【摘要】：小麥?zhǔn)鞘澜缟现匾募Z食作物,氮是植物生長(zhǎng)發(fā)育過程中最重要的礦質(zhì)元素。選育氮高效小麥品種是當(dāng)前小麥品種改良的重要任務(wù)。本研究以小麥“泰農(nóng)18/臨麥6號(hào)”RIL群體(TL-RIL群體)為材料,基于RNA-Seq分析結(jié)果,以u(píng)nigene為單位構(gòu)建遺傳圖譜,從整個(gè)基因組水平對(duì)氮營(yíng)養(yǎng)性狀進(jìn)行QTL分析,以期為小麥分子標(biāo)記輔助育種提供依據(jù),為進(jìn)一步開展相關(guān)基因的克隆和遺傳機(jī)理的研究奠定基礎(chǔ)。主要結(jié)果如下:(1)對(duì)TL-RIL群體的184個(gè)家系和親本進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序,184個(gè)家系及親本分7個(gè)時(shí)期的RNA取樣,每個(gè)家系前3個(gè)時(shí)期和后4個(gè)時(shí)期混樣測(cè)序得到12Gb數(shù)據(jù),每個(gè)親本分7個(gè)時(shí)期測(cè)序得到42Gb數(shù)據(jù),總共約2.29T。經(jīng)變異分析得到1,142,959個(gè)標(biāo)記,經(jīng)過篩選錨定等步驟,剩余98,431個(gè)標(biāo)記,屬于20,150個(gè)unigenes,這些unigenes用于構(gòu)建小麥高密度遺傳連鎖圖譜。最終圖譜全長(zhǎng)16,023.1 cM,包括21個(gè)連鎖群,11,710個(gè)bin,15,475個(gè)unigenes,77,092個(gè)標(biāo)記,平均密度為1.37 cM/bin。其中5B染色體遺傳距離最長(zhǎng)并且包括的位點(diǎn)數(shù)最多,長(zhǎng)1,348.9 cM,包括1,192個(gè)bin;最短的染色體是4D,其長(zhǎng)度為217.8 cM,包括82個(gè)bin。1B染色體的密度最大,為1.09 cM/bin,密度最小的是3D,是3.23 cM/bin。標(biāo)記位點(diǎn)在ABD三個(gè)基因組間的分布不均:A基因組有3,945個(gè)bin,5,207個(gè)unigenes,27,155個(gè)標(biāo)記;B基因組5,735個(gè)bin,7,696個(gè)unigenes,38,483個(gè)標(biāo)記;D基因組2,030個(gè)bin,2,572個(gè)unigenes,11,454個(gè)標(biāo)記。三個(gè)基因組全長(zhǎng)分別A基因組5,377.1 cM(33.56%)、B基因組7,112.7 cM(44.39%)、D基因組3,533.3 cM(22.05%)。在7個(gè)同源組中,第5同源組最長(zhǎng),為2,890.5 cM,包含2,343個(gè)bin,平均密度也是最大的,為1.23 cM/bin。其次同源組依次為:第1、第2、第6、第7、第3和第4同源組。該圖譜的構(gòu)建參考標(biāo)記的物理位置,QTL可直接與物理圖譜對(duì)應(yīng),有利于候選基因預(yù)測(cè)和驗(yàn)證。(2)在小麥苗期和成株期,分別設(shè)置不同的氮處理,檢測(cè)氮營(yíng)養(yǎng)性狀的QTL。在苗期設(shè)置高中低3種氮水平,進(jìn)行了兩次水培試驗(yàn),調(diào)查測(cè)定了生物量、氮效率等18個(gè)氮營(yíng)養(yǎng)相關(guān)性狀。在成株期進(jìn)行了4年的試驗(yàn),采用大田池栽的方式,設(shè)置正常氮和低氮兩個(gè)營(yíng)養(yǎng)水平,調(diào)查測(cè)定了產(chǎn)量、氮吸收效率、氮利用效率相關(guān)的共22個(gè)性狀。方差分析結(jié)果顯示,苗期性狀處理間的變異都達(dá)到了p≤0.001顯著;對(duì)于基因型間的變異,除RNC和TNC基因型間的變異不顯著,未用于QTL分析;SNC基因型間變異水平為p≤0.01顯著,其他性狀的基因型變異都達(dá)到p≤0.001顯著。大部分成株期性狀處理間的變異達(dá)到了p≤0.01顯著或p≤0.001顯著;TSSS基因型變異不顯著,未用于QTL分析;StNC、StNUE和ANUE基因型變異水平為p≤0.01,其他性狀基因型變異水平都是p≤0.001。相關(guān)分析結(jié)果表明,苗期生物量性狀之間、氮素吸收效率性狀之間以及氮素利用效率性狀之間都顯著相關(guān)。而且,生物量性狀和氮素吸收效率性狀之間、生物量性狀和氮素利用效率性狀之間、氮素吸收效率和氮素利用效率性狀之間的相關(guān)系數(shù)也都達(dá)到了顯著水平。成株期產(chǎn)量性狀之間和氮效率性狀之間都有顯著的相關(guān)性,產(chǎn)量性狀和氮效率性狀之間有不同程度的相關(guān)性。苗期的大部分性狀和成株期性狀之間也呈現(xiàn)出顯著相關(guān)。因此苗期的生物量性狀和成株期的部分產(chǎn)量性狀可以作為氮效率的初級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo),而不需要測(cè)定氮素含量,使得大規(guī)模評(píng)價(jià)氮效率更加方便、快捷。(3)小麥苗期檢測(cè)到53個(gè)高頻表達(dá)的QTL(RHF-QTL),包括143個(gè)單一性狀-處理QTL,其中有34個(gè)是生物量性狀QTL,12個(gè)是氮素吸收效率性狀QTL,7個(gè)QTL與氮素利用效率性狀相關(guān)。這些RHF-QTL涉及到除根氮利用效率(RNUE)外的所有苗期15個(gè)性狀,分布在10個(gè)染色體上,其中5D上有16個(gè),4B上有15個(gè)。17個(gè)RHF-QTL的加性效應(yīng)是正值,說明他們的增加效應(yīng)來自于母本泰農(nóng)18;36個(gè)RHF-QTL的加性效應(yīng)是負(fù)值,父本臨麥6號(hào)提供了他們的增加效應(yīng)。苗期QTL可以解釋表型變異的7.1%(QSdw-5D)~31.3%(QRsfw-4B.2),有25個(gè)QTL的平均貢獻(xiàn)率在10%以上。成株期檢測(cè)到105個(gè)RHF-QTL,包括325個(gè)單一性狀—處理QTL,其中有87個(gè)是產(chǎn)量性狀QTL,6個(gè)是氮素吸收效率性狀QTL,其余12個(gè)QTL與氮素利用效率性狀相關(guān)。這些RHF-QTL涉及到除秸稈氮濃度(StNC外)的所有成株期20個(gè)性狀,分布在20個(gè)染色體上(3D除外),其中4B上最多,有23個(gè)。62個(gè)RHF-QTL的加性效應(yīng)是正值,說明他們的增加效應(yīng)來自于母本泰農(nóng)18;43個(gè)RHF-QTL的加性效應(yīng)是負(fù)值,說明父本臨麥6號(hào)提供了他們的增加效應(yīng)。成株期QTL QSn-4B貢獻(xiàn)率最大,為40.3%,由臨麥6號(hào)提供加性效應(yīng);最小的是QSl-3A.3,為4.5%。另外,有42個(gè)QTL的平均貢獻(xiàn)率都大于10%。(4)試驗(yàn)共定位了24個(gè)由RHF-QTL組成的QTL簇(C1-C24),分布在10個(gè)染色體,涉及33個(gè)性狀,本研究將這些簇分為3類:(I)只在苗期檢測(cè)到的QTL簇,包括C3、C14、C16、C17和C18;(II)只在成株期檢測(cè)到的QTL簇,包括C1、C6、C8、C9、C10、C11、C15、C19、C21、C22、C23和C24;(III)在苗期和成株期同時(shí)檢測(cè)到的QTL簇,包括C2、C4、C5、C7、C12、C13和C20。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在4B上有一個(gè)值得關(guān)注的QTL簇(C7),它屬于第三類QTL簇。包括27個(gè)RHF-QTL,其中13個(gè)與苗期性狀相關(guān),14個(gè)成株期性狀相關(guān),既包括生物量和產(chǎn)量性狀也包括氮素吸收效率和氮素利用效率性狀。而且C7中所有27個(gè)RHF-QTL的貢獻(xiàn)率都大于10%,表明他們都是主效QTL。C7的區(qū)間包含的unigenes可用于分子標(biāo)記輔助選擇,對(duì)小麥高產(chǎn)或氮高效育種具有一定的價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：S512.1
【圖文】：

2.1 試驗(yàn)材料試驗(yàn)材料為課題組創(chuàng)建的“泰農(nóng) 18/臨麥 6 號(hào)”RIL 群體（TL-RIL 群體）（2013 年為 F8）。泰農(nóng) 18（圖 1）是本課題組選育的中大穗型品種，其母本是萊州 137，父本是煙 369-7（煙農(nóng) 19 姊妹系），于 2008 年通過山東省農(nóng)作物品種審定委員會(huì)審定。泰農(nóng)18 具有較高的氮利用效率，在多個(gè)氮水平下均可獲得較高產(chǎn)量，另外還具有矮桿、抗倒伏、高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)的特點(diǎn)。泰農(nóng) 18 已成為骨干親本：本課題組用其育成了山農(nóng) 25、山農(nóng)29 和山農(nóng) 30，其他單位用其育成淄麥 28、淄麥 29、鑫瑞麥 38，2019 年國(guó)家區(qū)試中有50 多個(gè)品系親本之一為泰農(nóng) 18。臨麥 6 號(hào)是參加過山東省小麥區(qū)試的一個(gè)小麥品系，氮素利用效率相對(duì)較低，其母本是濟(jì)麥 22 的親本之一，父本是魯麥 13。利用泰農(nóng) 18和臨麥 6 號(hào)配制雜交組合，利用單穗傳法構(gòu)建群體，最終構(gòu)建的 RIL 群體包括 305 個(gè)株系。隨機(jī)選擇其中的 184 個(gè)株系構(gòu)建高密度遺傳連鎖圖譜、調(diào)查性狀，進(jìn)行 QTL 分析。

各時(shí)期取樣照片

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文表 2 水培試驗(yàn)氮處理設(shè)置Table 2 N treatments of the hydroponic experiment處理 編號(hào) 氮的倍數(shù) 氮濃度es Treatments Codes Times of N N concentration (H)3 HN HN13-1 2×N 8.0 mMMN MN13-1 1×N 4.0 mMLN LN13-1 1/5×N 0.8 mM4 HN HN13-2 2×N 8.0 mMMN MN13-2 1×N 4.0 mMLN LN13-2 1/5×N 0.8 mM

【參考文獻(xiàn)】

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1 姜志艷;于肖夏;于卓;劉志華;郝治滿;李小雷;;四倍體雜交冰草AFLP遺傳連鎖圖譜的構(gòu)建[J];麥類作物學(xué)報(bào);2015年04期

2 李燦東;;大豆QTL作圖群體與定位方法研究進(jìn)展[J];大豆科技;2014年03期

3 高猛;安玉麟;孫瑞芬;張艷芳;;向日葵rRNA基因克隆及其染色體定位研究[J];中國(guó)細(xì)胞生物學(xué)學(xué)報(bào);2014年02期

4 侯文通;楊俐蘋;;提高小麥氮肥利用率的生理生化機(jī)制及其研究進(jìn)展[J];作物雜志;2013年01期

5 李巧云;張曉亮;張志剛;趙智中;;大白菜分子遺傳圖譜構(gòu)建研究進(jìn)展[J];生物技術(shù)通報(bào);2012年06期

6 張蓉;刁其玉;;遺傳標(biāo)記的發(fā)展及其在家畜遺傳育種中的應(yīng)用[J];現(xiàn)代畜牧獸醫(yī);2009年09期

7 王建康;;數(shù)量性狀基因的完備區(qū)間作圖方法[J];作物學(xué)報(bào);2009年02期

8 張耀鴻;張亞麗;黃啟為;徐陽(yáng)春;沈其榮;;不同氮肥水平下水稻產(chǎn)量以及氮素吸收、利用的基因型差異比較[J];植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào);2006年05期

9 李朋波;曹美蓮;劉惠民;楊六六;陳耕;;陸地棉遺傳圖譜構(gòu)建與纖維品質(zhì)性狀QTL定位[J];西北植物學(xué)報(bào);2006年06期

10 李淑文;周彥珍;文宏達(dá);李雁鳴;肖凱;;不同小麥品種氮效率和產(chǎn)量性狀的研究[J];植物遺傳資源學(xué)報(bào);2006年02期

本文編號(hào)：2758757