人工合成六倍体小麦衍生后代群体遗传多样性与分子标记辅助选择育种

摘要

在小麦生产和育种实践中，由于严重的遗传侵蚀和长期集中使用少数骨干亲本作为普通小麦品种改良的亲本材料，致使我国乃至全球小麦品种的遗传多样性出现逐渐降低的趋势。众多研究表明，栽培小麦狭窄的遗传基础不仅限制了小麦产量和品质的进一步改良，而且使小麦对生物性和非生物性环境胁迫的脆弱性增加；另一方面，小麦野生近缘种中存在有大量可用于小麦改良的优异基因，因此，发掘并利用野生近缘植物中的关键性基因源，对于拓宽小麦育种的遗传基础以及小麦育种和生产持续发展具有重要意义。 以4份引自墨西哥国际小麦玉米改良中心(CIMMYT)的人工合成六倍体小麦Syn768、Syn769、Syn780、Syn786，5份中国四川省成都平原普通栽培小麦主栽品种以及经过它们之间杂交后再回交并进行多代定向选择而产生的117份后代衍生群体系(其中川麦38、川麦42、川麦43和川麦47为审定品种)为材料，以微卫星(Simple Seqtfence Repeat，SSR)标记为技术手段，在DNA分子水平上对其遗传多样性进行了研究；并对影响小麦重要农艺性状和面粉品质的部分功能基因如矮秆基因Rht8、多酚氧化酶PPO基因和Waxy蛋白亚基基因进行了分子检测，验证了基于PCR的微卫星标记在分子标记辅助选择育种中的可用性。获得以下主要结果： 1．利用SSR分子标记技术，对117份人工合成六倍体小麦后代衍生高代群体系进行了遗传多样性分析。所得结果表明，37对SSR引物(涉及小麦A、B、D三个基因组7个同源群21条染色体)共扩增出256个等位基因变异位点，每对SSR引物检测到的等位基因变异位点变异幅度较大，最少1个，最多14个，平均每个SSR引物扩增出6.92个等位基因变异。SSR位点多态性信息含量(PIC)和辛普森指数(SI)计算结果均表明，A基因组呈现最大值，B基因组次之，D基因组最低；对三个基因组的遗传相似性系数进行了分析，结果表明，A、B、D三个基因组37个SSR标记位点所得平均相似系数为0.4721，A基因组上SSR位点所得平均相似系数为0.3797，B基因组上SSR位点所得平均相似系数为0.4627，D基因组上SSR位点所得平均相似系数为0.5815，说明人工合成六倍体小麦后代衍生群体材料之间的遗传多样性水平较高；对三个基因组及所有SSR位点通过UPGMA进行聚类，结果表明，3个基因组分别聚类所得的树状图各不相同，说明人工合成六倍体小麦后代衍生群体材料的遗传多样性在不同基因组上存在着差异；同时，分组结果显示，A、B、D三个基因组所得的聚类图分组数目也不同，反映出这批人工合成六倍体小麦后代衍生群体材料的基因组基因在各个基因组上的分布并不一致，其中D基因组的遗传多样性最为贫乏，而A基因组则最为丰富。 2.微卫星Xgwm261标记位点192bp等位基因变异片段的PCR扩增产物可作为矮秆基因Rht8的特异分子标记。在以Syn768、Syn769、Syn780和Syn786人工合成六倍体小麦为亲本的117份后代高代衍生群体检测材料(其中川麦38、川麦42、川麦43和川麦47为审定品种)中，Rht8基因型总的分布频率为77.78％。以Syn768为亲本育成的后代衍生系中，Rht8基因型频率最高，为96.70％：以Syn769为亲本育成的优良高代系和川麦38、川麦42与川麦43育成品种中，Rht8基因型频率最低，为71.64％；以Syn780为亲本的后代衍生群体中，Rht8基因型频率为73.68％，分离比率约为3：1；以Syn786为亲本育成的材料只有川麦47，该品种不含有Rht8该基因。上述结果反映了Rht8 基因在人工合成六倍体小麦中的分离规律与在普通栽培小麦中的分离规律基本相似。 3.采用SSR特异引物Xgwm312标记位点的PAGE凝胶电泳对多酚氧化酶PPO基因型进行了研究。结果显示，Xgwm312位点的标记具有多态性，其PCR扩增产物可人工合成六倍体小麦后代衍生群体遗传多样性与分了标记辅助选择育种产生198bp、216bp、232bp和240bp四种等位基因变异片段。在所检测的117份后代高代衍生群体系材料中，65份材料具有198bp长度大小的等位基因变异片段，占全部材料的55.56％；13份材料含216bp等位基因变异片段，其频率为11.11％，35份材料具有232bp等位基因变异片段，分布频率为29.91％；只有4份材料含有240bp等位基因变异片段，仅占全部材料的3.42％。从每个人工合成六倍体小麦亲本材料所形成的后代衍生群体来看，PPO因等位变异片段分布频率各不相同，说明PPO因在人工合成六倍体小麦与普通栽培小麦杂交后代材料中基因型的表现存在着随机性，与亲本的基因型状况关系极大，并且在后代材料中出现了亲本都没有的240bp等位基因变异片段的材料。 4.采用SSR引物的PAGE凝胶电泳对引自CIMMYT的Syn768、Syn769和Syn780人工合成六倍体小麦113份后代衍生系的Waxy蛋白亚基缺失类型进行了分子检测，其中，8份材料缺失Waxy-B1型蛋白亚基，占全部材料的6.6％；没有检测到其他类型的缺失体。从每个人工合成六倍体小麦亲本材料所形成的后代衍生群体来看， Waxy-B1缺失体频率也各不相同，说明Waxy蛋白亚基缺失类型在人工合成六倍体小麦后代衍生群体材料中的遗传稳定，与育种所选用亲本的基因型状况相关性大。 5.通过对125份小麦材料的矮秆基因.Rht8、多酚氧化酶PPO基因和Waxy蛋白亚基不同等位基因变异片段的分子检测和系谱分析以及对这三对引物的重复性验证表明，在系谱关系明确的情况下，3个用来标记上述三种基因的特异标记可以在实践中用作矮秆基因Rht8、多酚氧化酶基因和Waxy蛋白亚基基因型的鉴定以及育种世代该基因型的筛选等的分子标记辅助选择育种研究。 上述研究结果说明，本项研究所分析的117份人工合成六倍体小麦后代衍生群体材料，具有广泛的遗传多样性，部分功能基因的分子检测可作为普通栽培小麦辅助选择育种重要手段加以利用，以提高小麦育种时效。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号和缩略语

声明

前言

1立题依据

1.1拓宽小麦遗传基础、丰富其遗传多样性是进一步改良普通小麦的重要内容

1.2进一步探索功能基因在小麦分子标记辅助选择育种中的应用

2研究内容

2.1人工合成六倍体小麦与普通栽培小麦品种杂交、回交后代衍生群体遗传多样性的SSR分子检测

2.2人工合成六倍体小麦与普通栽培小麦品种杂交、回交后代衍生群体部分功能基因的分子标记辅助育种研究

3研究目的

4总体设计

第一章人工合成六倍体小麦后代衍生群体遗传多样性的分子检测

0引言

1.材料与方法

1.1材料

1.2方法

1.3统计分析

2.结果与分析

2.1 A、B、D基因组的多态性检测

2.2 A、B、D基因组的遗传多样性比较

2.3 A、B、D基因组不同基因型之间的遗传关系

3.讨论

4.小结

附图

第二章人工合成六倍体小麦后代衍生群体矮秆基因Rht8的遗传分析

0引言

1.材料与方法

1.1供试材料

1.2 DNA提取

1.3 PCR扩增

2结果与分析

2.1微卫星WMS261位点的SSR标记

2.2人工合成六倍体小麦后代衍生群体Rht8基因型的频率分析

2.3人工合成六倍体小麦后代衍生群体材料Rht8基因的来源分析

3.讨论

4.小结

第三章人工合成六倍体小麦后代衍生群体PPO基因的分子检测

0引言

1.材料与方法

1.1供试材料

1.2 DNA提取

1.3 PCR扩增

2结果与分析

2.1微卫星Xgwm312位点的SSR标记

2.2人工合成六倍体小麦后衍生群体PPO基因型不同等位变异基因型的分布

2.3人工合成六倍体小麦后代衍生群体PPO基因型不同等位变异基因片段的来源分析

3.讨论

4.小结

第四章人工合成六倍体小麦后代衍生群体Waxy蛋白亚基的分子标记

0引言

1.材料与方法

1.1供试材料

1.2 DNA提取

1.3 PCR扩增

2结果与分析

3讨论

4.小结

第五章全文讨论

1.SSR标记在小麦遗传多样性分析中的有效性

2.人工合成六倍体小麦遗传多样性的应用

3.小麦功能基因的分子标记辅助选择

第六章全文结论

参考文献

第七章文献综述 小麦的遗传多样性与分子标记辅助选择育种研究进展

攻读博士学位期间已发表和接收的文章附作者简介

致谢