大麦RILs籽粒和株型性状的QTL定位分析

摘要

大麦是居水稻、玉米、小麦之后的第四大粮食作物，具有悠久的种植历史，是模式植物之一。大麦营养丰富，还有多种必需氨基酸和矿质元素，主要用于酿造、饲料和食用，由于其营养成分符合现代人的健康要求，保健品方面也越来越受到人们的喜爱。因此，在全球范围内，对大麦的需求量也逐年提高。这就要求科研人员培育出高产、优质、高抗的优质大麦。目前大麦QTL作图远不及水稻、玉米、小麦发展快速深入。除此之外，栽培大麦经过人为选择，遗传基础狭隘，不能提供遗传多样性丰富的材料。以上这些都将不利于大麦研究取得突破性进展。所以，引入新的野生资源和进行QTL定位，能对大麦重要农艺性状的研究进展起到促进作用。
　　本研究选用栽培大麦Baudin和中东野生大麦AWCS276杂交构建的重组自交系群体128个株系为材料，用QTL IciMapping对基于基因组学和基因芯片的DArT标记构建高密度连锁图谱，对其粒长、粒宽、籽粒长宽比等14个重要农艺性状考察数据进行相关性分析，用Map QTL6.0检测这14个性状的QTL，并利用生物信息学挖掘候选基因，主要结果如下:
　　1.在DArT标记对RILs群体基因型完成检测的基础上，用QTL IciMapping软件构建了高密度遗传连锁图，连锁群数目等同于大麦染色体数目。图谱总长3940.43cM，共6904个标记，平均每条染色体长562.86cM，标记间平均图距0.57cM。
　　2.对14个性状作了相关性分析和频次分布图，结果表明:株高与穗颈长、小穗数与穗粒数的相关系数分别都超过了0.8。除了株高和穗颈长，其余性状都呈现正态分布，概率分布连续性良好，符合数量性状的特征。
　　3.利用本研究构建的DArT高密度图谱和Map QTL6.0软件区间作图法，并以该软件Permutation Text计算阈值，对大麦的14个性状进行QTL定位，共检测到67个QTL。籽粒相关的性状有三年数据，共检测到35个QTL，其中三个粒型性状用直尺测量法共检测到27个QTL，百粒重有8个QTL。2015年在株型中检测到32个QTL，其中有14个与旗叶相关，12个与穗部相关的，1个与株高相关，4个与穗颈长相关，1个与分蘖角度相关。分析表明，2H至6H都存在QTL簇。我们分别在同一区段定位到控制粒宽和籽粒长宽比，株高和穗颈长等的QTL。这可能是一因多效或者有关性状的QTL紧密连锁造成的。
　　4.在籽粒中有6个稳定的QTL，其中粒长2个，粒宽1个，长宽比2个，百粒重1个。其中，我们检测到一个连续三年重复出现的百粒重QTL，三年的贡献率分布在11.9％～21.7％之间。株高和穗颈长在3H上相同位点的贡献率都达到了60％以上，说明其中有主效基因的存在，也解释了株高、穗颈长的频次图不符合正态分布的现象。在这6个稳定QTL中，3H上控制粒长和4H上控制籽粒长宽比的位点在前人的研究中尚未见报道。
　　5.对检测到的QTL进行候选基因的预测，利用IPK和NCBI数据库进行比对，共挖掘了9个候选基因，其中株高和穗颈长，粒长和小穗数有相同的候选基因。这些基因按照功能大致可分为2类:第1类基因编码各种生化途径的酶，包括ptr1、XEB、pap-4和UG40773;第2类基因编码转录因子，包括dofl2、Cly1和NAC012。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 数量性状位点(QTL)研究

1．1．1 分子标记的选择与类型

1．1．2 作图群体

1．1．3 遗传连锁图

1．1．4 QTL定位方法

1．2 大麦重要农艺性状的QTL研究进展

1．2．1 大麦籽粒性状QTL研究进展

1．2．2 株型相关QTL研究进展

1．3 研究目的和意义

第二章 材料与方法

2．1 材料

2．2 方法

2．2．1 田间试验

2．2．2 田间株型考察

2．2．3 室内考种

2．2．4 DArT高密度图谱的构建

2．2．5 表型数据分析

2．2．6 QTL定位分析

2．2．7 预测候选基因

第三章 结果与分析

3．1 构建的DArT标记高密度图谱

3．2 大麦农艺性状的表型分析

3．2．1 亲本及群体的比较分析

3．2．2 群体的频次分布图

3．2．3 RILs群体农艺性状的表型相关性分析

3．3 籽粒性状的QTL分析

3．3．1 粒型QTL分析

3．3．2 大麦百粒重的QTL

3．3．3 籽粒性状各年份间的重复QTL

3．4 大麦株型性状的QTL分析

3．5 QTL簇

3．6 预测的候选基因

3．7 小结与讨论

3．7．1 野生资源的重要性

3．7．2 连锁遗传图谱和群体

3．7．3 关于QTL定位结果

3．7．4 农艺性状的候选基因

参考文献

致谢