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不同环境条件下玉米穗部和籽粒性状的QTL定位及玉米穗行数主效QTL的验证

作　者: 田宝华
导　师: 王建华
学　校: 中国农业大学
专　业: 种子科学
关键词: 玉米穗部和籽粒性状穗行数 QTL 环境
分类号: S513
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

玉米产量受各种生物与非生物胁迫的制约,并且与穗部和籽粒性状紧密相关。通过QTL定位和全基因组关联分析等方法,发掘玉米与产量性状相关的关键基因/QTL及其所在染色体区段,开发紧密连锁的分子标记和功能标记,对作物育种尤其是分子育种具有非常重要的实践意义。本研究的目的是,通过图谱整合和元分析发掘玉米产量性状QTL的热点区域：利用F2：3和F2：4群体对不同环境条件下的穗部和籽粒性状进行QTL定位,发掘穗行数的主效QTL位点,通过高代分离群体确认穗行数主效QTL的具体位置,为进一步对主效QTL进行精细定位打下基础；通过全基因组关联分析对不同环境条件下的穗行数性状进行关联分析,对相关联的遗传位点进行深入的挖掘。主要研究结果如下：1、玉米穗部和籽粒性状一致性QTL的发掘：对来自不同玉米产量及其相关性状定位群体获得的946个QTL座位,通过QTLFinder软件的图谱映射和元分析功能构建了玉米产量性状QTL的一致性图谱。玉米产量性状QTL在10条染色体上分布不均匀,10号染色体上QTL最少,只有62个；1号染色体上QTL最多,有174个；控制轴粗和粒宽的QTL主要分布在1号和2号染色体上,控制穗长、百粒重、产量和行粒数的QTL主要分布在1号染色体上,穗粗QTL在2号和5号染色体上分布较多,而控制秃尖长等性状的QTL在各染色体上的分布差异不大。借助QTLFinder的元分析功能,共发掘出287个玉米产量性状的一致性QTL座位,一致性QTL存在成簇分布的现象。为玉米产量及其相关性状QTL的精细定位、基因克隆和分子标记辅助选择提供了参考依据。2、玉米穗部和籽粒性状的QTL定位：以实验室自己选育的两个自交系Y1648和Y2348(穗部和籽粒性状存在较大差异)构建的F2：3和F2：4家系群体为实验材料,分别于2008年和2009年在不同环境条件下对玉米穗部和籽粒性状(穗长、穗粗、行粒数、穗重、轴重和粒重)进行统计分析,结果表明：除穗粗和穗长外,其它穗部和籽粒性状在同一环境条件下都呈显著或极显著相关；同一穗部和籽粒性状在不同环境条件下都是极显著相关。对不同环境条件下的玉米穗部和籽粒性状进行QTL分析,三种环境条件下一共检测到33个QTL位点,分布于10条染色体上；其中控制穗粗的QTL最多,有11个；控制穗重、穗长、轴重、行粒数和粒重的QTL分别有7、4、4、1个和6个,单个QTL能够解释表型变异的6.22-14.96%。通过发掘不同环境条件下可以稳定遗传的QTL位点,为玉米穗部和籽粒性状的分子改良以及精细定位提供有价值的参考。3、玉米穗行数QTL定位及主效QTL验证：利用实验室内部选育的两个穗行数差异较大的自交系Y1648和Y2348构建的F23家系和F24家系群体,分别于2008年和2009年在不同环境条件下对控制玉米穗行数的QTL进行检测,三种环境条件下一共检测到13个QTL位点,分布于2号、3号、5号、8号和10号染色体上,单个QTL的贡献率在5.52%-12.95%之间。用来源于同一亲本材料的BC3F23家系群体对穗行数进行定位,在两种环境条件下共检测到4个QTL位点,位于5号和10号染色体上,单个QTL能够解释表型变异的9.19%-34.59%,基因作用方式以加性和部分显性为主。通过对BC5F23群体后代基因型和穗行数统计分析发现,在SSR1430和umc1077位置上具有Y2348带型的株系穗行数普遍比具有Y1648带型的株系穗行数多,杂合体的穗行数居于两者之间,且不同基因型间的穗行数差异极显著；按照穗行数进行分组,穗行数少的株系中主要为Y1648的基因型,穗行数多的株系中主要为Y2348的基因型。虽然不能在这3个群体中发现符合孟德尔分离规律的现象,但是可以证明目标QTL的存在,并且确认了目标QTL位于分子标记SSR1430和umc1077之间。这将为进一步精细定位和基因克隆该主效QTL提供依据和基础。4、不同环境条件下玉米穗行数的全基因组关联分析：利用TASSEL3.0软件中的混合线性模型对不同环境条件下的玉米穗行数进行了关联分析。以P值小于0.0001为标准,对不同环境条件下的穗行数进行分析,一共检测到390个控制穗行数的SNP位点。其中有35个SNP位点在两种环境条件下检测到,有4个SNP位点在三种环境条件下检测到,有2个SNP位点可以在四种环境条件下检测到。在不同环境条件下稳定检测到的SNP位点为穗行数基因发掘提供了可能。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
第一章综述  9-36
  1.1 玉米产量构成因素及影响玉米产量的原因  9-12
    1.1.1 玉米产量构成因素  9
    1.1.2 影响玉米产量的原因  9-10
    1.1.3 玉米穗部和籽粒性状与玉米产量性状的相关性分析  10-12
  1.2 分子标记的发展及其在植物研究中的应用  12-18
    1.2.1 分子标记的发展  12-17
    1.2.2 分子标记在植物遗传研究中的应用  17-18
    1.2.3 分子标记技术的展望  18
  1.3 QTL定位群体和定位方法的发展  18-24
    1.3.1 QTL定位群体的发展  19-22
    1.3.2 常用QTL定位方法及应用  22-24
    1.3.3 构建DNA标记图谱的计算机软件  24
    1.3.4 影响QTL定位效率的因素  24
  1.4 关联分析玉在米遗传研究中的应用  24-27
  1.5 玉米穗部和籽粒性状QTL定位研究进展  27-34
    1.5.1 玉米穗部和籽粒性状QTL定位的研究现状  28-31
    1.5.2 玉米穗部和籽粒性状QTL的分布特点  31
    1.5.3 影响玉米穗部和籽粒性状QTL定位结果的因素  31-32
    1.5.4 QTL定位研究的发展前景  32-34
  1.6 本课题的研究意义  34-36
    1.6.1 研究意义  34-36
第二章玉米产量相关性状QTL的整合及一致性QTL发掘  36-44
  2.1 材料与方法  36-37
    2.1.1 玉米产量性状QTL基本信息收集  36-37
    2.1.2 玉米产量及相关性状QTL的整合  37
    2.1.3 玉米产量相关性状一致性QTL的发掘  37
  2.2 结果与分析  37-41
    2.2.1 玉米产量及相关性状QTL在染色体上的分布  37-38
    2.2.2 玉米产量及相关性状QTL整合图谱  38-39
    2.2.3 玉米产量及相关性状一致性QTL数据分析  39-41
  2.3 讨论  41-44
    2.3.1 玉米产量及相关性状QTL分布特点  41-42
    2.3.2 构建QTL整合图谱及元分析的意义  42-44
第三章不同环境条件下玉米穗部和籽粒性状的QTL定位  44-53
  3.1 材料与方法  44-47
    3.1.1 作图群体的构建  44
    3.1.2 实验方法  44-47
  3.2 结果与分析  47-52
    3.2.1 不同环境条件下玉米穗部和籽粒性状的表型分析  47-49
    3.2.2 遗传连锁图谱的构建  49-50
    3.2.3 玉米穗部和籽粒性状的QTL分析  50-52
  3.3 讨论  52-53
第四章玉米穗行数QTL定位及10号染色体上主效QTL的验证  53-61
  4.1 材料与方法  53-54
    4.1.1 作图群体的构建  53-54
    4.1.2 实验方法  54
  4.2 结果与分析  54-59
    4.2.1 不同环境条件下玉米穗行数的表型分析  54-55
    4.2.2 F2：3和F2：4群体玉米穗行数QTL定位结果  55-57
    4.2.3 BC3F2：3群体玉米穗行数的定位结果  57-58
    4.2.4 玉米10号染色体上穗行数主效QTL的验证  58-59
  4.3 讨论  59-61
    4.3.1 不同研究背景下玉米穗行数QTL的比较  59-60
    4.3.2 不同环境条件下玉米穗行数QTL的比较  60-61
第五章玉米穗行数的全基因组关联分析  61-70
  5.1 材料与方法  61
  5.2 结果与分析  61-68
    5.2.1 关联分析群体中穗行数性状变异分析  61-62
    5.2.2 不同环境条件下玉米穗行数性状的相关性分析  62
    5.2.3 玉米穗行数的全基因组关联分析(2011年云南和海南)  62-63
    5.2.4 玉米穗行数的全基因组关联分析(2009年云南、海南、四川,2010年云南)  63-66
    5.2.5 关联分析结果与分生组织发育相关基因的比较  66-68
  5.3 讨论  68-70
    5.3.1 关联分析结果与穗行数QTL整合结果的比较  68-69
    5.3.2 影响关联分析结果的因素  69-70
参考文献  70-82
致谢  82-83
附录  83-96

不同环境条件下玉米穗部和籽粒性状的QTL定位及玉米穗行数主效QTL的验证

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