谷子高密度遗传图谱构建及产量和农艺性状QTL分析

发布时间：2019-04-18 22:17

【摘要】：谷子作为我国重要的区域性特色杂粮,同时也是一种较为古老的栽培农作物,具有重要的历史意义和研究价值。与我国主要的粮食作物相比,谷子在生理特性和理化指标上都具有明显的优势,被大众视为粮饲料两用作物。它不仅能高效利用水分、表现出较好的抗旱耐瘠性,在干旱、半干旱地区广泛种植;而且其籽粒(小米)富含多种氨基酸以及人体所必需的矿质营养元素,营养丰富且价值极高,可作为传统食补、食疗的重要原材料。此外,谷子还具有相对较小的基因组(2n=2x=18)。相比于其他黍亚科农作物,谷子可作为解析植物基因组、研究作物抗旱性机理的候选材料,同时也是有望成为研究C4能源作物及黍亚科作物功能基因组的模式作物之一。谷子育种的目标性状中的很大一部分性状都被公认为是典型的数量性状,应用传统育种方法改良这些性状,既费时又费力。随着分子标记技术及高通量测序的快速发展,分子标记辅助选择为这些数量性状的遗传改良提供了新的思路。谷子全基因组测序工作的顺利完成,也为谷子的数量性状基因(QTL)定位和功能基因组研究提供了非常重要的数据资源。至今,已有大量的谷子分子标记被成功开发,但现有的谷子遗传图谱所包含的标记数目较少,覆盖率低,检测QTL的效率低。因此,开发更多的新引物,创建多样的作图群体,构建密度较高的遗传图谱,鉴定更多、更稳定的显著QTL,对谷子产量及农艺性状的遗传改良具有重要应用价值。本研究选用两个农艺性状差异较大的谷子栽培品种“陇谷7号”和“豫谷1号”作为亲本,建立(豫谷1号×陇谷7号)F_2作图群体,利用新开发的微卫星(SSR)标记,构建谷子高密度种内遗传连锁图谱;结合两年的相关表型数据,经检测分析,以期获得控制谷子这些重要性状的稳定QTL。主要研究结果如下:1.谷子SSR标记开发本研究利用“豫谷1号”参考基因组序列,设计了10598对SSR引物,约覆盖谷子基因组的99.89%。分布在谷子9条染色体上的SSR标记数目介于658~1874个,各染色体上标记密度为16.17~31.78 markers/Mb。其中,第9染色体的标记数目最多,标记密度也最大;第8染色体上的标记数目最少,标记密度也最小。设计的不同重复单元引物中,五核苷酸重复的引物数目最多,二核苷酸重复的引物数目最少。2.群体标记基因型检测利用10598对SSR引物筛选“豫谷1号”与“陇谷7号”两亲本间的多态性,共获得1013对多态性引物,多态性比例为9.6%。利用获得的1013对多态性引物检测F_2群体中168个单株的标记基因型,共产生1035个多态性位点,其中22对引物分别产生2个多态性位点。经χ~2检测,其中220个标记位点表现出显著的偏分离(p0.05),偏分离比例为21.3%。遗传图谱上1035个SSR标记覆盖谷子物理图谱的395.65 Mb,约为谷子全基因组重组长度(~515 Mb)的76.8%。3.谷子遗传连锁图谱构建利用作图软件Jionmap4.0进行连锁分析,1035个位点分别定位到了谷子的9条染色体上,构建了一张覆盖1318.8 c M的谷子遗传图谱,相邻标记间的平均间隔为1.27 c M。该图谱共包含9个连锁群,依次对应于谷子的9条染色体。其中,第9染色体的重组长度最长,为226.4 c M,标记间的平均距离最大(2.02 c M);重组长度最短的是第7染色体,只有102.9 c M,标记间距相对较小,为0.93 c M;第8染色体上的标记密度最大,平均距离为0.67 c M。4.谷子产量及农艺性状QTL分析利用上述构建的高密度遗传图谱,结合2个年份的谷子11个主要农艺性状表型数据,检测到29个与谷子产量及农艺性状相关的QTL,LOD值为2.56~5.45,解释变异率介于7.0%~14.3%之间。在检测到的29个QTL中,有22个QTL增加性状表型值的等位基因来源于“豫谷1号”,而其余6个QTL来源于“陇谷7号”。另外有1个千粒重QTL(q TGW5.1)增加性状表型值的等位基因在单环境(2014年)和联合分析检测中分别来源于不同的亲本。此外,在第1、5、6染色体上均发现了控制不同性状的QTL聚集在同一染色体的同一区域内。其中第1染色体上检测到的8个QTL(q LMS1.1、q DMS1.1、q NMS1.1、q MPL1.1、q MPD1.1、q SWP1.1、q PWP1.1、q GWP1.1)聚集在GSA00767~GSA00780区域内,这些QTL及染色体区段可以作为下一步研究的重点研究对象。
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【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S515

【参考文献】