尾叶桉×细叶桉重要经济性状的遗传变异与关联分析

摘要

林木的生长和材性对木材的产量和质量有非常重要的影响，是林木重要的经济性状。对生长和材性进行遗传变异研究，促进木材产量和品质的改良，是林木遗传育种的重要内容。杂交育种是木材产量和品质改良的一个重要手段，其目的是获取杂种优势，而杂交亲本的选择对杂种优势的获取非常关键，因此研究杂交亲本遗传信息与杂种子代表现的相关，可快速有效地选择杂交亲本。林木的生长和木材的形成受多基因调控，对林木生长和材性性状进行关联分析，挖掘与生长和材性关联的基因组位点，有助于林木生长和材性性状的分子育种。桉树作为重要的人工林树种，对木材的生产非常重要。本论文对尾叶桉(Eucalyptus urophyllaS.T.Blake)×细叶桉(E.tereticornis Smith)析因交配杂种群体生长和材性的遗传变异进行研究;并利用基于表达序列标签的简单重复序列标记(Expressed sequence tag-simple sequence repeat，EST-SSR)，研究杂交亲本遗传信息与杂种子代表现的相关;利用杂种群体的简化基因组测序，鉴定单核苷酸多态性位点(Single-nucleotide polymorphisms，SNP)，采用关联分析手段挖掘与生长和材性关联的SNP，解析木材形成的基因组基础，以促进林木生长和材性的遗传改良。通过研究，主要得到以下结论:
　　(1)杂种群体大部分生长和材性性状平均值大于母本自由授粉家系平均值，并且在长泰和永安两个试验点间的差异极显著，材性性状的表型变异通常小于生长性状。对于生长性状，10年生树高(H10）和胸径(D10)的狭义遗传力范围为0.13～0.22，表明生长受低水平的加性遗传控制;0.5年生到10年生生长性状的狭义遗传力趋势在1.5年生后趋于平稳，表明1.5年生可进行早期选择。对于10年生时的材性性状，木材密度(BD10)、纤维素含量(CC10)、半纤维素含量(HC10)、木质素含量(LC10)和紫丁香基木质素/愈创木基木质素的比例(S/G10)的狭义遗传力变化范围为0.03～0.49，表明材性受低到中等水平的加性遗传控制。显性效应对生长和材性的影响均较弱。生长性状H10和D10间的遗传相关和表型相关均为极显著正相关，表明可能受到相同的基因影响或者控制树高和胸径的基因具有连锁效应。生长性状与材性性状BD10、CC10和S/G10间为正的遗传相关，而与HC10和LC10间为负的遗传相关，这有利于纸浆材的遗传改良。H10、BD10、CC10、HC10和S/G10的B型相关均显著，表明具有较强的基因型×环境互作;D10和LC10的B型相关不显著，表明基因型×环境互作较弱。
　　(2)基于184个EST-SSR标记，10个尾叶桉和10个细叶桉杂交亲本的遗传距离范围从0.293到0.783，平均为0.640。根据UPGMA聚类图，所有亲本可分为三个组，第一组包含10个尾细桉母本，第二组、第三组和第四组分别包含4、2和4个细叶桉父本。通过适当地选择标记或等位片段来估算亲本遗传距离，包括利用多态性信息量大于0.7和0.8的标记估算的遗传距离（分别为GDPIC＞0.7和GDPIC＞0.8）以及20个亲本中频率为0.1～0.9、0.2～0.8和0.3～0.7的等位片段估算的遗传距离（分别为GDF0.1-0.9、GDF0.2-0.8和GDF0.3-0.7），其与H10、D10、BD10、 CC10、 HC10、LC10和S/G10以及7.5年生树高（H7.5）、胸径(D7.5)和木材密度(BD7.5)的性状均值、特殊杂交力和大多数杂种优势的相关性均不显著。基于显著等位片段的亲本遗传距离(GDSA)与性状均值、特殊杂交力和杂种优势的相关性有所增强，基于增效等位片段的亲本遗传距离(GDFA)和基于减效片段的亲本遗传距离(GDUA)与性状均值、特殊杂交力和跨地点的杂种优势显著正相关和显著负相关，预测效果明显增强，对桉树杂种均值、特殊杂交力和杂种优势的分子预测有明显的促进作用。
　　(3)基于杂种群体简化基因组测序，平均每个样品获得高质量序列8014894条，平均测序错误率为0.0118％，碱基质量值大于20的比例达到97.61％，平均GC含量为42.16％。分别对长泰和永安的杂种试验林单株进行基因分型，获得定位在巨桉基因组11条染色体上的高质量SNP位点156036个和156404个，SNP覆盖整个基因组且分布相对均匀。对10年生生长性状进行关联分析，长泰和永安两个环境下获得与树高显著关联的SNP位点共2015个，与胸径显著关联的SNP位点共464个;对关联位点上的基因进行注释分析，发现部分基因在生长和发育过程中具有调控作用。对10年生材性性状进行关联分析，长泰和永安两个环境下共获得与木材密度关联的SNP位点共1269个，与纤维素含量关联的位点共132个，与半纤维素含量关联的位点共290个，与木质素含量关联的位点共507个，与木质素S/G关联的位点共32544个;通过对关联位点上的基因进行注释分析，发现部分基因与植物的细胞壁修饰、细胞器发育、生长素调控、细胞伸长和分裂、信号转导、纤维素合成和细胞壁木质化过程有关。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 研究目的和意义

1．3 国内外研究现状及发展趋势

1．3．1 林木生长和材性性状的遗传变异研究

1．3．2 分子标记在林木中的应用

1．3．3 杂交亲本选配

1．3．4 关联分析研究现状及趋势

1．4 研究目标和主要研究内容

1．4．1 研究目标

1．4．2 研究内容

1．4．3 研究技术路线图

第二章 尾叶桉×细叶桉生长与材性遗传参数

2．1 材料与方法

2．1．1 试验材料与试验设计

2．1．2 性状观测

2．1．2 统计分析

2．2 结果与分析

2．2．1 各性状均值

2．2．2 方差分量和遗传力

2．2．3 性状间、年龄早晚相关以及B型相关

2．3 讨论

2．3．1 尾叶桉×细叶桉杂交群体性状表现

2．3．2 生长和材性的亲本遗传效应、遗传力和显性作用

2．3．3 性状间的遗传相关

2．4 小结

第三章 基于EST-SSR的亲本遗传信息与杂种子代表现的相关性研究

3．1 材料与方法

3．1．1 试验材料

3．1．2 EST-SSR标记数据

3．1．3 统计分析

3．2 结果与分析

3．2．1 亲本遗传多样性及标记筛选

3．2．2 亲本遗传信息与杂种均值的相关性

3．2．3 亲本遗传信息与特殊杂交力的相关性

3．2．4 亲本遗传信息与杂种优势的相关性

3．3 讨论

3．3．1 影响亲本遗传距离与杂种子代表现相关性的因素

3．3．2 显著片段、增效片段和减效片段对杂种子代表现的预测

3．4 小结

第四章 尾叶桉×细叶桉生长和材性性状的关联分析

4．1 材料与方法

4．1．1 试验材料、试验设计和性状调查

4．1．2 简化基因组测序

4．1．3 基因分型

4．1．4 关联分析

4．2 结果与分析

4．2．1 基因组DNA质量检测结果

4．2．2 简化基因组测序数据统计

4．2．3 SNP的检测

4．2．4 生长性状关联分析

4．2．5 材性性状关联分析

4．3 讨论

4．3．1 林木生长相关基因

4．3．2 木材相关基因

4．4 小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 对杂交育种策略的意义

5．3 展望

参考文献

附录

在读期间的学术研究

致谢