马铃薯自交衰退的遗传基础

发布时间：2020-04-21 22:09

【摘要】：马铃薯(Solanum tuberosum L.)是最重要的块茎类粮食作物,对全球粮食安全至关重要。马铃薯产业存在两个结构性障碍:第一是栽培马铃薯主要为同源四倍体,基因组高度杂合,遗传分析复杂;第二是马铃薯以薯块繁殖,存在用种成本高,易携带病虫害等缺点,限制了马铃薯遗传改良。为了加快马铃薯育种改良,用种质资源丰富的二倍体材料代替传统四倍体,以种子繁殖代替薯块繁殖,成为马铃薯再驯化的新途径。但是,自交不亲和与自交衰退是构建二倍体自交系必须要解决的两大科学问题。前期通过基因组编辑、蕾期自交等方法已经成功得到了自交亲和的马铃薯材料。但是,目前对自交衰退的研究仍停留在形态学观察阶段,充分了解自交衰退的遗传基础对杂交马铃薯育种具有重要的意义。本课题借助高通量测序技术和生物信息学分析方法,通过构建自交群体,对二倍体地方种,四倍体地方种和四倍体栽培种进行全基因组重测序,全基因组有害突变预测,自交群体遗传分析。取得以下研究成果,对马铃薯高效育种奠定了基础:1.有害突变是导致自交衰退的主要原因。2.有害突变广泛存在于马铃薯基因组中,在着丝粒区域富集,难以通过重组清除。但是,马铃薯中的有害突变具有品系特异性,意味着育种学家可以通过精心设计的杂交组合使有害突变维持在杂合状态,从而避免对表型产生不利影响。3.通过在马铃薯中开发了一个不依赖于亲本的通过重测序进行基因分型的方法,对三个自交群体进行了遗传分析,鉴定了15个严重偏分离区域。4.通过对三个自交群体进行基因型和表型分析,鉴定了9个大效应的有害突变,导致自交后代纯合致死或者出现严重的表型缺陷,遗传分析发现,这些大效应的有害突变位于重组率高的区域,可以通过重组进行有效清除。5.在马铃薯多倍化过程中,有害突变迅速积累,四倍体的杂合状态有助于有害突变隐藏,使得四倍体马铃薯表现出更好的生长势和产量。6.多倍化过程中有害突变的积累明显高于在改良过程中有害突变的积累,持续性的人为育种选择对于有害突变的清除并作用不大。
【图文】：

亲本,马铃薯,群体选择,方法

提取高质量的杂合 SNP（SNP index > 0.3 且< 0.7）（图2.1a），并利用该 SNP 集进行两套单倍型的区分。2）然后，每个群体选择 50 个 F2单株进行低覆盖度（2X）重测序，提取亲本 SNP 集在后代中的基因型（图 2.1b），使用滑动窗口作图（窗口大小=1 Mb，步长=100 kb），可以区分

亲本材料,富集,自交群体,自交衰退

13图 2.3 有害突变富集于低重组区域Figure 2.3 Deleterious substitutions are enriched in low-recombination regions.(a)-(c)图，有害突变在三个亲本材料中的分布，PG6226 (a), PG6235 (b), 和 PG6359 (c)。x 轴表示物理位置，红线代表有害突变替换与同义突变的比例，以滑动窗口作图（5Mb 窗口，1Mb 步移），黑线表示每 5Mb 区间内的重组事件，，灰色区域表示着丝粒区域。(a)-(c), The distribution of deleterious substitutions in three parental clones, PG6226 (a), PG6235 (b), and PG6359 (c). Thex axis indicates the physical position. Red lines indicate the ratio between deleterious substitutions and synonymousmutations in each sliding window (window size, 5 Mb; step, 1 Mb), and black lines indicate the number of recombinationevents per 5 Mb. Gray-shaded boxes indicate the positions of pericentromeric regions.2.3.2 马铃薯自交群体的遗传分析有害突变是导致自交衰退的主要原因，为了研究有害突变的遗传效应是如何导致自交衰退现象的，我们接下来构建了三个自交群体。研究有害突变的遗传效应，最好构建二倍体的自交群体，因为在二倍体水平上，每个遗传位点仅有两个等位基因在分离，遗传分析相对于四倍体而言更简
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S532

【相似文献】