基于SSR分子标记分析的毛白杨育种亲本选配策略研究

发布时间：2020-08-07 06:56

【摘要】：在我国特有乡土树种毛白杨(Populus tomentosa Carr.)杂交育种中一直存在以杂种为母本而导致母本效应利用不充分问题。有关问题的解决,对于推动毛白杨遗传改良研究进展具有重要意义。本论文以毛白杨种质资源库内保存的469个优树,以及课题组前期获得的30个雌株的半同胞家系、34个全同胞家系为材料,围绕毛白杨种内生长性状高配合力杂交亲本选配的目标,依托SSR分子标记技术,开展了毛白杨种质资源库优良无性系SSR指纹图谱构建和遗传分化分析、亲本SSR遗传距离与生长性状特殊配合力相关分析、半同胞群体内入选优株父本鉴定、高特殊配合力杂交亲本组合构建、毛白杨全同胞子代群体构建及其评价,以及天然2n配子发生途径及其传递亲本杂合性分析等研究,主要研究结果如下:(1)构建了毛白杨多态SSR引物库和优良无性系指纹图谱库。以469个毛白杨优株无性系的DNA为模板,通过荧光SSR引物PCR扩增和毛细管电泳仪检测,筛选出清晰、特异、多态、稳定扩增的SSR引物406对,在毛果杨的19条染色体上的分布介于3-39对之间;并利用BLAST比对分析,将其中389对SSR引物定位到毛果杨基因组,构建了毛白杨多态SSR引物库。同时,通过对SSR引物进行鉴别效率分析,筛选出25对多态性较高的SSR核心引物,以及13对特异的SSR辅助引物,构建了 469个毛白杨优良无性系指纹图谱,并完成了指纹图谱的QR编码。有关研究为今后毛白杨遗传资源管理、品种鉴定、亲本分析和知识产权保护等奠定了基础。(2)证明了通过SSR分子标记分析可以完成毛白杨半同胞优株的父本鉴定和高特殊配合力杂交亲本组合重建。在对30个毛白杨半同胞家系的2292株子代株高、地径、分枝角、胸径、分枝粗、叶长、叶宽、叶面积等主要生长性状综合评价的基础上,筛选出源于17个半同胞家系的77株优良半同胞子代,包括三倍体43株、二倍体34株。利用筛选出的14对高多态性SSR引物对77个优良单株进行父本鉴定,为59个优良单株鉴定出唯一父本,包括49个杂交亲本组合,含17个母本、29个父本。(3)根据雌雄株SSR遗传距离初步构建了育种亲本群体。对34个杂交组合的生长性状特殊配合力与亲本SSR遗传距离进行相关性分析,证明毛白杨杂交组合亲本特殊配合力与亲本间SSR遗传距离具有显著正相关,通过亲本间SSR遗传距离可以预测高特殊配合力杂交亲本组合。进而基于SSR遗传距离分析,对课题组前期筛选出的育性较好的18个雌株、68个雄株间特殊配合力进行预测,将1224个杂交亲本组合压缩到52个,初步筛选出高特殊配合力育种亲本群体,包括母本15个、父本12个。综合SSR遗传距离初选育种亲本群体以及优良单株父本鉴定结果,构建了毛白杨育种亲本群体,含14个潜在高配合力亲本组合,包括母本10个、父本5个。(4)实践证明,基于亲本遗传距离和半同胞子代优株SSR分子标记父本鉴定的毛白杨育种亲本选配策略科学且高效。从综合SSR遗传距离以及优良单株父本鉴定结果构建的高配合力育种亲本中,选择育性较好的3个母本、6个父本,组配5个目标杂交组合和3个对照杂交组合并进行人工控制授粉杂交,共获3984株毛白杨全同胞杂交后代;对各杂交组合子代株高、地径生长遗传变异分析结果表明,不同的母本与父本杂交对子代株高与地径的影响显著;5个目标杂交组合株高与地径都显著高于同一母本的对照杂交组合;各杂交组合内单株株高和地径均存在较大变异,对照组株高与地径的变异系数较目标杂交组合更大。表明根据毛白杨半同胞子代优良单株SSR分子标记父本鉴定以及亲本遗传距离预测组配杂交组合,可以获得生长表现更有优势的杂种后代。(5)首次发现毛白杨天然2n雌配子的存在,并证明了天然2n雌雄配子发生途径及其传递亲本杂合性特点。对杂交组合“T-F-14 ×T-M-43”获得的87株天然三倍体2n配子来源进行SSR鉴定,首次发现其中存在18株来源于未减数2n雌配子的天然三倍体,占该杂交组合三倍体子代总数的20.68%。利用4个低重组率的SSR位点进行2n雌雄配子发生途径鉴定,证明在产生于天然2n雌配子的三倍体中,有6株源自FDR型2n配子,12株源自SDR型2n配子;而在产生于天然2n雄配子的三倍体子代中,有55株源自FDR型2n配子,14株源自SDR型2n配子。同时,利用42对SSR引物对2n配子传递亲本杂合性进行分析,发现2n雌配子传递亲本杂合度低于2n雄配子杂合度。(6)提出了一种更为可靠的林木高特殊配合力育种亲本选配策略。即在毛白杨乃至类似树种的优良无性系选育中,首先利用种质资源库,通过花粉及结籽情况观察筛选育性好的父母本;再利用SSR分子标记对育性好的亲本间遗传距离进行分析,基于一定的遗传距离标准筛选潜在的高特殊配合力杂交组合,实现初选育种亲本群体的构建;进而利用初选育种亲本群体的母本构建半同胞家系,从中筛选优良半同胞子代优株,并利用分子标记开展半同胞群体优良单株的父本鉴定;快速、高效实现高特殊配合力杂交组合亲本选配以及育种亲本群体构建。
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S792.117
【图文】：

分布图,种质资源库,雌株,毛白杨

３．１材料与方法逡逑３．１．１研究材料逡逑白凤莹于２０１３年采集山东省冠县毛白杨种质资源库内４３个雌株（图３－１）的半逡逑同胞家系种子播种育苗，建立半同胞子代群体（白凤莹，２０１５）。本研究主要利用其中最逡逑终保存子代数量较多的３０个半同胞家系苗木，包括半同胞子代２２９２株。逡逑３１逡逑

子代,母本,二倍体,等位基因

—２６０６邋上未发现母本中对应邋ＳＳＲ邋位点上逡逑的等位基因（图３－３）。此时，仅以现有１４对ＳＳＲ引物己不能鉴定这４个优株的唯一逡逑父本。此外，半同胞家系Ｔ－Ｆ－３、Ｔ－Ｆ－ｌ、Ｔ－Ｆ－ｌｌ、Ｔ－Ｆ－４中二倍体子代９５、４２，１８８，逡逑３４在父本鉴定过程中ＬＯＤ值（＜０）均为负值

父本,概率分析,子代

逦＠逦也逡逑图３－３毛白杨二倍体子代与母本等位基因错配信息逡逑Ｆｉｇ．３－３邋Ｍｉｓｍａｔｃｈ邋ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ邋ｂｅｔｗｅｅｎ邋Ｐｏｐｕｌｕｓ邋ｔｏｍｅｎｔｏｓａ邋ｄｉｐｌｏｉｄ邋ｐｒｏｇｅｎｙ邋ａｎｄ邋ｆｅｍａｌｅ邋ｐａｒｅｎｔ逡逑利用筛选出的１４对ＳＳＲ引物以及遗传排除法对４３株三倍体子代优株进行父本逡逑鉴定，结果见附表１。通过对３８７株候选父本进行排除，为４３个半同胞三倍体子代逡逑优株在父本鉴定过程中筛选出唯一最似父本，并且子代与最似父本之间未出现位点错逡逑配的现象。此外，由附表１可知，子代优株４７在ＬＧ＿ＶＩＩＩ－４ＳＳＲ位点，６６在ＬＧ＿ＩＩＩ－逡逑２邋与邋ＧＣＰＭ－２５７０ＳＳＲ邋位点，子代邋１２、５７、３９、２６、２８邋在邋ＰＭＧＣ－２６０６、ＬＧ＿ＶＩＩＩ－３、逡逑ＧＣＰＭ－１４１１ＳＳＲ位点上同样未发现母本中对应标记位点的等位基因，无法根据孟德逡逑尔遗传定律来确定来源于父本的等位基因，不能判定其杂交父本。逡逑在所鉴定的全部７７个优株中

【参考文献】