小麦高密度遗传图谱的构建及分蘖成穗的QTL定位

摘要

分蘖成穗是小麦的重要生物学特性，明确其遗传机理，筛选和发掘与分蘖成穗相关的主效QTL位点和分子标记，对于小麦遗传育种工作具有重要的理论和实践意义。本研究以协调型1BL/1RS小麦品种川农18(CN18)和1BL/1RS易位品系T1208为亲本所构建的包含371个株系的重组自交系群体为材料，应用最新的小麦55K SNP芯片以及SSR标记构建高密度遗传图谱，并对该群体的单位面积分蘖成穗数、籽粒性状及产量进行QTL分析，明确各QTL位点在染色体的位置及其遗传效应。以期阐明分蘖成穗在QTL水平的控制机制，为进一步提升西南麦区小麦产量潜力，提高小麦育种效率，打破四川地区小麦生态穗容量的协调性小麦育种提供理论依据，并为分子标记辅助育种和分蘖成穗数控制基因的图位克隆奠定基础。
　　本研究主要取得以下结果:
　　1.通过SSR标记构建遗传图谱，对成穗率进行了QTL定位研究，阐明了成穗率在QTL水平的机制，证明了成穗率是受少数主效基因及多个微效基因协同控制的数量性状，且易受到环境的影响。定位到一个控制成穗率的主效QTL位点（QSFR.sicau-4D-SSR），该QTL在两年实验中被重复检测到，且表现较为稳定，可分别解释24.48％和18.24％的表型变异。此外，在该QTL位点附近还同时存在控制分蘖数相关的QTL，为一因多效QTL。该QTL与SSR标记cfd23紧密连锁
　　2.利用协调型1BL/1RS小麦品种CN18和1BL/1RS易位品系T1208为亲本所构建的包含371个株系的RIL群体为作图群体，应用最新的小麦55K SNP芯片和SSR标记进行亲本间基因分型和多态性检测，并对群体进行扫描。构建了覆盖除1BS染色体外小麦全基因组遗传图谱，图谱全长4513.95cM，包含11583个SNP标记和59个SSR标记，标记间平均距离为0.39cM。A、B、D染色体组分别有3296、4705和3641个标记，分别占标记总数的28.31％、40.41％和31.28％。所有标记分布于2001个位点，因此将所有标记分为2001个组(Bin)，每个Bin中包含1-989个标记不等，从中选取缺失率最低的一个标记代表该Bin，若标记最低缺失率相同则随机选取一个代表该Bin，各Bin中的代表标记在遗传图谱中标出，各Bin间平均距离为2.26cM。
　　3.对该RIL群体的初期分蘖数、冬前分蘖数、最大分蘖数、穗数、成穗率、千粒重、粒长、粒宽、穗粒数及产量进行了测定，各性状表型值均表现为正态分布，适合进行QTL定位。各性状均表现出超亲分离，可为西南麦区小麦育种提供优质的种质资源。相关性分析表明，分蘖相关性状及穗数均呈极显著正相关，分蘖成穗相关性状与籽粒相关性状基本呈负相关，“产量三要素”中，穗数、千粒重和穗粒数均与产量呈极显著正相关。
　　4.应用QTL IciMapping V4.1中的ICIM-ADD作图法，共计检测到26个分蘖成穗数以及成穗率相关加性QTL，分布于染色体1A、2B、2D、3A、4A、4D、5A、5D、6D和7D，单个QTL可解释0.74％-18.10％的表型变异;检测到12个籽粒性状相关加性QTL，分布于染色体1D、2A、3A、3D、4A、4B、5D和6D，单个QTL可解释2.19％-16.24％的表型变异;检测到2个控制穗粒数的加性QTL，分布于染色体2D和7D，位于7D的QTL可解释37.84％的表型变异;检测到2个控制产量的加性QTL，分布于染色体4B和7D，可分别解释8.61％和7.32％的表型变异。检测到9个一因多效QTL簇，分别位于2D、4A、4B、4D、5A、5D和6D。在2DS染色体上，具有一个控制分蘖成穗数相关性状的QTL富集区，该区域内的QTL在本研究中表现为一因多效性或协同定位。分蘖成穗数相关性状具有极显著相关性，其控制基因也倾向于获得QTL富集区，在聚合育种中具有一定的应用价值。
　　5.应用QTL IciMapping V4.1的多环境QTL分析功能，采用ICIM法，将TNES、TNPW、MTN和SN视为分蘖性状的不同时期进行多环境联合QTL分析。结果表明，共定位到8个分蘖相关的QTL，与单环境QTL定位结果相一致，分布于染色体2B、2D、4A、4D、5A、5D和7D。其中，cQTN.sicau-2D.2可在全部四个时期被检测到，分别可解释4.92％、6.90％、13.62％和17.16％的表型变异，该QTL位于2D染色体82189047-95895626的13.71Mb区间内，在IWGSC进行候选基因分析结果表明，该QTL区间内一共包含136个Contigs，可能包含控制分蘖成穗的基因。
　　6.应用QTL lciMapping V4.1的ICIM-EPI作图法，对分蘖成穗数加性×加性上位性QTL进行分析。合计检测到17对上位性QTL，其中有1对为QTL间的互作，有8对为QTL与随机位点间的互作，剩余8对为随机位点与随机位点间的互作。QTNES.sicau-2B和QTNES.sicau-5A.1为一对互作的上位性QTL，LOD值为6.59，可解释3.81％的表型变异，此QTL位点上位性效应大于加性效应。
　　7.在CN18/T1208RIL群体中对与分蘖成穗数相关的6对SSR标记进行有效性验证和实用性评价，结果表明SSR标记gwm264和Xwmc169适合同时用于西南麦区小麦分蘖数和穗数的筛选，Xwmc215，Xgwm437和Xcfd23仅可用于分蘖数的筛选，Xbarc232不适用于分蘖成穗数的筛选。

目录

声明

摘要

缩略表

第一章文献综述

1．1我国主要小麦种植区

1．2小麦分蘖成穗

1．2．1分蘖的作用和意义

1．2．2分蘖的发育动态特性

1．2．3分蘖成穗发育过程的调控

1．3协调型小麦

1．4 QTL定位研究进展

1．4．1分子遗传标记的类型

1．4．2高通量基因分型技术

1．4．3作图群体

1．4．4 QTL定位方法的比较

1．4．5小麦分蘖成穗的QTL定位研究进展

1．4．6分子标记在RIL群体中有效性验证和实用性评价

1．5本研究的目的和意义

第二章应用SSR标记构建小麦遗传图谱及成穗率的QTL定位

2．1．4基因组DNA提取

2．1．5鉴定亲本和群体的基因型

2．1．6遗传图谱的构建

2．1．7数据分析及QTL定位

2．2结果与分析

2．2．1遗传图谱的构建

2．2．2成穗率的QTL定位结果

2．2．3 QSFR．sicau-4D-SSR的一因多效性

2．3讨论

2．3．1成穗率在QTL水平的控制机制

2．3．2 SSR标记Xcfd23

2．3．3开发黑麦1RS染色体上分子标记的必要性

第三章应用55K SNP芯片及SSR标记构建高密度遗传图谱

3．1．2高质量基因组DNA提取

3．1．3 SNP基因分型

3．1．4高密度遗传连锁图谱的构建

3．2结果与分析

3．2．1 DNA的质检

3．2．1高密度遗传图谱的构建

3．2．2 BLASTX分析

3．3讨论

3．3．1群体大小对于QTL定位结果的影响

3．3．2应用小麦55K芯片构建遗传图谱的意义与价值

第四章小麦分蘖成穗等重要农艺性状的QTL分析

4．1．5数据分析及QTL定位

4．2结果与分析

4．2．1分蘖成穗数、籽粒性状及产量的表型分析

4．2．2分蘖成穗、籽粒性状及产量的相关性分析

4．2．3分蘖成穗数加性QTL分析

4．2．4千粒重、穗粒数及产量初步加性QTL分析

4．2．5多环境分蘖发育动态QTL分析及基因型与环境分析

4．2．6一因多效QTL簇

4．2．7分蘖成穗加性QTL区间内候选基因预测

4．2．8分蘖成穗数上位性QTL分析

4．3讨论

4．3．1分蘖成穗QTL定位结果的比较

4．3．2一因多效QTL簇的分析

4．3．3基于SSR标记与基于SNP芯片QTL定位的比较

第五章分蘖成穗相关分子标记的有效性验证与实用性评价

5．1材料与方法

5．1．1供试材料

5．1．2 SSR标记在RIL群体中的有效性验证和实用性评价

5．1．3与本研究中分蘖成穗数相关QTL紧密连锁的SNP标记的验证

5．2结果与分析

5．2．1分蘖成穗相关SSR标记在CN18／T1208 RIL群体中的验证

5．2．2分蘖成穗数QTL连锁的SNP标记的验证

5．3讨论

5．3．1分子标记有效性验证的意义

5．3．2来源于CN18的优秀等位基因

第六章全文结论

参考文献

附录

致谢

作者简历