陆地棉回交群体杂种优势遗传基础研究

发布时间：2019-04-28 06:57

【摘要】：利用杂种优势,可以提高作物的产量,改良作物的品质和抗逆性。杂种优势在作物育种中己被广泛应用,但其遗传基础目前仍没有统一的解释。棉花是具有较强杂种优势的作物,并且棉花重要的农艺性状为数量遗传性状,棉花育种的主要目标就是对这些数量性状进行改良。分子数量遗传学的发展为棉花杂种优势的研究提供了新的方法。本研究包括4个群体：以陆地棉(Gossypium hirsutum L.)的优良杂交种“欣杂1号”及其母本与另一个品系配组的杂交种各自衍生的两个重组自交系群体(基础群体),以及用其共同母本与重组自交系群体分别回交构建了两个“永久”回交群体。利用复合区间作图法和完备区间作图法对4个群体在3个环境下的重要农艺性状进行了单位点和双位点的QTL分析,对在纯合子和杂合子下检测到的QTL遗传效应进行了解析。本研究为剖析陆地棉的杂种优势机理提供了新的结果,对动态杂种优势遗传基础进行了新的探索。获得的主要结果如下：1.成功构建了2个陆地棉分离群体的遗传图谱,图谱分别包含623个位点和308个位点,覆盖基因组分别为3889.9cM和3048.4cM。利用复合区间作图法,将两个杂交组合的重组自交系、回交群体和中亲优势值三个数据集的产量性状分别定位到了78、66和29个QTL。在回交群体中,对于产量及产量构成因子,50个QTL(64.9%)表现为部分显性效应,27个QTL(35.1%)表现为超显性效应。双位点水平上,利用完备区间作图法,在RIL和回交群体中分别检测到120和88个主效应QTL (M-QTL),以及335和99个上位性QTL(E-QTL),并且检测到大量的基因型与环境互作。绝大部分E-QTL的平均数目和解释表型变异都大于M-QTL。结果表明,单位点部分显性、超显性效应,两位点的上位性,以及基因与环境的互作效应共同解释杂种优势的遗传基础,其中单位点部分显性效应和上位性效应起到更重要的作用。2.杂种优势位点具有明显的3个特征：第一,控制性状和杂种优势的单位点QTL和上位性QTL都存在“一因多效”,可同时影响多个性状及其杂种优势的表现；第二,杂种优势位点与环境存在互作效应,杂种优势的表现容易受到环境的影响；第三,产量性状和其杂种优势QTL存在部分重叠,杂种优势位点不是独立存在,产量和产量的杂种优势位点共同对陆地棉杂种优势的表现起作用。3.利用复合区间作图法对不同时期的动态单株铃数及其杂种优势进行了QTL定位,在成熟期鉴定到23个QTL,而在其他3个发育时期检测到99个QTL。动态单株铃数的杂种优势遗传基础呈现动态变化,发育过程的早期表现为显性到超显性,而后期则表现为部分显性到显性；杂种优势水平越高,QTL显性度越大。4.分子标记杂合性与性状表型值以及杂种优势之间的相关性均不显著,全基因组的杂合性对杂合子的表现及动态性状表现起到很少的作用。5.上位性和基因与环境的互作效应普遍存在,上位性在控制产量性状和性状杂种优势的表现上都起到重要作用,且上位性以非主效应QTL位点参与的互作为主。6.对株高作为动态发育模型进行了动态QTL定位分析,结果表明控制株高发育动态性状的QTL表达具有时空特征。株高杂种优势的遗传基础主要为单位点遗传效应并且呈现动态变化,发育早期以表现为部分显性遗传效应的QTL居多,而发育后期QTL主要表现为超显性遗传效应。此外,还对“欣杂1号”重组自交系苗期的根系进行了动态发育QTL定位,结果表明控制根系发育动态性状的QTL表达也具有时空特征。7.单位点的加性效应和非主效位点参与的上位性互作是纤维品质性状的遗传基础。同时,检测到了多个群体多个环境下稳定表达的主效QTL,为下一步分子标记辅助选择育种提供了参考。
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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】：S562
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本文编号：2467417