小麦多小穗种质10-A产量及相关性状的QTL分析和分子标记开发

发布时间：2020-09-08 21:07

　　小麦(Triticum aestivum L.)是世界主要粮食作物之一,选育高产、优质、高抗的小麦新品种是小麦育种的重要目标。小麦产量主要由单位面积穗数、每穗粒数和千粒重三因素构成。小麦的高产或超高产育种是通过协调提高单一或多个产量因素的基础上,提高小麦产量。因此,必须进一步了解产量相关性状的遗传规律,挖掘和利用与产量性状相关的特异种质资源的潜力。本研究利用小穗数多于26个的多小穗材料10-A与小穗数低于15个的寡小穗材料BE89杂交构建的F_(2:4)家系群体482份材料,对3个环境下的产量及其相关性状进行了评价,并利用968个DArT标记和8个SSR标记构建的小麦高密度分子遗传图谱,对相关性状进行了QTL分析,其结果为进一步探究产量及其相关性状的遗传机制奠定了基础。本研究主要结果如下:1.群体性状分析表明,10-A在穗长、穗粒数和总小穗数上有极大优势,而BE89在芒长和千粒重上有较明显优势,后代F_(2:4)群体具有既保留了10-A较高的小穗数和穗粒数,又具有BE89较高千粒重的特点。在所有环境中,位于崇州(E2环境)的群体各性状受环境影响较大,各性状值偏小。产量及其相关性状在群体内均有显著性差异,性状间变异系数差异较大。其中单株产量变异系数最大为54.79%,株高变异系数最小为8.6%。通过对3个环境所有性状进行相关分析,平均相关系数高达0.543,穗粒数和千粒重等性状的方差值较大,表明其后代群体出现了较大的分离情况,且总小穗数、穗粒数和千粒重在至少两个环境中与单株产量的达到极显著正相关。多环境下的回归方程表明,决定单株产量的性状为有效分蘖数、穗粒数和千粒重。这三个性状的三个环境下变异总和分别占产量总变异的82.1%、75.5%和75.8%。2.共有968个DArT标记和8个SSR标记组成52个连锁群,遗传图谱总长度为1878.408cM,标记间平均遗传距离1.925cM,平均每个染色体1.5个连锁群。三个染色体组标记平均密度为1.79cM、1.59cM和2.84cM。B染色体组最长,标记数目最多为453个,标记间平均密度最小为1.59cM。D染色体组标记数目最少为211个,标记间平均密度最大为2.84cM。3.采用基于混合线性模型的复合区间作图法共定位到产量及其相关性状的226个QTL位点,分布在除3A、7A外的其他19条染色体上,对表型变异的贡献率为1.62%~38.24%。其中,10个总小穗数QTL定位到5条染色体上,贡献率范围为6.18%~15.37%,在3个环境中QTss-1A.1都能被定位到,贡献率分别为13.54%、7.96%和12.57%。单环境QTss-2A.2的贡献率最大,为15.37%。有4个穗粒数QTL被定位到3条染色体上,贡献率范围为6.65%~11.18%,所有QTL均在单环境被定位到,其中QKns-1A.2贡献率最高,为11.18%。有22个千粒重QTL被定位到14条染色体上,贡献率范围为2.47~19.1%,所有QTL均在单环境被定位到,其中QTkw-1B.1贡献率最高,为19.1%,QTkw-1A.1和QTkw-2B.3贡献率也均超过15%。有31个单株产量QTL被定位到14个染色体上,贡献率范围为3.4%~38.24%,其中QGwp-5D.1在3个环境中均被定位到,贡献率分别为25.28%、11.3%和28.99%。另外两个QGwp-4B.1和QGwp-5D.2均在2个环境被定位到,贡献率分别为14.63%和34.77%,17.49%和28.3%。而QGwp-1A.1和QGwp-5D.3都在E2环境被定位到,贡献率高达30.37%和38.24%。4.综合产量及其相关性状的QTL定位,共定位到17个QTL簇,涉及12个性状,51个QTL,占总数的21.17%,定位在1A、1B、1D、2A、2B、3D、4B、5A、5B、5D、6A和6B等共计12条染色体上。其中,QTL簇C1包括穗长、总小穗数和穗粒数等性状的QTL。C1簇中的总小穗数QTss-1A.1在3环境中被定位,遗传图谱上的距离为4.3cM,贡献率为13.54%、7.96%和12.57%。定位于5A染色体上的QTL簇C11,由株高、穗长、穗密度和千粒重等4个农艺性状构成,标记的遗传距离为2.5cM,是值得密切关注的位点。5.已筛选出7对在小群体间可显著分离的引物,其中初步获得与4个QTL位点紧密连锁的KASP分子标记,QTL分别为穗长QSl-1A.1、有效分蘖数QFtn-5D.4、穗粒数QKns-5A.1和单株产量QGwp-5D.1。小群体基因型和表型鉴定结果的T检验表明,分型两组表型数据均达到极显著差异,可为下一步标记大群体验证奠定基础。
【学位单位】：四川农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S512.1
【部分图文】：

双亲,植株,小穗数,四川农业大学

2 材料与方法2.1 供试材料供试材料为亲本多小穗种质 10-A，多小穗至少多余 26 个；寡小穗种质 BE89，小穗数低于 14 个；及杂交创制的 F2:4家系群体。其中，10-A 具有多花多粒、大穗、小穗数多、千粒重低、抽穗期晚等特点； BE89 为 Batavia/Erine 重组自交系后代，为寡小穗数材料，具有总分蘖多、穗短、小穗数少等特点。供试材料于 2016 年 10月 20 日 - 25 日分别种植于四川农业大学温江实验教学基地（环境 1，E1）、四川农业大学崇州现代农业研发基地（环境 2，E2）和四川农业大学雅安实验教学基地（环境 3，E3）。种植时行长 2 m，行间距 0.3m，株距 0.1 m，单粒单窝点播，每个材料播种 2 行，田间管理同大田生产。前期研究中 10-A/BE89 F2群体（环境 4，E4））的表型数据也在本研究中应用。

遗传连锁图谱,遗传连锁图谱,穗密度,籽粒性状

29图 2 利用 F2群体构建的遗传连锁图谱Fig 2 Genetic linkage map constructed from the F2注：不同颜色线条代表不同的性状(只标注了贡献率大于 10%的 QTL)；①代表株高，②代表有效分蘖数，③代表穗长，④代表芒长，⑤代表总小穗数，⑥代表穗密度，⑦代表穗粒数，⑧代表千粒重，⑨代表单株产量，⑩代表籽粒性状Sig. Different color lines represent different traits(only QTLs with a contribution greater than 10%); ① stands for plant height, ② stands for fertile tillersnumber, ③ stands for spike length, ④ stands for awn length, ⑤stands for total spikelet per spike, ⑥ stands for spikelet density, ⑦stands for kernel numberper spike, and ⑧ stands for 1 thousand-kernel weight, ⑨ represents the grain weight per plant, ⑩ represents the grain traits.

穗密度,籽粒性状,小穗数,单株产量

47图 3 QTL 簇染色体分布Fig 3 Chromosome distribution of QTL clusters注：不同颜色线条代表不同的性状；①代表株高，②代表有效分蘖数，③代表穗长，④代表芒长，⑤代表总小穗数，⑥代表穗密度，⑦代表穗粒数，⑧代表千粒重，⑨代表单株产量，⑩代表籽粒性状Sig. Different color lines represent different traits; ① stands for plant height, ② stands for fertile tillers number, ③ stands for spike length, ④ stands for awnlength, ⑤stands for total spikelet per spike, ⑥ stands for spikelet density, ⑦stands for kernel number per spike, and ⑧ stands for 1 thousand-kernel weight,⑨ represents the grain weight per plant, ⑩ represents the grain traits.

【参考文献】