【摘要】：小麥?zhǔn)鞘澜缟现匾募Z食作物,氮是植物生長發(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”RIL群體(TL-RIL群體)為材料,基于RNA-Seq分析結(jié)果,以unigene為單位構(gòu)建遺傳圖譜,從整個基因組水平對氮營養(yǎng)性狀進行QTL分析,以期為小麥分子標(biāo)記輔助育種提供依據(jù),為進一步開展相關(guān)基因的克隆和遺傳機理的研究奠定基礎(chǔ)。主要結(jié)果如下:(1)對TL-RIL群體的184個家系和親本進行轉(zhuǎn)錄組測序,184個家系及親本分7個時期的RNA取樣,每個家系前3個時期和后4個時期混樣測序得到12Gb數(shù)據(jù),每個親本分7個時期測序得到42Gb數(shù)據(jù),總共約2.29T。經(jīng)變異分析得到1,142,959個標(biāo)記,經(jīng)過篩選錨定等步驟,剩余98,431個標(biāo)記,屬于20,150個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16,023.1 cM,包括21個連鎖群,11,710個bin,15,475個unigenes,77,092個標(biāo)記,平均密度為1.37 cM/bin。其中5B染色體遺傳距離最長并且包括的位點數(shù)最多,長1,348.9 cM,包括1,192個bin;最短的染色體是4D,其長度為217.8 cM,包括82個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)記位點在ABD三個基因組間的分布不均:A基因組有3,945個bin,5,207個unigenes,27,155個標(biāo)記;B基因組5,735個bin,7,696個unigenes,38,483個標(biāo)記;D基因組2,030個bin,2,572個unigenes,11,454個標(biāo)記。三個基因組全長分別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個同源組中,第5同源組最長,為2,890.5 cM,包含2,343個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應(yīng),有利于候選基因預(yù)測和驗證。(2)在小麥苗期和成株期,分別設(shè)置不同的氮處理,檢測氮營養(yǎng)性狀的QTL。在苗期設(shè)置高中低3種氮水平,進行了兩次水培試驗,調(diào)查測定了生物量、氮效率等18個氮營養(yǎng)相關(guān)性狀。在成株期進行了4年的試驗,采用大田池栽的方式,設(shè)置正常氮和低氮兩個營養(yǎng)水平,調(diào)查測定了產(chǎn)量、氮吸收效率、氮利用效率相關(guān)的共22個性狀。方差分析結(jié)果顯示,苗期性狀處理間的變異都達到了p≤0.001顯著;對于基因型間的變異,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到p≤0.001顯著。大部分成株期性狀處理間的變異達到了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評價指標(biāo),而不需要測定氮素含量,使得大規(guī)模評價氮效率更加方便、快捷。(3)小麥苗期檢測到53個高頻表達的QTL(RHF-QTL),包括143個單一性狀-處理QTL,其中有34個是生物量性狀QTL,12個是氮素吸收效率性狀QTL,7個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個性狀,分布在10個染色體上,其中5D上有16個,4B上有15個。17個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RHF-QTL的加性效應(yīng)是負(fù)值,父本臨麥6號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QTL的平均貢獻率在10%以上。成株期檢測到105個RHF-QTL,包括325個單一性狀—處理QTL,其中有87個是產(chǎn)量性狀QTL,6個是氮素吸收效率性狀QTL,其余12個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個性狀,分布在20個染色體上(3D除外),其中4B上最多,有23個。62個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RHF-QTL的加性效應(yīng)是負(fù)值,說明父本臨麥6號提供了他們的增加效應(yīng)。成株期QTL QSn-4B貢獻率最大,為40.3%,由臨麥6號提供加性效應(yīng);最小的是QSl-3A.3,為4.5%。另外,有42個QTL的平均貢獻率都大于10%。(4)試驗共定位了24個由RHF-QTL組成的QTL簇(C1-C24),分布在10個染色體,涉及33個性狀,本研究將這些簇分為3類:(I)只在苗期檢測到的QTL簇,包括C3、C14、C16、C17和C18;(II)只在成株期檢測到的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檢測到的QTL簇,包括C2、C4、C5、C7、C12、C13和C20。試驗發(fā)現(xiàn)在4B上有一個值得關(guān)注的QTL簇(C7),它屬于第三類QTL簇。包括27個RHF-QTL,其中13個與苗期性狀相關(guān),14個成株期性狀相關(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RHF-QTL的貢獻率都大于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,對小麥高產(chǎn)或氮高效育種具有一定的價值。
【學(xué)位授予單位】：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：S512.1
【圖文】：

2.1 試驗材料試驗材料為課題組創(chuàng)建的“泰農(nóng) 18/臨麥 6 號”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審定。泰農(nóng)18 具有較高的氮利用效率，在多個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。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 年國家區(qū)試中有50 多個品系親本之一為泰農(nóng) 18。臨麥 6 號是參加過山東省小麥區(qū)試的一個小麥品系，氮素利用效率相對較低，其母本是濟麥 22 的親本之一，父本是魯麥 13。利用泰農(nóng) 18和臨麥 6 號配制雜交組合，利用單穗傳法構(gòu)建群體，最終構(gòu)建的 RIL 群體包括 305 個株系。隨機選擇其中的 184 個株系構(gòu)建高密度遺傳連鎖圖譜、調(diào)查性狀，進行 QTL 分析。

各時期取樣照片

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文表 2 水培試驗氮處理設(shè)置Table 2 N treatments of the hydroponic experiment處理 編號 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】

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本文編號：2758757