小麦繁6育种目标性状遗传效应及CS-7EL附加系特异性分子标记开发与验证

发布时间：2017-12-12 07:09

  本文关键词：小麦繁6育种目标性状遗传效应及CS-7EL附加系特异性分子标记开发与验证

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【摘要】：小麦(Triticum aestivum)是世界上重要的粮食作物之一。在我国,骨干亲本在小麦品种的选育中发挥着重要的作用。繁6作为我国最具影响的19个骨干亲本之一,由四川农业大学颜济教授通过“聚敛杂交法”将11个亲本(伊博1828/印度824/3/四川五一麦//成都光头/中农483/4/中农28B/伊博1828//印度824//阿夫)聚敛而培育出的重要抗条锈品种。该品种70年代初开始在四川广泛种植,年种植面积超过3.5hm2。尤为重要的是,繁6及其姊妹系优良特性是显性、遗传传递力特别强,由它们衍生了绵阳、川麦、川育等多个系列一大批品种,覆盖了整个四川小麦生态区(包括四川及其邻近省区)。因此,对繁6主要育种目标性状进行遗传解析并发掘优良性状相关的位点对四川乃至西南麦区小麦育种具有重要的指导意义。二倍体长穗偃麦草(Thinopyrum elongatum) (2n= 14, EE genome)是小麦遗传改良中具有重要利用价值的外源物种之一。长穗偃麦草E基因组与小麦的成功杂交促进了其优良性状相关位点向小麦中的转移,从而为小麦遗传改良带来了新的机遇。研究证明,长穗偃麦草7EL染色体上携带有赤霉病抗性基因,通过发掘和验证长穗偃麦草7EL染色体特异性标记,为利用分子辅助选择长穗堰麦草7EL染色体赤霉病抗性基因提供有效的技术手段。基于上述研究目的,本研究对繁6及其衍生系品种产量和品质相关性状进行多年多点精准鉴定,从而明确小麦骨干亲本繁6的表型特征；同时,利用SNP芯片技术,实现了对繁6及其衍生系品种群体进行了全基因组扫描,以期在分子水平上解析繁6小麦骨干亲本繁6主要育种目标性状的遗传效应。另一方面,本研究通过构建赤霉菌侵染下长穗偃麦草7EL染色体cDNA文库,利用生物信息学方法进行分析,以期开发长穗偃麦草7EL染色体特异性分子标记,并对获得的特异标记进行验证。获得如下主要研究结果：1.基于对繁6及其衍生品种主要农艺和产量相关性状田间三年两点的精确鉴定,明确了繁6主要农艺和产量相关性状的表型特征及其演变趋势。比较繁6和不同世代衍生品种株高、穗长、小穗数、小穗粒数、穗粒重、千粒重和有效分蘖等影响产量的重要性状平均值的变化,发现在繁6衍生品种的不同世代中,各性状演变趋势表现平稳,无显著的差异,反映了繁6在衍生后代中良好的一般配合力。另外,繁6及其衍生系品种主要产量性状间的相关性分析结果发现,一些产量性状间存在相关性,特别是单株产量与分蘖之间呈极显著相关。可能正是这些产量因子之间的协调发展导致了繁6及其衍生系品种在四川麦区具有更好的优势。2.基于对繁6及其衍生品种品质相关性状两年一点的精确鉴定,明确了繁6品质相关性状的表型特征。在繁6及其衍生后代中,大部分品种磨制的面粉属于中筋或低筋粉,这与小麦籽粒蛋白的含量与质量密不可分。不同年份间,面筋含量与沉淀值变化明显,受环境影响大,粉质仪参数受环境影响较小,不同年份间基本无明显差异。3.基于小麦SNP芯片技术对产量相关性状进行分子遗传特征解析。对繁6及其衍生品种构成的自然群体进行遗传结构分析发现,该群体可以划分为5个亚群,群体内的LD衰减距离大约为1.3 cM。在全基因组水平,繁6对其第一代、第二代、第三代、第四代和第五代衍生品种的平均贡献率分别为78.1%,75.2%,71.3%,72.4%,72.9%。基于筛选到的繁6特异SNP标记,对产量相关性状进行全基因组关联分析,共获得371个与16个性状相关的MTAs(标记-性状关联,Marker-Trait-Associations)(p0.05)。其中,31个MTAs可在两个以上不同试验环境中检测到。这些关联位点分别位于染色体1D,2B,3A,3B,3D,4A, 4B,5A,5B,6A,6B,7A和7D染色体上,所涉及的产量相关性状分别为株高、茎节间长、穗长、旗叶宽度、分蘖数、有效分蘖数、千粒重、籽粒宽度、籽粒长度、小穗数和不育小穗数。进一步研究发现,3个位点wsnp_Ra_c2842_5399988, wsnp_Ku_c2562_4879681 及 wsnp_JD_rep_c4893733188230与2个以上产量相关性状关联。在5A染色体wsnp_RFL_Contig4307_500 6558-wsnp_Ex_c12792451582区段同时控制着株高、旗叶宽、不育小穗数和小穗,表明这一区段在繁6及其衍生群体中对产量性状控制起着重要的作用。4.基于小麦专有SNP芯片技术对品质相关性状进行分子遗传特征解析。基于-般线性模型(GLM)和混合线性模型(MLM)对繁6及其衍生品种6个品质相关性状进行全基因组关联分析。结果发现,在p0.01显著水平下,共获得与134个与品质相关性状关联的SNP特异位点的,这些位点分别位于1A,1B,2A,2B,2D.3A,3B,4A,4B,4D,5A,5B,5D,6A,6B,7A,7B和7D染色体上。其中,位于染色2A,2B,4A,5A,6A,7A,7D上的10个SNP标记与2个以上的品质相关性状同时关联。进一步研究发现,来自于4A染色体上,与干面筋表现为极显著关联的MTA wsnp_K u_c9746_16265584明确为繁6特异位点。5.基于RNA-Seq构建中国春和中国春-长穗偃麦草7EL附加系cDNA文库,通过与公共数据的比对获得135个长穗偃麦草7EL染色体候补表达序列。基于135个序列设计引物并进行PCR扩增,最终获得48个7EL特异的分子标记。通过中国春-长穗偃麦草(1E-7E)附加系验证开发标记的7EL特异性,通过中国春-长穗偃麦草(7A/B/D) 7E代换系验证标记在含有染色体7EL的个体中扩增稳定性,并且利用BC1F2群体(CS-7E(7D)×CSphlb)的47份材料对标记进行跟踪验证,以验证标记的有效性。
【学位授予单位】：四川农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S512.1

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