基于连锁不平衡的籼稻核心种质资源源、库相关性状的关联分析

发布时间：2017-10-29 00:05

  本文关键词：基于连锁不平衡的籼稻核心种质资源源、库相关性状的关联分析

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【摘要】：随着我国人口的不断增加和耕地的不断减少,预计到2030年,我国人口将达到16亿,对粮食的需求将进一步增加,而农作物单产则需在现有的基础上提高50%以上才能满足粮食的安全供给。为了充分满足今后对稻米的需求,突破性水稻新品种的选育成为当务之急。而水稻产量提高的过程实质上是源、库交替改良与新型源库平衡关系的不断建立的过程,以往对水稻源库关系的研究大多集中在外部形态指标的研究上,而对源库相关性状分子水平上研究相对较少。本研究以来源于31个国家和地区的261份籼稻核心种质资源为试验材料,通过2年2点(海南、广东)的重复试验,对供试材料的源库相关性状的表型数据进行了调查与收集。利用6704个SNP标记,对水稻源库相关性状进行全基因组关联分析,挖掘水稻源库相关性状的优异等位基因位点,为分子标记辅助育种改良水稻的源库相关性状,培育源库关系协调、综合性状好的突破性水稻品种提供种质资源、基因和标记信息,以提高育种效率。主要结果如下：(1)2个试验点水稻源库相关性状的差异分析表明：海南试验点源相关性状变异系数最大的为倒2叶叶面积,变异系数26.21%,广东试验点变异系数最大的为剑叶重,变异系数为28.34%,2个试验点变异系数最小的源性状均为剑叶比叶重,分别为10.05%和14.81%；库性状2个试验点变异系数最大的均为瘪粒数,高达62.06%和73.71%,变2异系数最小的均为结实率,分别为7.82%、13.38%。相关分析表明：源性状之问、库性状之间在2个试验点的相关水平及相关关系保持着高度的一致,虽然源性状与库性状之间的相关显著水平只在部分性状间保持一致,但其相关关系基本相同,为进一步探求水稻源、库相关性状间的关系提供重要依据。(2)主成分分析表明：2个试验点的籼稻核心种质资源19个源库相关性状均可简化为独立的6个主成分,这6个主成分所提供的信息量占全部信息量分别为海南87.16%、广东84.68%,涵盖了所有的19个性状指标。2个试验点各主成分所反映的相关源库性状基本保持着一致,都划分为2个源因子、3个库因子、1个源库协调因子。2个试验点的供试材料中TD25、ANGIFOTSY 685、CT6510、NARGUNI、ELWEE的综合排名均在前20名内,说明这5个品种不但源库综合性状相对较好,且受适应不同生态环境的能力较强。(3)聚类分析表明：2个试验点的供试材料均划分为3个类群,即源限制型、库限制型、源库协调型,其中81份供试材料的源库类型关系未发生变化,其中源限制型17份,库限制型18份,源库协调型46份,表明这些水稻材料在生长发育过程中,受环境的影响较小,适应不同环境的能力较强。2个试验点源限制型品种的有效穗数、每穗粒数在3种类型中最大,而结实率、千粒重、单株产量在3种类型中最小；库限制型的品种的有效穗数、每穗粒数在3个类型中最小,而结实率、千粒重在3种类型中最大；而源库协调型单株产量在3种类型中最大,其余相关因子处于两者之间。(4)2个试验点的3种水稻源库类型的干物质积累规律基本一致。在叶片和茎鞘干物质积累方面,3种源库类型群体均是随着生育进程的发展逐渐减小,源库协调型的叶片和茎鞘干物质积累最大,源限制型的群体穗干重最大,其次是源库协调型,最小的是库限制型；植株总干物质积累方面,3种源库类型群体均是成熟期最大,齐穗期最小,孕穗期居中。3种水稻源库类型群体的叶片干物质输出率、转换率源库协调型最大；在茎鞘干物质输出率及转换率方面,库限制型群体最大。总体上2个试验点3种源库类型群体的各器官干物质输出率均为茎鞘叶片,各器官对产量形成的贡献大小为茎鞘叶片。(5)6704个SNP标记分布在在第1-12染色体上,所有SNP标记间的平均物理距离为58 kb,有3756个SNP标记的最小等位基因频率小于0.20,占56.03%,384个SNP标记的最小等位基因频率接近0.5,占5.73%,多态性信息量(PIC)平均值为0.24,变幅为0.05～0.38,基因多样性平均值为0.29,变幅为0.05～0.50,261份籼稻核心种质资源共有SNP标记1749744个,碱基变化涉及AA、CC、GG、TT、AC、AG、AT、 CG、 CT、GT,其中GG类型最多,其次为AA, CC, TT。(6)261份水稻种质资源群体结构分析表明,群体的最适亚群数为3,分别包括88份、82份和91份材料。连锁不平衡分析表明,319900个共线性成对组合中有124301个成对组合处于LD状态(P0.01),占共线性组合的38.86%,当D'=0.5和,r2=0.1时连锁不平衡的衰减距离分别为590 kb、509 kb,存在较强连锁不平衡水平。亲缘关系(Kinship)分析表明,261份籼稻核心种质资源群体的大部分材料之间没有亲缘关系或者有较弱的亲缘关系,反映了供试材料的广泛性及多样性,只有少数材料之间的亲缘关系较强。(7)关联分析结果表明：在P≤0.001显著水平下,海南和广东分别检测到与源库相关性状显著关联的位点分别为103和86个。海南检测到的关联位点主要分布于第2、3、4号染色体,分别包括14、16、22个关联位点；广东检测到的关联位点主要分布于第1、2、11号染色体,分别包括32、13、13个关联位点；2个试验点分别检测到96个与10个源相关性状显著关联的QTL位点,其中海南试验点62个,广东试验点34个；2个试验点分别检测到93个与9个库相关性状显著关联的QTL位点,其中海南试验点41个,广东试验点52个；海南试验点检测到同时与多个源相关性状显著关联的位点18个,广东试验点为9个；海南试验点检测到同时与多个库相关性状显著关联的位点8个,广东试验点为13个；海南试验点检测到同时与不同源、库相关性状显著关联的位点11个位点,广东试验点为7个；25个关联位点在2个试验环境下均被检测到与特定性状显著关联,占全部关联位点的13.23%,且关联位点间的物理距离均在590 kb之内。有4个关联位点在2个试验环境下检测到与同一性状显著关联,涉及性状为倒2叶重、剑叶叶面积、瘪粒数、单株产量。
【关键词】：籼稻 源库类型 主成分分析 聚类分析 关联分析
【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S511.21
【目录】：

• 摘要8-11
• Abstract11-14
• 第一章 文献综述14-30
• 1.1 水稻源、库的研究进展14-22
• 1.1.1 水稻源、库的概念及衡量指标14
• 1.1.2 水稻源、库的衡量指标14-16
• 1.1.3 水稻源、库类型划分16-17
• 1.1.4 水稻源、库对产量形成的影响17-19
• 1.1.5 水稻源、库理论的应用19-21
• 1.1.6 水稻源、库理论研究展望21-22
• 1.2 关联分析22-28
• 1.2.1 关联分析的原理22-25
• 1.2.2 关联分析的方法25-26
• 1.2.3 关联分析的特点26-27
• 1.2.4 关联分析在水稻中的应用27-28
• 1.3 本研究的目的意义28-29
• 1.4 技术路线29-30
• 第二章 籼稻种质资源源库相关性状的聚类分析30-52
• 2.1 材料与方法30-31
• 2.1.1 供试材料30
• 2.1.2 试验方法30
• 2.1.3 田间性状调查30-31
• 2.1.4 数据统计分析31
• 2.2 结果与分析31-47
• 2.2.1 不同地点间水稻源库相关性状的差异分析31
• 2.2.2 不同地点间水稻源库相关性状的相关分析31-35
• 2.2.3 水稻源库相关性状的主成分分析35-38
• 2.2.4 基于主成分的水稻源库相关性状的综合评价38-40
• 2.2.5 基于主成分的水稻源库特性聚类分析40-45
• 2.2.6 不同源库类型干物质积累与分配特征45-47
• 2.3 讨论47-49
• 2.4 本章结论49-52
• 第三章 籼稻种质资源源库相关性状的全基因组关联分析52-88
• 3.1 材料与方法52
• 3.1.1 供试材料52
• 3.1.2 试验方法52
• 3.1.3 DNA提取与基因型分析52
• 3.1.4 表型鉴定52
• 3.2 数据分析52-53
• 3.2.1 表型数据统计分析52
• 3.2.2 遗传多样性分析52
• 3.2.3 群体结构分析52-53
• 3.2.4 亲缘关系(Kinship)分析53
• 3.2.5 关联分析53
• 3.3 结果与分析53-82
• 3.3.1 SNP遗传多样性分析53-54
• 3.3.2 群体结构分析54-56
• 3.3.3 连锁不平衡分析56-57
• 3.3.4 亲缘关系分析57-58
• 3.3.5 水稻源库相关性状全基因组关联分析58-82
• 3.4 讨论82-86
• 3.4.1 关联分析模型选择82-83
• 3.4.2 关联分析显著水平的选择83
• 3.4.3 水稻群体结构对关联分析的影响83-84
• 3.4.4 水稻群体连锁不平衡水平对关联分析的影响84
• 3.4.5 环境变化对数量性状的影响84-85
• 3.4.6 水稻源库相关性状QTL的重演性85-86
• 3.4.7 与多个源库相关性状关联的QTL位点86
• 3.5 本章结论86-88
• 第四章 全文结论88-90
• 参考文献90-100
• 附录100-116
• 致谢116-118
• 攻读博士学位期间发表的学术论文118

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：1110511