【摘要】：玉米(Zea mays L.)屬于禾本科玉蜀黍族玉蜀黍?qū)?其起源于中美洲,并通過馴化和人工選育而逐漸適應(yīng)溫帶環(huán)境條件。玉米作為食品、飼料、生物能源和釀酒等的重要來源之一,在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國家糧食安全方面具有不可估量的作用。為此利用分子育種手段提高玉米產(chǎn)量及加快育種進(jìn)程對糧食安全和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。全基因組選擇(genomic selection,GS)作為一種有效的分子育種手段已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于植物育種中,且具有提高遺傳增益、縮短育種時間和加快育種進(jìn)程的優(yōu)勢。本研究中利用自然群體和多個雙親群體進(jìn)行GS研究,通過分析其預(yù)測準(zhǔn)確度影響因素,從而為育種工作提供相應(yīng)的參考建議;而通過應(yīng)用全基因組關(guān)聯(lián)分析(genome-wide associtation study,GWAS)和QTL定位分析方法檢測與目標(biāo)性狀相關(guān)的分子標(biāo)記,并將其應(yīng)用于GS育種中可以有效地提高模型的預(yù)測能力;利用由共同親本衍生的不同世代雙親群體進(jìn)行產(chǎn)量相關(guān)性狀GS研究,發(fā)現(xiàn)在群體間親緣關(guān)系較近的情況下可以獲得良好的預(yù)測效果,從而為實(shí)際育種工作提供一些參考。1.全基因組選擇影響因素研究及其在育種中的應(yīng)用本研究通過對分子標(biāo)記密度、群體大小、遺傳率、統(tǒng)計模型、群體間親緣關(guān)系以及訓(xùn)練集與測試集間群體大小比例進(jìn)行GS研究。結(jié)果表明,預(yù)測準(zhǔn)確度會隨著標(biāo)記密度和群體大小的不斷增加而提高,直至接近峰值,且其與遺傳率成高度的正相關(guān);然而當(dāng)訓(xùn)練集的群體大小是測試集的3倍時,預(yù)測準(zhǔn)確度達(dá)到最大值,隨著相對群體大小倍數(shù)的增加預(yù)測準(zhǔn)確度增長幅度降低;由于訓(xùn)練群體中親緣關(guān)系較遠(yuǎn)個體的加入以及群體間等位基因頻率的差異而導(dǎo)致預(yù)測準(zhǔn)確度較低,隨著與預(yù)測群體相關(guān)個體不斷加入到訓(xùn)練群體,預(yù)測準(zhǔn)確度呈上升趨勢;不同模型間的預(yù)測準(zhǔn)確度不具有顯著的差異,當(dāng)群體中包含大量雜合基因型時考慮非加性效應(yīng)的模型可獲得良好的預(yù)測表現(xiàn)。2.基于性狀相關(guān)標(biāo)記的全基因組選擇通過對自然群體和雙親群體分別應(yīng)用GWAS和QTL定位方法對產(chǎn)量相關(guān)性狀進(jìn)行遺傳解析,將檢測到的性狀相關(guān)位點(diǎn)用于全基因組選擇研究。結(jié)果顯示利用性狀相關(guān)位點(diǎn)可以有效地提高GS預(yù)測準(zhǔn)確度。此外在模型中將性狀相關(guān)位點(diǎn)作為固定效應(yīng)考慮時,提高了大多數(shù)產(chǎn)量相關(guān)性狀的預(yù)測準(zhǔn)確度。因此,在實(shí)際的育種過程中將遺傳研究中獲得的性狀相關(guān)位點(diǎn)應(yīng)用于全基因組選擇可以提高其預(yù)測準(zhǔn)確度并提升育種效率。3.基于一般配合力相關(guān)標(biāo)記的全基因組選擇通過對自然群體和不同雙親群體產(chǎn)量相關(guān)性狀一般配合力進(jìn)行GWAS和QTL定位研究,并利用GCA相關(guān)標(biāo)記與隨機(jī)選擇的分子標(biāo)記進(jìn)行交叉驗(yàn)證比較。結(jié)果表明,應(yīng)用GCA相關(guān)位點(diǎn)時可以有效地提高GS預(yù)測準(zhǔn)確度。其中該方法對于GCA遺傳率較低的性狀可以較大程度地提高預(yù)測準(zhǔn)確度,且其增長的幅度要明顯大于GCA遺傳率較高的性狀。4.不同世代雙親群體間的全基因組選擇利用共同親本衍生的不同世代雙親群體分別針對產(chǎn)量相關(guān)性狀的表型和一般配合力效應(yīng)進(jìn)行GS研究,無論是利用F_(2:3)群體估算RILDH或F_5群體內(nèi)各家系的表現(xiàn),還是應(yīng)用F_5群體預(yù)測RILDH群體的表現(xiàn),大多數(shù)性狀均獲得較高的預(yù)測準(zhǔn)確度。而通過利用不同測交群體進(jìn)行全基因組選擇具有較好的預(yù)測效果。因此通過構(gòu)建相應(yīng)的訓(xùn)練群體及其測交群體,可以選育與相應(yīng)測驗(yàn)種具有雜種優(yōu)勢的候選育種材料,并能夠提高育種效率和加快育種進(jìn)程。
【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：S513
【圖文】：

米（Zea mays L.）是屬于禾本科玉蜀黍族玉蜀黍?qū)俚囊荒晟荼局参�，其起源于泛的變異而適應(yīng)多種氣候及自然條件（Camus-Kulandaivelu et al., 2006）。而考古關(guān)研究表明，大約 9000 年前，在墨西哥西南部河谷地區(qū)，現(xiàn)代玉米由野生種大芻p parviglumis）馴化而來（Matsuoka et al., 2002; Piperno et al., 2009; Van Heerwaar然而在其馴化的過程中，許多基因經(jīng)過自然選擇和人工選擇后而被淘汰，從而巨大的改變（Hufford et al., 2012）。早期玉米主要通過兩條路線向美洲南部進(jìn)行是大約在 6000 年之前傳播至南美洲安第斯山脈區(qū)域，另一條是在大約 6700 年前（Tenaillon et al., 2011）。除此之外，在大約 4100 年前傳播至美洲西部，之后的洲的北部和加拿大地區(qū)。在公元 800 至 1100 年，通過將美洲亞熱帶南方 Dent 材料進(jìn)行雜交以選育其開花習(xí)性（Tenaillon et al., 2011）。玉米的地方品種在南緯 40間均有種植，并且其種植的海拔高度范圍從 0 至 3400 米，表明對于不同的地域泛的適應(yīng)性。自從 1493 年玉米開始向世界范圍內(nèi)傳播，1493 年傳播至歐洲，149洲和亞洲（Mir et al., 2013），并于 16 世紀(jì)初被傳入中國。玉米本身具有優(yōu)良的耐，最初傳入我國時將其作為一種“救荒作物”，大部分被種植在山地丘陵等土壤，直到 17 世紀(jì)后期才被傳播至我國平原及沿海地區(qū)。玉米作為世界范圍內(nèi)重要的

19 2.1 測試群體各性狀表型相關(guān)分析。（a）自然群體；（b）重組自交系群體；（c）DH 群體；（d）F2:3群（e）F5群體；PH：株高；EH：穗位；EL：穗長；ED：穗粗；GYP：單株產(chǎn)量；HKW：百粒重Figure 2.1 Correlation of agronomic traits for tested populations. (a) Natural population; (b) A population containincombinant inbred lines; (c) A population contianing doubled haploid lines; (d) F3families derived from F2plants; (efamilies; PH: plant height; EH: ear height; EL: ear length; ED: ear diameter; GYP: grain yield per plant; HKW:hundred-kernel weight

20.2 測試群體各性狀遺傳相關(guān)分析。（a）自然群體；（b）重組自交系群體；（c）DH 群體；（d）F2:3（e）F5群體。PH：株高；EH：穗位；EL：穗長；ED：穗粗；GYP：單株產(chǎn)量；HKW：百粒重Figure 2.2 Genetic correlation of agronomic traits for tested populations. (a) Natural population; (b) A populationtaining recombinant inbred lines; (c) A population contianing doubled haploid lines; (d) F3families derived froants; (e) F5families; PH: plant height; EH: ear height; EL: ear length; ED: ear diameter; GYP: grain yield per plHKW: hundred-kernel weight狀之間呈近似的線性相關(guān)。且各性狀在不同群體間均呈正態(tài)分布。由各性狀的遺傳相關(guān)

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本文編號：2745742