本文關(guān)鍵詞：小麥關(guān)鍵性狀遺傳解析及功能標(biāo)記開發(fā)　出處：《山東農(nóng)業(yè)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：小麥?zhǔn)侵匾募Z食作物,是全世界30%以上人口的主食,培育高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)專用小麥品種是小麥育種研究的主要方向。遺傳分析是小麥育種的重要基礎(chǔ);農(nóng)藝性狀的基因挖掘和QTL分析及功能標(biāo)記的開發(fā)為小麥MAS育種提供理論基礎(chǔ)和工具。本研究的目的和意義:通過新開發(fā)的SNP芯片,構(gòu)建高密度遺傳連鎖圖譜,采用QTL定位分析的方法分析抽穗期、株高、粒重和籽粒硬度性狀;采用同源克隆的方法尋找和利用新的抽穗期性狀微效控制QTL,可以根據(jù)不同的種植要求微調(diào)節(jié)小麥抽穗期;新的基因(QTL)位點的挖掘及應(yīng)用對提高小麥產(chǎn)量和品質(zhì)具有重要作用。研究包括兩部分:一是創(chuàng)建揚麥16/中麥895DH群體,通過660K小麥SNP芯片對198個加倍單倍體株系進行基因分型,構(gòu)建高密度遺傳連鎖圖譜,對抽穗期、株高、千粒重和籽粒硬度等四個小麥關(guān)鍵性狀進行QTL分析,發(fā)掘新的性狀相關(guān)QTL位點及其緊密連鎖的SNP標(biāo)記,為材料的遺傳分析及相關(guān)性狀的基因克隆和分子標(biāo)記輔助育種奠定基礎(chǔ);二是通過同源克隆的方法,分離出擬南芥開花調(diào)控基因ELF3在小麥中的同源基因,分析基因與抽穗期的相關(guān)性,并根據(jù)等位變異開發(fā)功能標(biāo)記,通過連鎖分析驗證其功能,并用來檢測基因的不同變異類型在小麥中的分布。主要結(jié)果如下:(1)遺傳圖譜的構(gòu)建:利用660K小麥SNP芯片對198個來自揚麥16/中麥895的加倍單倍體株系進行全基因組掃描,去除親本間無多態(tài)性及缺失率大于20%的標(biāo)記,剩余148,225個SNP標(biāo)記,篩除嚴(yán)重偏分離標(biāo)記,將冗余標(biāo)記Binning在一起,去掉不能連鎖的45個標(biāo)記,最后由10,242個標(biāo)記各自代表一個Bin位點,構(gòu)建了揚麥16/中麥895遺傳圖譜。共分為25個連鎖群,小麥21條染色體被完全覆蓋,其中染色體1B、2B、4A和7A各由兩個連鎖群組成,其余染色體均為一個連鎖群。連鎖圖譜Bin數(shù)目的分布,以A組和B組染色體上的數(shù)目居多,其中5B達(dá)1021個;D染色體組上的標(biāo)記相對前人構(gòu)建的圖譜得到了極大豐富,Bin位點數(shù)目最少的是4D染色體,也達(dá)到了86個;連鎖圖譜標(biāo)記密度較高,77.8%的相鄰標(biāo)記間的遺傳距離在4c M以下。(2)農(nóng)藝性狀的QTL定位:通過對揚麥16/中麥895DH株系關(guān)鍵性狀:抽穗期、株高、千粒重和籽粒硬度值基本統(tǒng)計量分析表明,四個性狀值均呈連續(xù)分布,有一定的變異范圍,且均有超親分離現(xiàn)象,表明這些性狀為多基因控制的數(shù)量性狀,且雙親均含有加性效應(yīng)位點。方差分析結(jié)果表明環(huán)境方差較大,說明4個性狀均受環(huán)境影響較大;基因型方差大于誤差方差,適合做QTL定位分析。同一性狀不同環(huán)境間相關(guān)系數(shù)較高,廣義遺傳力較大,分別為0.81、0.94、0.67、0.90。用構(gòu)建的揚麥16/中麥895高密度遺傳圖譜對抽穗期、株高、千粒重和籽粒硬度4個性狀進行QTL定位,分別檢測到5個、4個、6個和10個性狀相關(guān)QTL,解釋的表型變異在2.3%-51.7%之間。通過抽穗期、株高等性狀已知基因開發(fā)的KSAP標(biāo)記驗證,及用QTL連鎖標(biāo)記側(cè)翼序列在小麥數(shù)據(jù)庫中Blast分析,25個穩(wěn)定的QTL中QHD.caas-5DL,QHD.caas-7BS,QHD.caas-7DS,QPH.caas-4BS,QPH.caas-4DS,QTKW.caas-4BS分別為已知的Vrn D1,Vrn B3,Vrn D3,Rht-B1,Rht-D1,Rht-D1和Rht-B1,三個環(huán)境下性狀均值解釋的表型變異除QHD.caas-7DS外,均超過10%。4個性狀分別檢測到2個、2個、4個和9個新的QTL位點。說明構(gòu)建的揚麥16/中麥895遺傳圖譜可靠性和實用性較高。(3)新的籽粒硬度QTL效應(yīng)分析:檢測到的籽粒硬度QTL:QHD.caas-7DS解釋的表型變異為10.7-13.9%,在檢測到的籽粒硬度QTL中效應(yīng)最大,加性效應(yīng)位點來自于揚麥16。通過連鎖標(biāo)記AX-108762054在該位點的等位變異(A-G),進一步分析三個環(huán)境下的籽粒硬度表型數(shù)據(jù),兩種基因型籽粒硬度差異顯著(P0.001),該位點不同于已知的Pina,Pinb,Pinb-2位點,值得進一步分析,研究。檢測到分別位于4BS、4DS,5DL,7DS上的4個多效性QTL區(qū)域。其中4BS,4DS的區(qū)域,是矮稈基因Rht-B1和Rht-D1增加株高、增大粒重的一因多效位點;5DL和7DS上同時檢測到影響抽穗期、千粒重和籽粒硬度的QTL位點。在這些區(qū)域,適應(yīng)性、產(chǎn)量與品質(zhì)相關(guān)性狀緊密關(guān)聯(lián),因此通過增加重組事件,獲得產(chǎn)量和加工品質(zhì)的同時提高是可能的。在本研究中檢測到的穩(wěn)定的QTL和重要的多效性QTL區(qū)域與SNP標(biāo)記緊密連鎖,可用于候選基因挖掘或者小麥分子標(biāo)記輔助育種。(4)小麥ELF3同源基因的克隆標(biāo)記開發(fā):以大麥Hv ELF3基因序列,采用同源克隆的方法,獲得了位于小麥第一同源群上的Ta ELF3-1AL、Ta ELF3-1BL和Ta ELF3-1DL基因序列。三個基因序列相似性較高,均包含四個外顯子和三個內(nèi)含子。Ta ELF3-1AL基因ORF長度為2319bp,編碼772個氨基酸;Ta ELF3-1BLORF長度為2310bp,編碼769個氨基酸;Ta ELF3-1DLORF長度為2310bp,編碼766個氨基酸,3個基因與Hv ELF3基因在c DNA及氨基酸水平相似性均超過90%。由于編碼區(qū)和非編碼區(qū)在進化過程中面對的選擇壓力不同,造成內(nèi)含子區(qū)域序列相對外顯子序列變異大,相似性較低。序列上的高度相似,預(yù)示了它們功能的相似性。(5)基于普通小麥Ta ELF3-1DL基因的兩個等位變異Ta ELF3-1DLa和Ta ELF3-1DLb,開發(fā)了一個顯性STS標(biāo)記。該標(biāo)記能在抽穗晚的品種中均能擴增出Ta ELF3-1DL的基因片段,在早抽穗的品種沒有擴增產(chǎn)物。通過擴增產(chǎn)物序列分析和利用藁城8901/周麥16 RIL群體QTL定位,將Ta ELF3-1DL定位于小麥1D染色體長臂端,并與1DL上控制抽穗期早晚的QTL共分離,在不同環(huán)境下解釋7.7-20.6%的表型變異。在藁城8901/周麥16 RIL群體的170個家系中,101個家系基因型為Ta ELF3-1DLa,69個家系基因型為Ta ELF3-1DLb,兩種等位基因之間抽穗期早晚差異達(dá)到1%的顯著水平。說明本研究中開發(fā)的功能標(biāo)記與抽穗期早晚高度相關(guān),可以有效地用于小麥分子標(biāo)記輔助選擇育種。使用該標(biāo)記對282分來自中國麥區(qū)和國外的品種材料進行Ta ELF3-1DL基因兩種單倍型分析,發(fā)現(xiàn)在所檢測品種中與晚抽穗相關(guān)的Ta ELF3-1DLa基因型所占的比例為89.4%,與早抽穗相關(guān)的Ta ELF3-1DLb基因型所占的比例為10.6%,說明在過去的育種過程中Ta ELF3-1DLa被正向選擇。該研究為在小麥育種中,根據(jù)不同適應(yīng)性的需要定向改變品種的抽穗期提供了一個新的基因。
[Abstract]:Genetic analysis is an important base for wheat breeding . The genetic analysis is an important basis for wheat breeding . ( 2 ) QTL mapping of agronomic traits : Four traits were identified by quantitative analysis of traits such as heading date , plant height , 1000 - grain weight and kernel hardness . The results showed that the phenotypic variance of four traits was greater than that of QHD . caas - 7DS , QPH . caas - 4BS , QHD . caas - 7DS , QPH . caas - 4BS , QHD . caas - 4DS , QTKW . caas - 4BS , respectively , showed two , two , four and nine new QTL loci . ( 3 ) QTL effect of grain hardness QTL was analyzed : the phenotypic variance of QTL for grain hardness was 10.7 - 13.9 % . ( 4 ) Cloning and marker development of wheat ELF3 - 1DL gene : A dominant STS marker was obtained by using the homologous clone method in the sequence of barley HF3 - 1AL gene . The length of Ta ELF3 - 1AL gene was 2319 bp , and its similarity was lower .

【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】：2017
【分類號】：S512.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1429315