花生晚斑病抗性遗传特性研究

摘要

花生（Arachis hypogaea L.）是世界上重要的油料与经济作物，是植物油脂和蛋白质的重要来源之一，在全世界100多个国家和地区广泛种植，年均种植面积近2400万ha，年总产3800多万t。中国是全球最大的花生生产、消费和出口国。花生晚斑病是世界上分布最广和危害最大的花生病害之一。在我国花生主产区之一的四川盆地，晚斑病的发生和危害十分普遍，是影响花生产量的重要病害之一。培育和种植抗（耐）病花生品种是防治晚斑病最有效的途径。然而，栽培种花生的抗性表现与侵染频率、潜伏期、病斑大小、分生孢子产生量和植株落叶率有关，抗性鉴定难度较大，而且抗性与晚熟、低产等不良性状连锁，导致晚斑病抗性育种进展较慢，目前生产上仍然缺乏优质高产的抗晚斑病花生品种。野生花生中存在高抗晚斑病的基因，具有重要的育种价值。本研究选用含有两个野生种亲缘的高抗晚斑病种质“ICGV86699”与高感花生品种“中花5号”作亲本构建重组近交系XA-RIL群体，采用植物数量性状主基因+多基因模型分析晚斑病抗性的遗传特性，用SSR标记构建遗传连锁图谱并在此基础上进行抗性QTL定位，选用极端抗、感晚斑病家系进行转录组测序和数字基因表达谱分析，以期为深化花生晚斑病抗性育种提供理论依据和材料基础。
　　1.采用植物数量性状主基因+多基因混合遗传分离分析模型对XA-RIL群体晚斑病抗性效应进行分析，结果表明XA-RIL群体家系间晚斑病抗性差异极显著，抗性受2对加性-上位性主基因+加性-上位性多基因控制，主基因遗传率为60.10％-86.61％，微效多基因遗传率为6.65％-32.77％。
　　2.XA-RIL群体相关分析结果，证实了花生晚斑病抗性与晚熟、结果数少、小籽粒等性状连锁。从群体中鉴定出家系“XA006”为一个综合农艺性状优良的高产、高抗晚斑病材料。
　　3.采用2623对SSR引物对XA-RIL群体的两亲本进行多态性检测，其中250对引物检测到257个多态性位点，利用这些标记位点对XA-RIL群体(F9)的166个家系进行扩增，JoinMap3遗传连锁分析结果，共有157个标记进入连锁群。所构建的遗传图谱涉及20个连锁群，总图距为789.506 cM，连锁群长度15.337-72.474 cM，标记间平均图距为5.763 cM，连锁群标记数2-40个。与花生整合遗传图谱相比较，有68个标记或位点为两图谱所共有。这些标记或位点位于XA-RIL图谱上的18个连锁群，在整合图谱上则分布在20个连锁群，其中连锁群Lg9和Lg2的9个标记分别对应于A10或B10、A02或B02上。
　　4.采用基于混合线性模型的复合区间作图法(MCIM)对花生晚斑病抗性进行QTL定位，3个年份分别检测到11、14和11个位点，其中1个位点QTLLLS3-10在3个年份及综合检测中都能检测到，表现为加加互作效应或加性效应，效应值为0.2623-0.5351，遗传贡献率为1.98％-8.51％;1个位点QTLLLS1-19在两个年份及综合检测中能检测到，表现为加性效应和加加互作效应，效应值为0.2381-0.4699，遗传贡献率为1.74％-4.94％。
　　5.转录组测序得到98916046个clean reads，长度9.9G，Trinity拼接得到转录本142300个，其中200-500bp的45130个、500-1kbp的29054个、1-2kbp的39590个、大于2kbp的28526个，得到总的unigene52650个。对于注释的52566个unigene，注释到NR库26608个(50.61％)、注释到NT库17834个(33.92％)、KO库7481个(14.23％)、SwissProt库19127个(36.38％)、PFAM库18940个(36.03％)、GO库20778个(39.52％)、KOG库9837个(18.71％)，全部库都得到注释的3954个(7.52％)，至少1个库得到注释的29176个(55.50％)。
　　6.数字基因表达谱分析结果，6个样品得到10093899-12912683个clean reads，长度0.50-0.65 G，Q20值94.44％-96.49％，定位到参考序列上的测序序列为8467405-10905420个reads，其中FPKM15以上的高表达reads占总数的15.65％-17.73％，FPKM值0.3以上的共有表达基因28409个，特异表达基因为112-1744个，感病材料接种第4d(XA144I)的差异表达基因数量最大(15589)，抗病材料不接种第8d(XA1378C)的差异表达基因数量最小(5161)。同一材料的不同处理和不同材料的相同处理共9个比较组合的差异表达基因显著性GO富集分析结果，差异表达基因最为富集的是生物学过程中的代谢过程、细胞过程、有机质代谢过程、初级代谢过程、细胞代谢过程和分子功能中的催化活性等GO terms; KEGG富集分析结果，差异表达基因显著性KEGG富集在光合作用、光合天线蛋白、代谢途径、植物激素信号转导、核糖体等Pathway通路。

目录

声明

摘要

第1章 文献综述

1．1 花生生产发展概况

1．2 花生晚斑病及其抗性遗传改良

1．2．1 花生晚斑病病原及其危害特点

1．2．2 花生晚斑病抗性遗传

1．2．3 花生晚斑病抗性育种

1．3 植物数量性状主基因+多基因遗传模型及其在花生上的应用

1．3．1 植物数量性状遗传体系的分离分析方法

1．3．2 植物数量性状主基因+多基因遗传分离分析方法在花生上的应用

1．4 分子标记及其在花生遗传改良中的应用

1．4．1 主要的分子标记

1．4．2 分子标记在花生遗传改良中的应用

1．5 QTL定位及其在花生上的应用

1．5．1 QTL定位原理

1．5．2 常用的作图群体

1．5．3 QTL定位方法

1．5．4 花生QTL定位研究概况

1．6 数字基因表达谱(DGE)

1．6．1 DGE概述

1．6．2 DGE技术原理及路线

1．6．3 DGE的特点

1．6．4 DGE应用研究进展

1．7 本研究的目的和意义

第2章 花生晚斑病抗性表型遗传分析

2．1 材料与方法

2．1．1 植物材料

2．1．2 试验方法

2．1．3 性状调查方法

2．1．4 遗传分析方法

2．2 结果与分析

2．2．1 XA-RIL群体及其双亲晚斑病田间抗性

2．2．2 晚斑病抗性主基因+多基因遗传效应分析

2．2．3 XA-RIL群体晚斑病抗性与主要产量和农艺性状的关系

2．3 讨论

2．3．1 花生晚斑病抗性的遗传效应

2．3．2 植物数量性状遗传体系的分离分析

2．3．3 花生晚斑病抗性遗传改良

2．4 结论

第3章 花生晚斑病抗性QTL定位

3．1 材料与方法

3．1．1 植物材料

3．1．2 SSR分析

3．1．3 数据分析

3．2 结果与分析

3．2．1 花生遗传图谱的构建

3．2．2 花生晚斑病抗性QTL定位

3．3 讨论

3．3．1 关于花生遗传连锁图谱的构建

3．3．2 关于花生晚斑病抗性QTL定位

3．4 结论

第4章 花生晚斑病抗性数字基因表达谱分析

4．1 材料与方法

4．1．1 实验材料

4．1．2 实验方法

4．1．3 数据分析

4．2 结果与分析

4．2．1 RNA提取

4．2．2 转录组测序与分析

4．2．3 DGE分析

4．3 讨论

4．4 结论

参考文献

致谢

附录

攻读学位期间发表的学术论文及成果目录