小麦加工品质性状全基因组连锁与关联分析

发布时间：2018-12-16 13:25

【摘要】：小麦加工品质性状是由多基因控制的数量性状,QTL定位和关联分析是目前解析数量性状的主要方法。由于前人的研究主要利用SSR标记,连锁图谱的标记密度较低、标记与QTL之间遗传距离较远,因而根据QTL定位结果很难进行基因克隆和分子标记辅助育种。本文利用小麦90KSNP芯片分析藁城8901/周麦16重组自交系群体及247份国内外品种(系),采取连锁和关联分析相结合的方法,发掘小麦加工品质性状基因及其紧密连锁的SNP标记,为下一步基因克隆和分子标记辅助育种提供重要信息。主要研究结果如下：1.利用90K SNP芯片和21个功能标记对176个来自藁城8901/周麦16的重组自交系进行全基因组扫描,去除亲本间无多态性及缺失率大于10%的标记,剩余9,297个SNP标记和7个功能标记用于遗传图谱构建。所有标记覆盖普通小麦21条染色体,总长度为2,789.2 cM,每条染色体的平均长度为132.8 cM,平均标记密度为0.30 cM/标记；B基因组标记数目最多(4,961)、长度最长(1,029.5 cM)且标记密度最大(0.21 cM/标记)；在所有染色体中,5B染色体标记数最多(1,222),5D染色体最少(12)：4A染色体长度最长(193.8 cM),6D染色体长度最短(17.2 cM)；2B染色体标记密度最大(0.11 cM/标记),5D染色体标记密度最小(8.78 cM/标记)。由此可见,SNP是构建高密度遗传图谱的有效标记。2.利用构建的高密度图谱,结合3个环境和面仪、快速粘度仪和混合实验仪获得的评价参数,通过Cartographer 2.5软件采用复合区间作图法进行全基因组QTL定位。共检测到119个QTL,分布在20条染色体上(4D除外),其中2B、4B、5A、5B和6B染色体上的QTL分布最多(≥8个),单个QTL可解释1.7-52.6%的表型变异；在检测到的QTL中,有15个QTL比较稳定(≤2个环境),且在所有环境中解释表型变异率均大于10%,可将与这些QTL紧密连锁的SNP标记转化为KASP标记,用于分子标记辅助育种；与前人研究结果比较,发现29个新的QTL(_≤2个环境),其中12个与和面仪曲线参数相关,17个与快速粘度仪曲线参数相关；本文首次报道了混合实验仪曲线参数QTL定位,共检测到55个QTL。此外,通过生物信息学的方法,发掘8个与面团强度和淀粉糊化特性相关的候选基因,其中4个基因与氨基酸代谢途径相关,2个基因与蔗糖和淀粉代谢途径相关,2个基因与脂肪酸代谢途径相关。3.从176个藁城8901/周麦16的重组自交系中随机选取59个家系,利用660K SNP芯片对其进行全基因组扫描,用于对已定位的QTL区域进行标记加密。通过加密图谱,QC3.caas.3AS.2区间从10 cM缩短到2 cM,与QMPV.caas.5AL紧密连锁标记的遗传距离从1.1 cM缩短至0.7 cM;QFV.caas.5AS区间从4.6 cM缩短至0.3 cM,将4B染色体上控制MTxW、DT和ST的共定位区间从2.3 cM缩短至1.6 cM。4.以247份遗传基础丰富的小麦品种(系)为材料,结合2个环境和面仪和快速粘度仪获得的评价参数,选取22,483个(包括15个功能标记)稀有等位基因频率大于5%且染色体位置已知的高质量SNP标记,采用Q+K的混合线性模型通过Tassel 5.0软件进行全基因组关联分析。共检测到150个标记位点与和面仪及快速粘度仪获得的评价参数显著关联(P0.001),分布于21条染色体上,单个位点可解释4.0-32.7%的表型变异；2个环境下同时检测到32个标记位点,其中19个位点与和面仪获得的评价参数相关,13个位点与快速粘度仪获得的评价参数相关；与前人的研究对比,发现23个新的控制和面仪曲线参数位点,32个新的控制快速粘度仪曲线参数位点。5.以156份遗传基础丰富的小麦品种(系)为材料,结合4个环境混合实验仪获得的评价参数,选取18,222(包括15个功能标记)个稀有等位基因频率大于5%且染色体位置已知的高质量SNP标记,采用Q+K的混合线性模型通过Tassel 5.0软件进行全基因组关联分析。共检测到145个标记位点与混合实验仪获得的评价参数显著关联(P0.001),分布在20条染色体上(4D除外),单个位点可解释7.0～26.3%的表型变异,其中29个是稳定的标记位点(≥2个环境)。6.在连锁和关联分析中同时检测到14个位点,其中1AL、1BS、1DL、2BS (Ku_c21663_1390)、 5AL、5DS、6AS上的位点与面团强度相关,1BL、2AL、2BS (IACX712)、3AS、4BL、6BL和7BL上的位点与淀粉糊化特性相关,这些位点是比较稳定的,可用于蛋白质和淀粉性状基因的精细定位、克隆和分子标记辅助育种,同时也表明连锁和关联分析两者相互补充,相互验证。
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【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S512.1
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本文编号：2382420