文创新点

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