割手密(Saaccharumspontaneum L.)是現(xiàn)代甘蔗品種十分重要的野生型原始種親本,主要用于品種的抗性、適應(yīng)性和產(chǎn)量的改良。我國不僅是割手密的起源中心之一,也是割手密重要的多樣性分布中心之一,富含豐富多樣的割手密資源類型,即有八倍至十六倍等各種倍性割手密還有非整倍性割手密。百余年的甘蔗遺傳育種歷史表明,不同倍性割手密資源的利用,開辟了甘蔗雜交育種的歷史,改良了甘蔗品種的抗性、適應(yīng)性和產(chǎn)量,推動了世界甘蔗產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。目前,國家甘蔗種質(zhì)資源圃保育了較多的不同倍性割手密資源,但對它們的利用較少,其優(yōu)異性狀或優(yōu)異基因被開發(fā)利用的程度較低,主要原因在于對它們所具有的優(yōu)異特性和遺傳背景不清。鑒于此,本研究利用表型性狀、基因組SSR標(biāo)記和核糖體ITS序列對國家甘蔗種質(zhì)資源圃中主要的四種倍性割手密資源(2n = 64,72,80,96)的遺傳多樣性及遺傳關(guān)系進行了評價;同時使用中國甘蔗常用親本為參照,對不同倍性割手密基因組標(biāo)記和抗性基因標(biāo)記位點的遺傳變異分布情況進行了分析;最后評價了抗黑穗病和強分蘗倍性割手密在抗黑穗病基因GluA1和分蘗基因HTD)2上的多態(tài)性及其單倍型在骨干親本和主栽品種中的分布,以期為不同倍性割手密資源的利用和優(yōu)異基因挖掘及最終服務(wù)于甘蔗生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)和提供指導(dǎo)。主要研究結(jié)果如下:1.對62份不同倍性割手密無性系16個形態(tài)性狀和4個品質(zhì)性狀的多樣性分析表明,形態(tài)性狀中的質(zhì)量性狀的多樣性不高,各性狀的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)在0.000-1.0680之間,最高的為57號毛群,其多樣性指數(shù)為1.0680,其次為葉色,而莖形和芽位沒有表現(xiàn)出多樣性。對于形態(tài)性狀中5個產(chǎn)量相關(guān)性狀,不同倍性割手密具有較高的遺傳變異,平均變異系數(shù)為35.94%,其中十倍體和八倍體割手密擁有更為豐富的遺傳變異;從具體性狀來看,單莖重最大,達到51.16%,其次為葉寬和株高。對于4個品質(zhì)相關(guān)性狀,不同倍性割手密平均變異系數(shù)為21.97%,低于產(chǎn)量相關(guān)性狀,同樣是十倍體和八倍體擁有更為豐富的遺傳變異;從具體性狀來看,蔗糖分最大,為32.23%,其次為簡純度。產(chǎn)量和品質(zhì)相關(guān)性狀之間的相關(guān)性分析表明,與產(chǎn)量相關(guān)的性狀之間或與品質(zhì)相關(guān)的性狀之間呈顯著的正相關(guān),而產(chǎn)量相關(guān)性狀中只有莖徑與所有品質(zhì)相關(guān)性狀呈明顯的負相關(guān),因此莖徑可作為判定不同倍性割手密品質(zhì)相關(guān)性狀的關(guān)鍵指標(biāo);另外,產(chǎn)量和品質(zhì)相關(guān)性狀的變異與海拔和緯度存在相關(guān)性,在低緯度低海拔地區(qū)分布的倍性割手密呈現(xiàn)植株高大、莖粗、錘度和糖分低的特點,而在高海拔高緯度地區(qū)的倍性割手密呈現(xiàn)植株矮小、莖細、但錘度和糖分較高的特點。依據(jù)20個表型性狀計算得到的Nei'S1972遺傳距離,可將不同倍性割手密無性系聚為3個明顯的類群。經(jīng)過綜合比較,云南82-110和云南84-268等10份倍性割手密無性系在產(chǎn)量和品質(zhì)相關(guān)性狀上表現(xiàn)優(yōu)異,可用于甘蔗生產(chǎn)性狀的改良。2.基于基因組SSR標(biāo)記和核糖體ITS序列數(shù)據(jù),探討了四種倍性割手密群體之間的分子遺傳多樣性和遺傳關(guān)系,結(jié)果表明:十倍體和八倍體在30個基因組SSR位點上表現(xiàn)出較高的多態(tài)性,多態(tài)信息量PIC值分別為0.9281和0.9248,而九倍體和十二倍體相對較低,分別為0.8254和0.8476;在核糖體ITS序列上,十倍體擁有最多的變異位點和簡約信息位點(58個和20個),其次為八倍體(43個和17個),而十二倍體和九倍體具有較少的變異位點和簡約信息位點。在四種倍性群體之間,遺傳分化系數(shù)較小(基因組SSR:Gst = 0.0880和 rDNA-ITS:Gst = 0.0700),基因流值較高(基因組 SSR:Nm = 5.1840和rDNA-ITS:Nm = 3.3200),表明它們之間基因交流頻繁,遺傳分化不明顯。Nei'sunbiased(1978)遺傳距離和聚類分析表明,八倍體與十倍體之間遺傳距離最小,為0.0106,并聚為一類,表現(xiàn)出較近的親緣關(guān)系,其次是九倍體與八倍體和十倍體親緣關(guān)系較近,聚在一個較大的類群,而十二倍體位于較外的類群,與其它倍性群體之間遺傳距離較大,表現(xiàn)出較遠的親緣關(guān)系,但相比較與十倍體和八倍體,與九倍體親緣關(guān)系更近點。結(jié)合標(biāo)記數(shù)據(jù)和地理分布數(shù)據(jù),推測九倍體可能來源于十倍體和八倍體的自然雜交而成,而十二倍體可能來源于九倍體的六倍體配子組合而成。各倍性割手密無性系之間的UPGMA分子聚類圖表明它們的聚類關(guān)系存在一定的地域分布特點,采集區(qū)域較近的無性系聚在相同的類群。3.以63份中國甘蔗常用親本為對照,使用30對基因組SSR和4個抗性基因標(biāo)記引物檢測了 62份不同倍性割手密的標(biāo)記條帶分布情況,結(jié)果表明:不同倍性割手密群體共獲得513個基因組SSR標(biāo)記條帶和116個抗性基因標(biāo)記條帶,而甘蔗常用親本群體只獲得363個和102個,表明不同倍性割手密群體無論在基因組水平還是抗性基因位點上都擁有較多的遺傳變異;在不同倍性割手密群體中,八倍體與十倍體在兩種標(biāo)記上都擁有更多的群體特有帶,具有較大的潛力可挖。在基因組水平,不同倍性割手密群體與甘蔗常用親本群體較低的共有帶比例(64.60%),表明它們之間還存在較大的遺傳差異,還有大量的遺傳變異未滲入到甘蔗親本中;但在抗性基因位點上,相對較高的共有帶比例(82.35%)表明較多的抗性基因變異已滲入到甘蔗親本中,兩種標(biāo)記共有帶比例的差異,說明了割手密抗性基因的人工選擇在割手密的利用上扮演了重要角色。在具體的4個抗性基因位點上,不同倍性割手密AQP和DREB基因位點的變異位點被利用的較為充分,而HSP70和WRKY1基因位點的變異被利用的相對較少,還有較大的開發(fā)利用價值。從所有參試材料擁有的基因組SSR標(biāo)記和抗性基因標(biāo)記擴增條帶數(shù)來看,福建89-1-17、廣東16號、四川79-2-16和福建仙游等4份倍性割手密都擁有超過170個基因組SSR標(biāo)記條帶,而在甘蔗常用親本群體中,ROC16、ROC25、ROC22、F172、CP72-1312、FR93-435和ROC20等7份材料擁有的基因組SSR標(biāo)記條帶較多,都超過150個,表明這些倍性割手密或常用親本材料在基因組水平都富含豐富的遺傳變異。在抗性基因標(biāo)記位點上,倍性割手密貴州78-1-11和云南83-213獲得較多的抗性基因標(biāo)記條帶;在甘蔗常用親本中,抗性較強和育種效果較好的抗性親本崖城82-96獲得最多的抗性基因標(biāo)記條帶,其次為育種效果較好的兩個親本CP72-1210和F160。這些擁有較多基因組和抗性基因標(biāo)記條帶的材料可用于甘蔗品種的遺傳改良。4.使用基因克隆技術(shù),從抗黑穗病和強分蘗的倍性割手密無性系中克隆出抗黑穗病基因GluA1和分蘗基因HTD2的基因組序列,同時使用另外4個甘蔗原始種親本(熱帶種(Saccharum officinarum)、大莖野生種(Saccharumrobustum)、印度種(Saccharumbarberi)、中國種(Sacchharum sinense))及甘蔗骨干親本和甘蔗主栽品種等材料作為對照,共獲得1040條克隆序列。序列組成表明,2個基因在所有研究材料中都由2個外顯子和1個內(nèi)含子組成,在序列位點數(shù)上,HTD2基因變異要大于GluA1基因。核苷酸多樣性表明GluA1基因外 ·顯子2序列變異最為豐富,其次為內(nèi)含子區(qū)域,外顯子1區(qū)域變異較少,相對保守;HTD2基因內(nèi)含子序列變異最為豐富,其次為外顯子1區(qū)域,而外顯子2區(qū)域相對保守;在插入缺失位點數(shù)上,GluA1基因較少,而HTD2基因較多。在兩個基因編碼區(qū)多態(tài)性上,包含倍性割手密在內(nèi)的原始種親本相比較甘蔗骨干親本和甘蔗主栽品種擁有更為豐富的遺傳變異和較多的單倍型。在原始種親本內(nèi),印度種HATUNI、中國種友巴(Uba)的GluA1基因擁有更多的基因多態(tài)性,抗黑穗病倍性割手密居中,而熱帶種黑車里本(Black cheribon)和大莖野生種51NG63在該基因上多態(tài)性較低;對于HTD2基因,強分蘗倍性割手密擁有更多的基因多態(tài)性,熱帶種黑車里本和大莖野生種51NG63基因多態(tài)性較低。在2個基因的單倍型分布上,抗黑穗病和強分蘗倍性割手密與其它4個原始種親本及甘蔗骨干親本和甘蔗主栽品種共有的單倍型較少,表明倍性割手密在抗黑穗病和分蘗性狀利用上具有較大的潛力。通過抗感黑穗病和強弱分蘗材料單倍型蛋白質(zhì)序列的比對,在GluA1蛋白質(zhì)序列上發(fā)現(xiàn)1個變異位點可能與材料的抗黑穗病有關(guān),在HTD2蛋白質(zhì)序列上發(fā)現(xiàn)1個變異位點可能與材料的分蘗有關(guān)。
【學(xué)位授予單位】：福建農(nóng)林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：S566.1

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 楊榮仲,吳才文,黃久凱;四川割手密資源聚類分類研究[J];甘蔗;2001年02期

2 潘世明,郭陳福,王子琳,王水琦,曾東火;福建割手密的搜集、研究和利用[J];甘蔗;1998年02期

3 丁燦;電導(dǎo)法測定割手密抗寒性的研究[J];思茅師范高等�？茖W(xué)校學(xué)報;2002年03期

4 許文花,楊清輝;甘蔗割手密無性系抗旱性鑒定[J];亞熱帶農(nóng)業(yè)研究;2005年01期

5 張革民;楊榮仲;劉海斌;方位寬;;割手密主要數(shù)量性狀的主成分及聚類分析[J];西南農(nóng)業(yè)學(xué)報;2006年06期

6 楊生超;李云洪;楊清輝;李富生;肖關(guān)麗;;割手密光合特性及其與原生長地海拔關(guān)系[J];中國糖料;2008年01期

7 王英;高和瓊;莊南生;黃東益;馬帥;;崖城割手密11號與拔地拉核型比較分析[J];中國農(nóng)學(xué)通報;2008年03期

8 齊永文;樊麗娜;何慧怡;陳勇生;敖俊華;鄧海華;;廣東割手密資源農(nóng)藝性狀遺傳多樣性評價[J];甘蔗糖業(yè);2009年03期

9 李志剛;李素麗;張榮華;楊麗濤;李楊瑞;;割手密莖尖細胞有絲分裂過程中微管骨架的變化[J];廣西植物;2009年04期

10 常丹;鄢家俊;白史且;梁緒振;干友民;李達旭;游明鴻;楊富裕;張?zhí)N薇;;割手密種質(zhì)資源研究進展[J];草業(yè)科學(xué);2011年04期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 楊翠鳳;割手密高密度遺傳圖譜的構(gòu)建及黑穗病QTL定位[D];廣西大學(xué);2015年

2 劉新龍;不同倍性割手密遺傳多樣性及抗病分蘗基因多態(tài)性研究[D];福建農(nóng)林大學(xué);2017年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前9條

1 林清凡;甘蔗熱帶種、割手密BAC文庫序列與高粱同源序列的初步比較學(xué)分析[D];福建師范大學(xué);2015年

2 王平;甘蔗屬割手密高貴化染色體遺傳研究[D];福建農(nóng)林大學(xué);2016年

3 申明明;割手密醛脫氫酶ScALDH基因克隆與表達分析[D];云南農(nóng)業(yè)大學(xué);2016年

4 黃玉新;斑茅割手密復(fù)合體（GXAS07-6-1）及其與甘蔗雜交后代的分子細胞遺傳學(xué)研究[D];廣西大學(xué);2016年

5 沈姣;BAC-FISH技術(shù)研究割手密核型[D];福建師范大學(xué);2016年

6 楊海霞;割手密分子遺傳連鎖圖譜的構(gòu)建[D];廣西大學(xué);2013年

7 劉建樂;割手密種質(zhì)資源遺傳多樣性及其產(chǎn)能潛力的研究[D];海南大學(xué);2015年

8 劉許輝;甘蔗與斑茅割手密復(fù)合體雜交后代的遺傳分析[D];廣西大學(xué);2013年

9 常丹;四川割手密（Saccharum spontaneum L.）種質(zhì)資源的遺傳多樣性的SRAP分析及產(chǎn)能潛力評價[D];四川農(nóng)業(yè)大學(xué);2011年

本文編號：1370676