【摘要】：利用雜種優(yōu)勢,可以提高作物的產(chǎn)量,改良作物的品質(zhì)和抗逆性。雜種優(yōu)勢在作物育種中己被廣泛應(yīng)用,但其遺傳基礎(chǔ)目前仍沒有統(tǒng)一的解釋。棉花是具有較強(qiáng)雜種優(yōu)勢的作物,并且棉花重要的農(nóng)藝性狀為數(shù)量遺傳性狀,棉花育種的主要目標(biāo)就是對這些數(shù)量性狀進(jìn)行改良。分子數(shù)量遺傳學(xué)的發(fā)展為棉花雜種優(yōu)勢的研究提供了新的方法。本研究包括4個群體：以陸地棉(Gossypium hirsutum L.)的優(yōu)良雜交種“欣雜1號”及其母本與另一個品系配組的雜交種各自衍生的兩個重組自交系群體(基礎(chǔ)群體),以及用其共同母本與重組自交系群體分別回交構(gòu)建了兩個“永久”回交群體。利用復(fù)合區(qū)間作圖法和完備區(qū)間作圖法對4個群體在3個環(huán)境下的重要農(nóng)藝性狀進(jìn)行了單位點和雙位點的QTL分析,對在純合子和雜合子下檢測到的QTL遺傳效應(yīng)進(jìn)行了解析。本研究為剖析陸地棉的雜種優(yōu)勢機(jī)理提供了新的結(jié)果,對動態(tài)雜種優(yōu)勢遺傳基礎(chǔ)進(jìn)行了新的探索。獲得的主要結(jié)果如下：1.成功構(gòu)建了2個陸地棉分離群體的遺傳圖譜,圖譜分別包含623個位點和308個位點,覆蓋基因組分別為3889.9cM和3048.4cM。利用復(fù)合區(qū)間作圖法,將兩個雜交組合的重組自交系、回交群體和中親優(yōu)勢值三個數(shù)據(jù)集的產(chǎn)量性狀分別定位到了78、66和29個QTL。在回交群體中,對于產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子,50個QTL(64.9%)表現(xiàn)為部分顯性效應(yīng),27個QTL(35.1%)表現(xiàn)為超顯性效應(yīng)。雙位點水平上,利用完備區(qū)間作圖法,在RIL和回交群體中分別檢測到120和88個主效應(yīng)QTL (M-QTL),以及335和99個上位性QTL(E-QTL),并且檢測到大量的基因型與環(huán)境互作。絕大部分E-QTL的平均數(shù)目和解釋表型變異都大于M-QTL。結(jié)果表明,單位點部分顯性、超顯性效應(yīng),兩位點的上位性,以及基因與環(huán)境的互作效應(yīng)共同解釋雜種優(yōu)勢的遺傳基礎(chǔ),其中單位點部分顯性效應(yīng)和上位性效應(yīng)起到更重要的作用。2.雜種優(yōu)勢位點具有明顯的3個特征：第一,控制性狀和雜種優(yōu)勢的單位點QTL和上位性QTL都存在“一因多效”,可同時影響多個性狀及其雜種優(yōu)勢的表現(xiàn)；第二,雜種優(yōu)勢位點與環(huán)境存在互作效應(yīng),雜種優(yōu)勢的表現(xiàn)容易受到環(huán)境的影響；第三,產(chǎn)量性狀和其雜種優(yōu)勢QTL存在部分重疊,雜種優(yōu)勢位點不是獨立存在,產(chǎn)量和產(chǎn)量的雜種優(yōu)勢位點共同對陸地棉雜種優(yōu)勢的表現(xiàn)起作用。3.利用復(fù)合區(qū)間作圖法對不同時期的動態(tài)單株鈴數(shù)及其雜種優(yōu)勢進(jìn)行了QTL定位,在成熟期鑒定到23個QTL,而在其他3個發(fā)育時期檢測到99個QTL。動態(tài)單株鈴數(shù)的雜種優(yōu)勢遺傳基礎(chǔ)呈現(xiàn)動態(tài)變化,發(fā)育過程的早期表現(xiàn)為顯性到超顯性,而后期則表現(xiàn)為部分顯性到顯性；雜種優(yōu)勢水平越高,QTL顯性度越大。4.分子標(biāo)記雜合性與性狀表型值以及雜種優(yōu)勢之間的相關(guān)性均不顯著,全基因組的雜合性對雜合子的表現(xiàn)及動態(tài)性狀表現(xiàn)起到很少的作用。5.上位性和基因與環(huán)境的互作效應(yīng)普遍存在,上位性在控制產(chǎn)量性狀和性狀雜種優(yōu)勢的表現(xiàn)上都起到重要作用,且上位性以非主效應(yīng)QTL位點參與的互作為主。6.對株高作為動態(tài)發(fā)育模型進(jìn)行了動態(tài)QTL定位分析,結(jié)果表明控制株高發(fā)育動態(tài)性狀的QTL表達(dá)具有時空特征。株高雜種優(yōu)勢的遺傳基礎(chǔ)主要為單位點遺傳效應(yīng)并且呈現(xiàn)動態(tài)變化,發(fā)育早期以表現(xiàn)為部分顯性遺傳效應(yīng)的QTL居多,而發(fā)育后期QTL主要表現(xiàn)為超顯性遺傳效應(yīng)。此外,還對“欣雜1號”重組自交系苗期的根系進(jìn)行了動態(tài)發(fā)育QTL定位,結(jié)果表明控制根系發(fā)育動態(tài)性狀的QTL表達(dá)也具有時空特征。7.單位點的加性效應(yīng)和非主效位點參與的上位性互作是纖維品質(zhì)性狀的遺傳基礎(chǔ)。同時,檢測到了多個群體多個環(huán)境下穩(wěn)定表達(dá)的主效QTL,為下一步分子標(biāo)記輔助選擇育種提供了參考。
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【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S562
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本文編號：2467417