非生物脅迫(如:低溫、鹽堿、干旱等)嚴重威脅著水稻的生長和生產(chǎn),輕則減產(chǎn),重則顆粒無收。因此,開展水稻抗逆性研究,明確其抗逆性的遺傳基礎和分子機制對提高水稻品種的抗逆性和保障糧食安全至關重要。抗逆性是復雜的數(shù)量性狀,受多個基因位點控制。關聯(lián)分析,作為一種研究復雜數(shù)量性狀遺傳基礎的有利手段,已廣泛應用于復雜性狀的研究中。水稻地方品種是豐富水稻基因庫重要的種質(zhì)資源。許多地方品種為我國水稻育種做出了突出的貢獻。然而,隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展,大量的水稻地方品種被選育品種所取代,導致水稻基因庫發(fā)生基因流失。近30多年來,盡管由于新品種的推廣,云南省一些地方稻種資源已經(jīng)在生產(chǎn)中被淘汰,但當前仍然有不少地方稻種因適應性廣、耐冷性強、抗病蟲、品質(zhì)優(yōu)以及與少數(shù)民族的生活習俗息息相關等原因而被保留了下來。因此,有效保護和利用云南水稻地方品種至關重要。本研究以來自世界各地的粳稻選育品種和云南農(nóng)家保護下水稻地方品種為試驗材料,對不同地理來源粳稻選育品種的抗逆性狀進行SSR標記關聯(lián)分析,并進行云南農(nóng)家保護下水稻地方品種遺傳多樣性的歷時變化研究,主要結(jié)果如下:1、粳稻抗逆性關聯(lián)分析(1)選取來源于中國11個省份和其他9個國家的347份粳稻選育品種作為試驗材料,利用覆蓋水稻全基因組的148個SSR標記檢測群體的遺傳多樣性,共檢測到805個等位變異,平均等位變異數(shù)為5.44個�；蚨鄻有灾笖�(shù)平均值為0.3413,變幅為0.0058~0.8752;多態(tài)信息含量(PIC)的平均值為0.3137,變幅為0.0058~0.8643。(2)群體結(jié)構分析將水稻品種劃分為3個亞群,分別為P1、P2和P3。分群結(jié)果與品種的主要地理分布較為一致。親緣關系研究表明,57.3%的成對水稻選育品種間親緣關系為0,并且41.1%的成對品種間親緣關系小于0.3,揭示了品種間無或僅有微弱的親緣關系。(3)LD結(jié)果表明,在整個群體中,64.1%的位點間存在顯著的連鎖不平衡(P0.05);當分別考慮每個亞群時,存在顯著連鎖不平衡的位點數(shù)目急劇下降,變幅是21.2~32.4%。在整個群體中,所有SSR成對位點間的r2值變幅為0~0.7270。在每個亞群中,平均r2值的變幅是0.0400(P2)~0.1633(P3)�？傮w上,LD隨著遺傳距離的增加而衰減,說明連鎖是引起連鎖不平衡的主要因素。(4)在粳稻選育品種的孕穗期耐冷性關聯(lián)分析中,基于Q+K模型共檢測到了24個位點與孕穗期耐冷性顯著相關,其中有5個位點與結(jié)實率顯著相關,19個位點與結(jié)實率冷水反應指數(shù)顯著相關。在所有關聯(lián)位點中,有6個位點在前人定位到的與水稻耐冷性相關的QTL區(qū)間內(nèi)或附近。RM282、RM252、RM6824和RM335是多個地點或年份均能重復檢測到的位點,比較穩(wěn)定,受環(huán)境背景影響較小。(5)在粳稻選育品種的耐鹽堿性關聯(lián)分析中,基于Q+K模型共定位到了40個與水稻耐鹽堿性相關的位點,其中有25個位點與耐鹽性顯著相關,15個位點與耐堿性顯著相關。在所有關聯(lián)位點中,有17個位點位于前人定位的耐鹽堿性QTL的區(qū)間內(nèi)或附近。此外,RM567、RM475和RM505在鹽脅迫和堿脅迫下均能檢測到,說明耐鹽性和耐堿性可能存在共同的遺傳基礎。(6)在粳稻選育品種產(chǎn)量相關性狀的關聯(lián)分析中,基于Q+K模型共定位到59個關聯(lián)位點,包括與抽穗天數(shù)關聯(lián)的位點11個、與株高關聯(lián)的位點12個、與有效穗數(shù)關聯(lián)的位點4個、與穗粒數(shù)關聯(lián)的位點11個、與結(jié)實率關聯(lián)的位點9個和與千粒重關聯(lián)的位點12個。在所有的關聯(lián)位點中,有23個位點位于前人報道的QTL區(qū)間內(nèi)。此外,有11個位點與兩個以上性狀同時關聯(lián),這可能是與性狀間相關或一因多效有關。2、云南農(nóng)家保護水稻地方品種遺傳多樣性的歷時變化(1)選取云南農(nóng)家保護下水稻地方品種共600份,其中收集于1980年有332份,收集于2007年有268份。通過對Cat A、GBSSII、Os1977、STS22、STS90、S5、Pid3、Ehd1、GS3和GS5共10個核基因片段的序列分析來研究水稻地方品種的遺傳多樣性的歷時變化。遺傳多樣性研究表明,收集于兩個不同時期水稻地方品種群體的核苷酸多樣性(π)和(θw)并無顯著差異(P0.05),其中1980年群體的π和θw值分別為0.0061和0.0032,2007年群體的π和θw值分別為0.0058和0.0033。研究表明,在農(nóng)家保護下,云南當?shù)氐霓r(nóng)民很好的保護了云南水稻地方品種,維持了其原有的遺傳多樣性水平。(2)單倍型分析表明,2007年收集的水稻地方品種群體保留了原有群體90.7%的單倍型。其中,7種單倍型已經(jīng)丟失,平均單倍型頻率為1.38%,變幅為0.9%~3.59%,同時有5種新產(chǎn)生的單倍型,平均單倍型頻率為1.90%,變幅為1.16%~4.25%。結(jié)果表明,經(jīng)過近30年來的馴化,農(nóng)家保護下,除部分丟失和新產(chǎn)生的單倍型外,2007年收集的云南水稻地方品種群體較好地維持了1980年群體的單倍型類型。(3)單倍型豐富度研究表明,稻作生態(tài)區(qū)Ⅰ在1980年群體中特有的單倍型的豐富度最多,占總單倍型豐富度的33.1%,在2007年群體中特有的單倍型的豐富度最少,占總單倍型豐富度的16.5%;而稻作生態(tài)區(qū)Ⅲ在1980年群體中特有的單倍型的豐富度最少,占總單倍型豐富度的18.3%。結(jié)果表明,經(jīng)過近30年來的馴化過程,具有最豐富遺傳變異的稻作生態(tài)區(qū)Ⅲ內(nèi)的水稻地方品種群體,能夠更好的維持其遺傳多樣性水平。(4)基于模型的群體結(jié)構分析表明,收集于不同時期的云南水稻地方品種很明顯的分化成兩個亞群,即秈稻群與粳稻群。而且,在每個稻作生態(tài)區(qū)中,均有秈稻與粳稻分布,這可能與云南省內(nèi)具有獨特的立體氣候密切相關。(5)AMOVA分析表明,兩個不同時期的水稻地方品種群體間(不考慮時期內(nèi)的遺傳結(jié)構),在一半的基因位點上,均表現(xiàn)出了顯著的遺傳差異(P0.05)。研究表明農(nóng)家保護能夠為水稻地方品種提供繼續(xù)變異與分化的機會。因此,農(nóng)家保護作為一種動態(tài)保護方式,應該被鼓勵和加強,尤其是在水稻的遺傳多樣性中心。(6)FST的結(jié)果表明,同一稻作生態(tài)區(qū)兩個不同時期間的遺傳分化(-0.0139~0.0537)低于時期內(nèi)稻作生態(tài)區(qū)間的遺傳分化(在1980年群體中:-0.0021~0.0644;在2007年群體中:-0.0138~0.1728)。在2007年的水稻地方品種群體中,稻作生態(tài)區(qū)間的遺傳分化(0.0664)要高于1980年群體中稻作生態(tài)區(qū)間的遺傳分化(0.0310)。這說明經(jīng)過近30年來的馴化過程,不同稻作生態(tài)區(qū)間的遺傳分化變大。
【學位單位】：中國農(nóng)業(yè)科學院
【學位級別】：博士
【學位年份】：2015
【中圖分類】：S511.22
【文章目錄】：
摘要
Abstract
英文縮略表
第一章 引言
    1.1 關聯(lián)分析的研究進展
        1.1.1 關聯(lián)分析的基礎
        1.1.2 關聯(lián)分析的策略
        1.1.3 關聯(lián)分析的優(yōu)勢
        1.1.4 關聯(lián)分析在植物數(shù)量性狀中的研究進展
    1.2 水稻耐冷性研究進展
        1.2.1 水稻不同生育時期的耐冷性鑒定評價
        1.2.2 水稻不同生育時期的耐冷性的遺傳基礎
    1.3 水稻耐鹽堿性研究進展
        1.3.1 水稻不同生育時期的耐鹽堿性鑒定評價
        1.3.2 水稻不同生育時期的耐鹽堿性的遺傳基礎
    1.4 云南地方稻種資源的遺傳多樣性研究
        1.4.1 云南水稻地方品種遺傳多樣性的研究意義
        1.4.2 云南水稻地方品種遺傳多樣性的研究進展
    1.5 本研究目的和意義
第二章 粳稻選育品種的遺傳多樣性、遺傳結(jié)構及LD分析
    2.1 材料與方法
        2.1.1 試驗材料
        2.1.2 基于SSR標記的基因分型
        2.1.3 基因型數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析
    2.2 結(jié)果與分析
        2.2.1 遺傳多樣性分析
        2.2.2 群體結(jié)構分析
        2.2.3 群體分化分析
        2.2.4 亞群內(nèi)的遺傳多樣性
        2.2.5 親緣關系的估計
        2.2.6 LD
    2.3 討論
        2.3.1 水稻選育品種的遺傳多樣性
        2.3.2 遺傳結(jié)構和遺傳分化
        2.3.3 LD
第三章 粳稻選育品種耐冷性鑒定及耐冷基因的關聯(lián)分析
    3.1 材料與方法
        3.1.1 試驗材料
        3.1.2 基于SSR標記的基因分型
        3.1.3 耐冷鑒定方法
        3.1.4 表型數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析
        3.1.5 關聯(lián)分析
    3.2 結(jié)果與分析
        3.2.1 不同來源粳稻選育品種的耐冷性狀表型差異
        3.2.2 不同來源粳稻選育品種的聚類分析
        3.2.3 表型性狀的多樣性
        3.2.4 模型比較與關聯(lián)分析
        3.2.5 優(yōu)異等位變異的效應
    3.3 討論
        3.3.1 不同來源粳稻選育品種的耐冷性差異
        3.3.2 自然低溫與冷水脅迫下聚類結(jié)果比較
        3.3.3 水稻耐冷性狀的遺傳解析
第四章 粳稻選育品種耐鹽堿性鑒定及耐鹽堿基因的關聯(lián)分析
    4.1 材料與方法
        4.1.1 試驗材料
        4.1.2 基于SSR標記的基因分型
        4.1.3 耐鹽鑒定
        4.1.4 苗期耐堿鑒定
        4.1.5 表型數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析
        4.1.6 關聯(lián)分析
    4.2 結(jié)果與分析
        4.2.1 表型多樣性
        4.2.2 模型比較與關聯(lián)分析
        4.2.3 等位變異效應
    4.3 討論
        4.3.1 水稻耐鹽性狀的遺傳解析
        4.3.2 水稻苗期耐堿性狀的遺傳解析
第五章 粳稻選育品種主要農(nóng)藝性狀的多年異地鑒定及其關聯(lián)分析
    5.1 材料與方法
        5.1.1 試驗材料
        5.1.2 基于SSR標記的基因分型
        5.1.3 表型鑒定
        5.1.4 表型數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析
        5.1.5 關聯(lián)分析
    5.2 結(jié)果與分析
        5.2.1 表型多樣性
        5.2.2 模型比較與關聯(lián)分析
        5.2.3 優(yōu)異等位變異的效應
    5.3 討論
第六章 云南農(nóng)家保護水稻地方品種遺傳多樣性的歷時變化
    6.1 材料與方法
        6.1.1 試驗材料
        6.1.2 基因型分析
        6.1.3 序列分析及中性檢驗
        6.1.4 單倍型的演化網(wǎng)絡分析
        6.1.5 群體結(jié)構和群體分化
    6.2 結(jié)果與分析
        6.2.1 核苷酸多樣性與中性檢驗
        6.2.2 單倍型的系統(tǒng)發(fā)生關系和地理分析
        6.2.3 稻區(qū)內(nèi)的遺傳變異
        6.2.4 群體結(jié)構與遺傳分化
    6.3 討論
        6.3.1 云南水稻地方品種的農(nóng)家保護現(xiàn)狀
        6.3.2 水稻地方品種單倍型的動態(tài)變化
        6.3.3 水稻地方品種群體時期間與時期內(nèi)的遺傳分化
        6.3.4 云南農(nóng)家保護下水稻地方品種遺傳多樣性的維持機制
第七章 全文結(jié)論
    7.1 粳稻抗逆性關聯(lián)分析
    7.2 云南農(nóng)家保護水稻地方品種遺傳多樣性的歷時變化
參考文獻
附錄
致謝
作者簡歷

【參考文獻】

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本文編號：2857103