玉米单倍体自然加倍遗传及育性恢复主效QTL定位研究

发布时间：2017-12-10 10:22

  本文关键词：玉米单倍体自然加倍遗传及育性恢复主效QTL定位研究

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【摘要】：双单倍体(doubled haploid,DH)育种能够显著缩短选系时间,并且能够加快育种进程,被认为是现代玉米育种的关键技术之一。但长久以来单倍体技术的广泛推广主要受到很低的单倍体自然加倍率的影响,而其核心限制因素主要是较低的雄穗自然加倍率,即雄穗育性自然恢复效率,在非人工处理的情况下,玉米单倍体雄穗育性恢复效率往往不到10%。而且以往的研究还发现玉米单倍体的雄穗育性恢复能力与遗传因素显著相关。因此,深入细致地进行单倍体雄穗育性恢复的遗传研究,挖掘控制单倍体雄穗育性恢复的主效QTL是提高单倍体自然加倍效率的关键。本研究通过系统分析玉米单倍体育性恢复遗传特征,深入发掘相关QTL位点,将为分子标记辅助选择选育高通量DH系提供有效的功能标记,最终为开展规模化DH育种的分子生物学研究提供科学依据。本研究主要结果如下:(1)利用高频单倍体雄穗育性恢复自交系豫87-1和4F1分别与低频育性恢复自交系郑58构建不同遗传背景的单倍体群体,对田间单倍体雄穗露药得分(Anther emergence score,AES)进行调查,选择散粉表型最好的单株(AES为1),结合SSR分子标记,利用偏分离定位的方法,对单倍体雄穗育性恢复性状进行遗传研究。通过多年多点的实验,在豫87-1/郑58群体初步定位到四个与单倍体雄穗育性恢复相关的QTL位点,分别位于玉米第1、3、4和6号染色体上。除了qhmf1来自于低频育性恢复材料郑58外,其余三个QTL位点都来自于高频育性恢复材料。在这些位点当中,qhmf1、qhmf2和qhmf4均能在4F1/郑58单倍体群体中检测到,而且位于六号染色体的qhmf4位点在两个群体中偏分离表现最显著,因此qhmf4被认为是控制单倍体雄穗育性恢复的关键位点。与此同时,本研究还利用单倍体群体偏分离定位的方法,在相同遗传背景材料中对已经定位的控制株高的QTL位点进行验证,证明了单倍体偏分离方法的有效性。(2)在qhmf4初定位的研究基础上,通过继续利用豫87-1和郑58组配的不同世代的单倍体回交群体(Haploid Backcross,HB),结合双亲序列特征开发的10个InDel分子标记和基于子代测验的精细定位策略,最终将qhmf4定位在标记IND1658和IND167之间,两个标记之间的物理距离大约为1.2Mb。通过对此区间的候选基因进行生物信息学分析,认为控制第一次减数分裂缺失基因afd1是最可能的候选基因。(3)通过对国外主要遗传材料进行筛选,得到高频单倍体雄穗育性恢复材料GF1和低频单倍体雄穗育性恢复材料GF3和GF5,对单倍体雄穗育性恢复进行遗传研究。通过组配GF1/GF3的F1单倍体分离群体,结合6K SNP芯片分子标记和SSR标记,利用偏分离定位的方法和复合区间作图法,在玉米第1、5和6号染色体上分别定位到三个与玉米单倍体雄穗育性恢复相关的QTL位点,其中位于5号染色体的qshgd1为主效位点,该位点在GF5与GF1组配的F1单倍体群体中得到验证。以上定位结果说明单倍体雄穗育性恢复受到多个QTL位点的影响。(4)利用正常二倍体花粉对国内22个主要骨干自交系来源的单倍体雌穗进行多次授粉,根据结实株率和平均结实籽粒数评价单倍体雌穗育性恢复能力,结果表明单倍体雌穗育性恢复也同样受到基因型的显著影响。单倍体雌穗平均结实株率是89.54%,变异范围是73.56-99.18%;单倍体雌穗平均结实籽粒数是15.4,变异范围是2.67-59.82。对广义遗传率进行估计,单倍体雌穗结实株率的遗传率为0.67,平均结实籽粒数的遗传率为0.86。利用聚类分析进行多重比较,发现在检测的22个自交系材料中,B73的单倍体雌穗育性恢复能力较其他材料强,杂种优势类群中瑞德类群的单倍体雌穗育性恢复能力普遍较好。
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S513

【参考文献】

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本文编号：1274134