【摘要】：玉米是重要的糧食作物、工業(yè)原料和飼料來源,也是研究遺傳、進化及馴化的模式作物之一。隨著B73基因組進一步完善和新一代測序技術(shù)成本的降低,利用基因型純合、重組率高和遺傳背景相對清晰的重組自交系為作圖群體,結(jié)合高通量、低重復測序技術(shù),能夠深入剖析玉米主要農(nóng)藝性狀的遺傳基礎(chǔ)。雜種優(yōu)勢是提高玉米雜交種產(chǎn)量的重要途徑,而一般配合力和特殊配合力具有重要的育種應用價值。本研究采用基因測序分型(Genotyping-by-sequencing,GBS)技術(shù)和含有365份家系的重組自交系(Recombinant inbred line,RIL)群體構(gòu)建高密度遺傳連鎖圖譜,對玉米株高、開花期、雄穗和產(chǎn)量相關(guān)性狀及其配合力效應進行QTL定位,發(fā)掘關(guān)鍵基因組位點,解析復雜農(nóng)藝性狀遺傳基礎(chǔ),為玉米分子標記輔助育種提供基礎(chǔ)。主要研究結(jié)果如下:1.親本自交系掖478和齊319通過30倍的重測序在親本間共獲得3,599,222個純合差異的SNPs。365份重組自交系利用GBS方法進行0.17倍的重測序在群體內(nèi)開發(fā)了 88,268個SNPs。利用滑動窗口策略獲得4,602個高質(zhì)量的bin標記,并進一步構(gòu)建了 RIL群體的高密度遺傳連鎖圖譜,圖譜總長為1545.64 cM,平均圖距為0.34 cM。遺傳圖譜共線性分析以及玉米軸色QTL作圖驗證了所構(gòu)圖譜的高分辨率和精確性,為進一步開展復雜性狀的遺傳解析奠定了基礎(chǔ)。2.2015、2016和2017年在5個環(huán)境下對RIL群體進行表型鑒定,利用復合區(qū)間作圖法對10個主要農(nóng)藝性狀進行單環(huán)境QTL定位,檢測到208個與性狀顯著關(guān)聯(lián)的QTL。多環(huán)境聯(lián)合分析檢測到45個QTL,其中86%的QTL可以同時在多環(huán)境和單環(huán)境中被檢測到。鑒定到15個控制農(nóng)藝性狀的QTL簇(QTLclusters,QCs),其中9個QCs與開花期性狀相關(guān)。第5號染色體bin5.05的QC8不僅能夠調(diào)控3個株高相關(guān)性狀,對雄穗分支數(shù)和小區(qū)產(chǎn)量也有顯著影響。3.測交群體5個環(huán)境的表型數(shù)據(jù)分析表明性狀配合力效應與性狀自身在群體中均呈現(xiàn)正態(tài)或接近正態(tài)分布。配合力方差分析表明,除單株產(chǎn)量外,其它性狀在測交群體中主要以加性效應為主。相關(guān)性分析表明一般配合力效應與性狀自身呈顯著或極顯著的正相關(guān)性。10個主要農(nóng)藝性狀及其配合力效應單環(huán)境QTL定位共檢測到714個QTL,其中具有穩(wěn)定性的QTL有204個,多環(huán)境聯(lián)合分析檢測到231個QTL。在鑒定到的QTL中,與性狀一般配合力效應顯著關(guān)聯(lián)的QTL居多,并且檢測到31個主效QTL;而與特殊配合力效應顯著關(guān)聯(lián)的QTL數(shù)目最少。4.共定位分析表明與性狀一般配合力效應顯著關(guān)聯(lián)的47個QTL中,分別有13個和41個QTL能夠同時在性狀自身及雜交種表現(xiàn)中被檢測到。位于第5號染色體的tPH5/tEH5-2同時控制性狀自身、一般配合力效應和雜交種表現(xiàn),并且該位點中的優(yōu)異等位基因在掖478的衍生系中具有傳遞性。位于第10號染色體bin10.04位點雖然是調(diào)控很多性狀一般配合力效應和雜交種表現(xiàn)的主效QTL,但該位點在掖478的大部分衍生系中都被替換掉了。此外,本研究鑒定的性狀自身、雜交種表現(xiàn)以及配合力效應顯著相關(guān)的QTL置信區(qū)間內(nèi)多包含有玉米或從水稻中通過同源克隆獲得的已報道的基因。解析這些基因在不同條件及組合間的表達模式對于進一步解析配合力和雜種優(yōu)勢形成的分子機理具有重要意義。
【圖文】：

16圖 2-1 掖 478 和齊 319 全基因組 SNPs 標記分布及遺傳變異（1）最外一圈刻度表示玉米 10 條染色體；（2）橙色直方圖表示掖 478 和齊 319 親本間差異 SNP 的分布密度；（3）綠色直方圖表示掖 478 和齊 319 位于外顯子內(nèi)的差異 SNP 分布密度；（4）藍色直方圖表示掖 478 和齊319 親本間差異 Indels 的分布密度。Figure 2-1 Genome-wide distribution of SNPs and genetic variants throughout the Ye478 and Qi319 genomes(1) The outermost box with scale represents the 10 maize chromosomes. (2) The orange histogram represents thedensity of SNPs that are polymorphic between Ye478 and Qi319. (3) The green histogram represents the density ofpolymorphic SNPs within coding sequences between Ye478 and Qi319. (4) The blue histogram indicates the density ofinsertions or deletions (Indels) between Ye478 and Qi319.

中國農(nóng)業(yè)科學院博士學位論文 第二章 基于玉米重組自交系群體的高密度遺傳連鎖圖譜構(gòu)建利用 15 個 SNP 滑動窗口的策略來檢測重組自交系群體中的重組斷點。本研究共獲得重組斷點 12,835 個，平均每個個體重組斷點為 35.16 個；樣本 RIL_65 重組斷點分布見圖 2-2，整個重組自交系群體的重組斷點分布見圖 2-3。在 RIL 群體中，以 100 Kb 長度的染色體區(qū)段為一個區(qū)間在全基因組水平上對群體基因型進行劃分，，將相鄰并且基因型相同的 bin 合并為 1 個 bin 標記，利用這種方法共獲得 4,602 個 bin 標記。所獲得的 bin 標記長度主要在 200 Kb 之下，只有約 13.3%的標記長度大于 1 Mb（圖 2-4）。
【學位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)科學院
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：S513


本文編號：2678799