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杂交棉遗传效应及基因差异表达与杂种优势关系研究

作　者: 邢朝柱
导　师: 喻树迅
学　校: 中国农业科学院
专　业: 作物遗传育种
关键词: 转基因抗虫杂交棉杂种优势遗传效应生态环境基因差异表达
分类号: S562
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

转基因抗虫杂交棉以其显著产量优势和抗虫效果深受广大棉农喜爱,其优势表现以及杂种优势产生机理已成为棉花杂种优势研究热点。本文采用加性—显性与环境互作模型（ADE）,较系统地探讨了不同生态环境下转基因抗虫杂交棉产量和品质性状遗传效应,以及优势表达与环境互作关系;同时利用基因差显技术（DDRT-PCR）,首次从基因表达水平上初步探讨了转基因抗虫杂交棉优势表达机理,为转基因抗虫杂交棉育种和应用提供理论指导,同时也为揭示棉花杂种优势产生的生物学基础积累新的数据。主要研究结果如下: 转基因抗虫杂交棉在不同生态环境下产量性状超亲优势普遍存在,尤其以皮棉产量和子棉产量为强,铃数次之。在高产水平环境中,杂交种和亲本产量水平均较高,杂种优势不明显;在产量水平相对较低的环境下,杂交种产量水平相对较低,但超亲优势显著,表明杂交种产量相对稳定,而亲本产量水平发挥受环境影响较大。品质性状随环境变化而发生改变,但超亲优势表现不显著。相关性分析表明,铃数与产量最为密切,所以单株结铃性强是杂交种选育的重点;铃数、铃重和衣分三者之间均呈显著或极显著正相关,通过亲本选配,这三个性状可以同步提高。品质性状之间相关性不一致,麦克隆值与多数品质性状呈显著正相关,表明选配高产优质杂交组合时,一定要注重较低麦克隆值材料的选择。单铃重、衣分、皮棉产量和伸长率、2.5%跨长、比强度、麦克隆值主要受遗传主效因控制,子棉产量、亩铃数和整齐度受环境效应影响非常明显;在遗传主效应中,除铃重外,其余4个产量性状中显性效应值大于加性效应值,5个品质性状加性效应值均大于显性效应值,表明产量性状表现出一定的杂种优势,而品质性状的杂种优势表现不明显。通过群体平均优势（Hpm）和群体超亲优势（Hpb）与环境互作效应分析,皮棉产量、衣分稳定性较好,子棉产量和铃数稳定性较差。产量性状与环境互作效应值较大,而品质性状与环境互作效应值较小,表明棉花品质性状在一个环境可选育,而产量性状必需结合生态环境进行选育,才能达到育种目标。根据各组合F₁产量性状基因型值和杂种优势分析表明,组合P6×P10、P6×P9、P4×P10分别具有显著的皮棉产量、铃重、衣分群体优势和超亲优势。在基因差显过程中,2次扩增可重复率达70.1%,表明在扩增过程中存在较高的假阳性,通过重复PCR扩增,统计稳定扩增的条带,可减少假阳性干扰。盛花期叶片基因差异表达中,单亲表达一致模式（M4）与所有产量性状均呈正相关,并且与单位面积铃数相关达显著水平,其它各种模式与杂种性状表型值均未达到显著水平;单亲表达沉默模式（M2）与单位面积铃数杂种优势呈显著负相关,杂种特异表达（M3）与皮棉产量杂种优势呈显著正相关。上述结果表明,盛花期叶片中的基因显性表达和特异表达有利于产量形成和杂种优势发挥。产量高、中、低优势组合与其亲本基因差异表达比例从蕾期到花铃期总体上呈递减趋势,高优势组合差异表达比例在4个时期均高于低优势和中优势组合,表明基因差异表达与杂种优势发挥密切相关;杂种特异表达在前3个时期高优势组合要高于中或低优势组合,

全文目录

第一章文献综述  11-25
  1.1 棉花杂种优势表现  11-13
    1.1.1 生殖生长优势  11-12
    1.1.2 营养生长优势  12
    1.1.3 抗逆性优势  12-13
  1.2 棉花杂种优势机理研究进展  13-18
    1.2.1 棉花杂种优势配合力研究  13-14
    1.2.2 棉花杂种优势生理生化研究  14-15
      1.2.2.1 杂种优势的生理生化作用  14
      1.2.2.2 生理生化预测研究  14-15
    1.2.3 棉花遗传距离与优势表现关系研究  15-16
    1.2.4 利用数量遗传模型研究棉花杂种优势  16-17
    1.2.5 基因差异表达与杂种优势之间的关系研究  17-18
  1.3 棉花杂种优势生产应用情况  18-23
    1.3.1 杂交棉发展历程  18-19
      1.3.1.1 亲本选配的演变  18
      1.3.1.2 制种方法的改进  18-19
      1.3.1.3 目标性状的提高  19
    1.3.2 我国目前杂交棉发展状况  19-20
      1.3.2.1 抗虫杂交棉是主流  19-20
      1.3.2.2 制种以人工制种为主，不育系制种为辅  20
    1.3.3 杂交棉在我国作用和地位  20-21
      1.3.3.1 产量的突破  20-21
      1.3.3.2 农业结构的调整  21
      1.3.3.3 竞争的需要  21
      1.3.3.4 产业化的需求  21
    1.3.4 我国杂交棉存在问题和发展方向  21-23
      1.3.4.1 高产、多抗、品质多样  22
      1.3.4.2 制种简化高效  22
      1.3.4.3 杂种二代利用  22-23
  1.4 杂种优势的遗传学基础  23-24
  1.5 研究的目的和意义  24-25
第二章不同生态环境下转基因抗虫杂交棉杂种优势表现  25-33
  2.1 材料和方法  25-26
    2.1.1 材料  25-26
      2.1.1.1 亲本来源  25-26
      2.1.1.2 NCⅡ遗传交配设计组合  26
    2.1.2 试验方法  26
      2.1.2.1 试验安排和设计  26
      2.1.2.2 性状调查和室内考种  26
    2.1.3 统计分析  26
  2.2 结果与分析  26-30
    2.2.1 不同生态环境下转基因抗虫杂交组合性状及优势表现  27-29
      2.2.1.1 转基因抗虫杂交棉组合产量性状及优势表现  27-28
      2.2.1.2 转基因抗虫杂交棉组合品质性状及优势表现  28-29
    2.2.2 不同生态环境下转基因杂交棉产量和品质性状相关性分析  29-30
  2.3 讨论  30-31
    2.3.1 转基因抗虫杂交棉产量和品质的适应性  30-31
    2.3.2 产量和品质性状相关性分析  31
  2.4 小结  31-33
    2.4.1 转基因抗虫杂交棉产量性状及优势表现  31
    2.4.2 转基因抗虫杂交棉品质性状及优势表现  31-32
    2.4.3 转基因抗虫杂交棉产量和品质性状相关性分析  32-33
第三章不同生态环境下转基因抗虫杂交棉组合遗传效应分析  33-50
  3.1 材料和方法  33
    3.1.1 材料  33
    3.1.2 试验方法  33
    3.1.3 统计及遗传模型分析方法  33
  3.2 结果与分析  33-48
    3.2.1 转基因杂交棉在3种生态环境下产量和品质性状遗传效应分析  33-39
      3.2.1.1 杂交种产量性状的遗传效应分析  33-36
      3.2.1.2 杂交种品质性状的遗传效应分析  36-39
    3.2.2 基因型×环境互作效应对杂交种产量和品质性状杂种优势影响  39-48
      3.2.2.1 F_1性状基因型值与杂种优势分析  39-40
      3.2.2.2 各组合F_1产量性状基因型值和杂种优势分析  40-48
  3.3 讨论  48-49
    3.3.1 关于转基因杂交种产量和品质性状与环境互作遗传效应  48
    3.3.2 关于基因型×环境互作效应对杂交种产量性状杂种优势的影响  48-49
  3.4 小结  49-50
    3.4.1 转基因杂交种产量性状在不同生态环境下的遗传效应  49
    3.4.2 基因型×环境互作效应对杂交种产量性状杂种优势的影响  49-50
第四章转基因抗虫杂交棉及其亲本基因表达差异与杂种优势关系  50-60
  4.1 材料与方法  50-52
    4.1.1 供试材料  50
    4.1.2 引物选择和筛选  50-51
    4.1.3 总RNA提取和纯化  51
    4.1.4 cDNA合成和PCR扩增  51-52
    4.1.5 变性聚丙烯酰胺凝胶电泳与银染  52
    4.1.6 统计  52
  4.2 结果与分析  52-57
    4.2.1 杂交种与亲本间基因表达差异  52-57
    4.2.2 基因差异表达模式与杂种性状及优势相关分析  57
  4.3 讨论  57-58
  4.4 小结  58-60
第五章不同优势转基因抗虫杂交组合不同生育期基因表达差异  60-74
  5.1 材料和方法  60
    5.1.1 供试材料  60
    5.1.2 试验方法  60
  5.2 结果与分析  60-71
    5.2.1 优势高中低3杂交组合不同生育期基因差异表达变化趋势  67-68
    5.2.2 优势高中低3杂交组合不同生育期双亲沉默表达变化趋势  68-69
    5.2.3 优势高中低3杂交组合不同生育期单亲沉默表达变化趋势  69
    5.2.4 优势高中低3杂交组合不同生育期杂种特异表达变化趋势  69-70
    5.2.5 优势高中低3杂交组合不同生育期单亲表达一致变化趋势  70-71
  5.3 讨论  71-73
  5.4 小结  73-74
第六章转基因抗虫杂交棉苗期根和叶基因表达差异  74-78
  6.1 材料与方法  74
    6.1.1 供试材料  74
    6.1.2 方法  74
    6.1.3 统计  74
  6.2 结果与分析  74-77
  6.3 讨论  77
  6.4 小结  77-78
第七章结论  78-81
参考文献  81-90
致谢  90-91
作者简介  91

杂交棉遗传效应及基因差异表达与杂种优势关系研究

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