【摘要】：馬鈴薯(Solanum tuberosum L.)是世界上第三大糧食作物,在保障糧食安全和貧困人群營養(yǎng)攝取方面發(fā)揮著重要作用。塊莖淀粉含量和植株熟性是馬鈴薯的兩個重要農(nóng)藝性狀。淀粉占塊莖干物質(zhì)的80%左右,很大程度上影響著馬鈴薯鮮食和加工品質(zhì)的優(yōu)劣。不同熟性的品種可以滿足不同季節(jié)和地區(qū)的馬鈴薯種植和市場供給,亦是重要的品種特性。前人的研究表明,二者均為多基因控制的數(shù)量遺傳性狀,然而受到馬鈴薯復(fù)雜遺傳背景及四體遺傳特性的影響,針對上述兩個性狀的遺傳研究和分子育種進(jìn)展緩慢。本研究為了探索上述兩個重要性狀的遺傳基礎(chǔ)以及二者的遺傳關(guān)系,構(gòu)建了以晚熟高淀粉品種‘隴薯8號’和早熟低淀粉品種‘早大白’為親本的F_1分離群體(含192個子代),繪制了四倍體遺傳連鎖圖譜,同時基于6個環(huán)境下的表型數(shù)據(jù)對塊莖淀粉含量和植株熟性進(jìn)行了QTL定位。主要研究結(jié)果如下:1.四倍體F_1分離群體的構(gòu)建與表型鑒定構(gòu)建了以‘隴薯8號’為母本、‘早大白’為父本的雜交F_1分離群體LZ。隴薯8號(L8)的塊莖淀粉含量較高,在本研究多個環(huán)境中的表型值為20.56%-23.00%,平均21.61%;熟性較晚,表型值為111 d-126 d,平均119 d。早大白(ZDB)的塊莖淀粉含量較低,在多個環(huán)境下的表型值為11.21%-14.09%,平均12.94%;熟性較早,表型值為64 d 86 d,平均75 d。通過離體組織培養(yǎng)快繁技術(shù)以及隔離網(wǎng)室蛭石栽培方式,生產(chǎn)了192個子代基因型及雙親的無病毒種薯,用于表型鑒定及后續(xù)分析。于2012年、2013年,在甘肅省馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)具有代表性的定西市、天水市、張掖市各設(shè)1個試驗(yàn)點(diǎn),進(jìn)行了LZ分離群體及其親本的表型鑒定。在2年3點(diǎn)共6個環(huán)境中,LZ群體塊莖淀粉含量的表型數(shù)據(jù)均呈連續(xù)性變異,基因型頻率呈近似正態(tài)分布,表明塊莖淀粉含量受多基因控制遺傳;雖然植株熟性的表型數(shù)據(jù)在6個環(huán)境中均呈連續(xù)性變異,但均呈偏態(tài)分布,表明植株熟性受少數(shù)主效基因及微效基因控制遺傳。上述結(jié)果說明,LZ分離群體適合開展塊莖淀粉含量和植株熟性的QTL定位遺傳分析。2.塊莖淀粉含量與植株熟性的相關(guān)性分析基于LZ分離群體在6個環(huán)境中的表型數(shù)據(jù),估算出塊莖淀粉含量的廣義遺傳力為0.82,而植株熟性的廣義遺傳力為0.93,兩個性狀均具有較高的廣義遺傳力,說明塊莖淀粉含量和植株熟性主要受到遺傳位點(diǎn)控制,外界環(huán)境影響較小。植株熟性相對于塊莖淀粉含量而言,受到非遺傳因素的影響更小。經(jīng)相關(guān)性分析,LZ分離群體塊莖淀粉含量與植株熟性之間除張掖點(diǎn)兩年均表現(xiàn)出顯著的正相關(guān)外(2012年和2013年的相關(guān)系數(shù)分別為0.444和0.215),在其它兩個試驗(yàn)點(diǎn)的相關(guān)性均不顯著,說明塊莖淀粉含量與植株熟性的相關(guān)性可能受到環(huán)境因素的影響,以上兩個性狀之間沒有緊密的相關(guān)性,可能受不同的遺傳位點(diǎn)調(diào)控。3.雙親遺傳連鎖圖譜的構(gòu)建利用85對EcoR I/Mse I、Pst I/Mse I和Sac I/Mse I的AFLP引物組合、86對SSR引物擴(kuò)增的817個標(biāo)記,采用雙擬測交策略,以四倍體分析軟件TetraploidMap for Windows分別構(gòu)建了LZ群體兩個親本的遺傳連鎖圖譜。母本(L8)遺傳圖譜全長1245.64 cM,含多態(tài)性標(biāo)記209個(其中58個SSR標(biāo)記,151個AFLP標(biāo)記,包括3個共顯性標(biāo)記、112個單顯體標(biāo)記、10個二顯體標(biāo)記、84個雙單顯體標(biāo)記),標(biāo)記間平均距離5.96 cM。該圖譜包含12個連鎖群,其中10個連鎖群均含有完整的4條同源染色體,連鎖群LG3和LG9分別含2個和1個同源染色體。根據(jù)58個定位信息明確的SSR標(biāo)記,確定了11個連鎖群分別對應(yīng)除第Ⅳ號以外的其余11條馬鈴薯染色體。父本(ZDB)遺傳圖譜全長1310.95 cM,標(biāo)記間平均距離為6.21 cM,含多態(tài)性標(biāo)記211個(其中51個SSR標(biāo)記,160個AFLP標(biāo)記,包括4個共顯性標(biāo)記、6個單顯體標(biāo)記、24個二顯體標(biāo)記、107個雙單顯體標(biāo)記)。該圖譜含有13個連鎖群,其中,9個連鎖群均含有完整的4條同源染色體,其余的4個連鎖群各含3條同源染色體。根據(jù)51個定位信息明確的SSR標(biāo)記,將12個連鎖群一一對應(yīng)于馬鈴薯的12條染色體。雙親連鎖圖譜的質(zhì)量能夠滿足本研究遺傳分析和QTL定位的要求。4.標(biāo)記與性狀的相關(guān)分析通過方差分析(single-point ANOVA)和Kruskal-Wallis檢驗(yàn)方法,確定對塊莖淀粉含量具有顯著效應(yīng)且檢測頻次≥3的標(biāo)記共有19個,其中8個標(biāo)記對淀粉含量的提高具有正向遺傳效應(yīng),11個標(biāo)記具有負(fù)向遺傳效應(yīng)。以上19個標(biāo)記中的16個分別位于母本(L8)的第Ⅰ、Ⅲ、Ⅵ、Ⅷ、Ⅹ號染色體和父本(ZDB)的Ⅳ、Ⅷ、Ⅹ、Ⅺ、Ⅻ號染色體上。對植株熟性具有顯著效應(yīng)且檢測頻次≥3的標(biāo)記共有38個,其中,20個標(biāo)記對植株熟性的延遲具有正向遺傳效應(yīng),18個標(biāo)記具有負(fù)向遺傳效應(yīng)(即有助于提早植株成熟),定位在圖譜上的25個標(biāo)記分別位于母本(L8)的第Ⅰ、Ⅴ、Ⅷ、Ⅺ號染色體和父本(ZDB)的第Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅸ、Ⅺ、Ⅻ號染色體上,其中在母本(L8)和父本(ZDB)的第Ⅴ號染色體上就分別定位了7個和6個標(biāo)記,說明第V號染色體可能存在控制植株熟性的重要遺傳位點(diǎn)。5.塊莖淀粉含量和植株熟性的QTL定位在構(gòu)建的雙親連鎖圖譜基礎(chǔ)上,采用6個環(huán)境下的塊莖淀粉含量表型數(shù)據(jù),通過區(qū)間作圖(Interval Mapping)法檢測到11個與塊莖淀粉含量相關(guān)的QTL,分別位于母本(L8)的第Ⅰ、Ⅱ、Ⅵ、Ⅷ、Ⅹ、Ⅻ號染色體上和父本(ZDB)的第Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ、Ⅷ和Ⅻ號染色體上,而至少在3個環(huán)境中可重復(fù)檢測到的4個穩(wěn)定QTL分別位于母本(L8)第Ⅰ、Ⅱ、Ⅷ號染色體上和父本(ZDB)的第Ⅷ號染色體上。其中QTL TSC_L_01、TSC_L_08和TSC_Z_08表現(xiàn)為正向效應(yīng),即這些QTL的存在有助于提高塊莖淀粉含量,對塊莖淀粉含量變異的平均貢獻(xiàn)率分別為17.52%、10.96%和13.15%;而TSC_L_02表現(xiàn)為負(fù)向效應(yīng),該位點(diǎn)的存在降低了塊莖淀粉含量,對塊莖淀粉含量變異的平均貢獻(xiàn)率為17.19%。本研究檢測到6個與植株熟性相關(guān)的QTL,分別位于母本(L8)的第Ⅱ、Ⅴ、Ⅺ號染色體上和父本(ZDB)的第Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ號染色體上,而可重復(fù)檢測到的唯一的1個穩(wěn)定的植株熟性QTL PM_Z_05位于父本(ZDB)的第Ⅴ號染色體上。PM_Z_05在5個環(huán)境中穩(wěn)定存在,表現(xiàn)為正向遺傳效應(yīng),即該位點(diǎn)的存在有利于延遲植株成熟,其1-LOD置信區(qū)間為45.2 cM-62.5 cM,對表型變異的貢獻(xiàn)率達(dá)到21.63%-26.60%,平均為24.93%。本研究構(gòu)建了普通栽培種同源四倍體馬鈴薯的遺傳連鎖圖譜,并定位了控制塊莖淀粉含量和植株熟性遺傳的QTL。根據(jù)表型鑒定、QTL分布的染色體及其置信區(qū)間的結(jié)果分析,控制塊莖淀粉含量和植株熟性遺傳的QTL分布在不同的染色體上,二者不存在明顯的相關(guān)性。本研究結(jié)果表明,塊莖淀粉含量受位于第Ⅰ、Ⅱ、Ⅷ號染色體上的多個遺傳位點(diǎn)控制,而植株熟性主要受位于第Ⅴ號染色體上的1個遺傳位點(diǎn)控制,沒有檢測到這兩個性狀QTL位點(diǎn)間的互作效應(yīng),說明塊莖淀粉含量和植株熟性遺傳是相互獨(dú)立的,為選育早熟高淀粉品種提供了理論依據(jù)。
【圖文】：

馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）塊莖淀粉含量及植株熟性性狀的 QTL 定位與遺傳分析的作用下形成麥芽糖（Maltose），在麥芽糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的幫助下進(jìn)入細(xì)胞溶質(zhì)中，并在淀粉去分支酶（Disproportionating enzyme 2，DPE2）作用下以葡萄糖的形式釋放到細(xì)胞溶質(zhì)（Deschamps et al 2008,Ahmed et al 2018）（圖 1-1）。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法.2.1 種薯繁育在 2011 年和 2012 年，進(jìn)行了 LZ 群體子代和親本的組培苗擴(kuò)繁與無毒種薯。在甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院會川馬鈴薯育種試驗(yàn)站，將無毒組培苗采用無土栽培方插于隔離網(wǎng)室的蛭石中，每個小區(qū)扦插 1 個基因型組培苗，每行 25 - 30 株，，移。為了防止各基因型材料混雜，小區(qū)之間用 20 cm 高的 PVC（Polyvinyl chloride氯乙烯）板隔開。其后，按照馬鈴薯脫毒原原種繁育技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)操作，每個基因獲 90 粒微型薯（5 g - 10 g），用于田間種植和表型鑒定。共獲得 192 個 LZ 群體代株系，種薯質(zhì)量一致。16
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：S532

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2614632