【摘要】：高粱是人類最早栽培的重要谷類作物之一,具有用途廣泛,抗逆性強(qiáng),種植范圍廣等特性,是有廣闊應(yīng)用前景的能源和糧食作物。隨著世界人口的不斷增長(zhǎng)、可耕地面積的不斷減少以及水資源的嚴(yán)重短缺,種植并培育高產(chǎn)的高粱品種將對(duì)世界糧食安全問題產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。目前,利用常規(guī)育種方法來(lái)增加高粱的產(chǎn)量已變得非常有限,而基于生物技術(shù)或基因工程的分子育種手段將能有效增加高粱的產(chǎn)量。粒重是構(gòu)成產(chǎn)量的一個(gè)重要因素,發(fā)掘控制高粱粒重的基因并闡明其調(diào)控機(jī)理是開展高粱高產(chǎn)分子育種的前提,因此,對(duì)高粱粒重進(jìn)行QTL分析并對(duì)主效QTL進(jìn)行精細(xì)定位將具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。而轉(zhuǎn)基因育種是進(jìn)行分子育種的一種有效手段并且轉(zhuǎn)基因方法也是進(jìn)行相關(guān)基因功能驗(yàn)證的重要方法,因此,建立一套高粱成熟胚的高效轉(zhuǎn)基因體系具有重要意義。本研究利用大粒高粱品種SA2313與小粒高粱品種Hiro-1雜交構(gòu)建的定位群體對(duì)高粱粒重進(jìn)行了QTL分析并對(duì)主效QTL進(jìn)行了精細(xì)定位,同時(shí)利用Hiro-1的成熟種子為外植體構(gòu)建了一套高效轉(zhuǎn)基因體系,主要研究結(jié)果如下：1.利用SA2313×Hiro-1雜交得到的F2群體對(duì)高粱粒重進(jìn)行QTL分析,共檢測(cè)到7個(gè)控制高粱粒重的QTL,它們所解釋的表型變異率介于7%～40%之間。這7個(gè)QTL均與前人的定位結(jié)果相同,沒有新定位到的QTL。2.利用種于北京和海南兩地的SA2313×Hiro-1 F2群體能夠重復(fù)檢測(cè)到兩個(gè)控制高粱粒重的QTL, qGWl和qGW2,其所解釋的表型變異率分別介于22%～40%之間和13%～27%之間,是控制高粱粒重的主效QTL3.利用K-385×SA23、ATx623×SA2313雜交得到的兩個(gè)F2群體對(duì)高粱粒重主效QTL進(jìn)行檢測(cè),只有qGWl均能夠被檢測(cè)到,說明qGW1在不同的遺傳背景下能夠穩(wěn)定存在。4.利用SA2313×Hiro-1 F3群體中的極端交換單株,將qGW1精細(xì)定位到1號(hào)染色體短臂大約101 kb的范圍內(nèi),包含13個(gè)候選基因。測(cè)序發(fā)現(xiàn)只有Sobic.001G038300基因在四個(gè)親本中編碼氨基酸的變異與表型變異是一致的,因此初步確定其為qGW1的候選基因,仍需進(jìn)一步驗(yàn)證。5.構(gòu)建了qGWl的近等基因系,為qGWl的進(jìn)一步精細(xì)定位提供了有力的作圖群體。6.利用Hiro-1的成熟種子為外植體構(gòu)建了一套高粱高效的轉(zhuǎn)基因體系,平均轉(zhuǎn)化效率為12.31%,為高粱重要基因的功能驗(yàn)證及高粱分子育種提供了重要基礎(chǔ)。以上研究結(jié)果對(duì)闡明高粱粒重的遺傳機(jī)理提供了重要信息,與qGWl緊密連鎖的分子標(biāo)記可以用于高粱高產(chǎn)育種的分子標(biāo)記輔助選擇,并且qGWl的精細(xì)定位為qGW1基因的克隆及進(jìn)一步明確其調(diào)控機(jī)理提供了重要依據(jù)。
[Abstract]:Sorghum is one of the most important cereal crops cultivated by human being, which has the characteristics of wide use, strong resistance to stress and wide planting range. Sorghum is a kind of energy and food crops with broad application prospects. With the increasing of world population, the continuous decrease of arable land area and the serious shortage of water resources, the cultivation and cultivation of high-yielding sorghum varieties will have a profound impact on world food security. At present, using conventional breeding methods to increase the yield of sorghum has become very limited, and molecular breeding methods based on biotechnology or genetic engineering can effectively increase the yield of sorghum. Grain weight is an important factor that constitutes yield. It is a prerequisite to develop molecular breeding for high yield sorghum to explore the genes controlling grain weight and clarify its regulation mechanism. QTL analysis of sorghum grain weight and fine location of main effect QTL will have important theoretical significance and application value. Transgenic breeding is an effective method for molecular breeding, and transgenic method is also an important method for functional verification of related genes. Therefore, it is of great significance to establish a set of efficient transgenic system of sorghum mature embryo. In this study, using the locational population constructed by hybridization of large grain sorghum (SA2313) and small grain sorghum (Hiro-1), the grain weight of sorghum was analyzed by QTL and the main effect QTL was carefully mapped. At the same time, the mature seeds of Hiro-1 were used as explants to construct a set of efficient transgenic system. The main results were as follows: 1. Using QTL analysis of grain weight of sorghum in F2 population obtained by SA2313 脳 Hiro-1 hybridization, a total of 7 QTL, controlling sorghum grain weight were detected. The rate of phenotypic variation explained by them was between 7% and 40%. The results of these seven QTL are the same as those of previous ones, and there is no newly located QTL.2.. Using the SA2313 脳 Hiro-1 F2 populations in Beijing and Hainan, the phenotypic variation rates explained by QTL, qGWl and qGW2, which control the grain weight of sorghum, ranged from 22% to 40% and 13% to 27%, respectively. Main effect QTL3. for controlling grain weight of sorghum Two F2 populations with K-385 脳 SA23,ATx623 脳 SA2313 hybridization were used to detect the main effect QTL of sorghum grain weight, only qGWl could be detected, which indicated that qGW1 could exist stably in different genetic background. 4. Using the extreme exchange single plant in the SA2313 脳 Hiro-1 F3 population, the qGW1 was finely mapped to the short arm of chromosome 1 about 101 kb, containing 13 candidate genes. It was found that only the variation of amino acids encoded by Sobic.001G038300 gene in the four parents was consistent with the phenotypic variation. Therefore, the preliminary identification of Sobic.001G038300 gene as a candidate gene of qGW1 still needs to be further verified. The near-isogenic lines of qGWl were constructed, which provided a powerful mapping population for the further fine mapping of qGWl. 6. 6. An efficient transgenic system of sorghum was constructed by using mature seeds of Hiro-1 as explants. The average transformation efficiency was 12.31, which provided an important basis for functional verification of important genes of sorghum and molecular breeding of sorghum. The above results provide important information for elucidating the genetic mechanism of sorghum grain weight. Molecular markers closely linked to qGWl can be used for molecular marker-assisted selection in sorghum breeding for high yield. The fine mapping of qGWl provides an important basis for the cloning of qGW1 gene and further understanding of its regulatory mechanism.
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S511

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本文編號(hào)：2381917