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《东北农业大学》 2016年
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基于连锁与连锁不平衡作图解析粳稻稻瘟病抗性遗传位点

郭丽颖  
【摘要】:水稻是重要的粮食作物,稻瘟病是水稻主产区发生最严重的病害之一,培育抗病新品种是防治稻瘟病最经济、有效的方法。然而在实际生产中抗性品种会因新的稻瘟病菌生理小种的出现而导致感病,因此,不断地寻找新的抗源、发掘新的抗病位点,将有助于提高育种效率。所以深入研究水稻抗稻瘟病的遗传机制,挖掘抗病基因(QTL)及抗病载体材料,有利于推动水稻抗稻瘟病分子辅助育种,加快水稻抗病育种进程。连锁分析和关联分析是剖析复杂性状遗传基础的两种重要方法,两种方法结合应用有助于复杂数量性状的遗传解析,能够提高QTL的检测效率,使检测结果更为全面、可靠。粳稻栽培品种是稻瘟病抗性育种中最核心的种质资源。为此,本研究以东农415与丽江新团黑谷杂交衍生的RIL群体和227份粳稻栽培品种构成的自然群体为试验材料,利用连锁分析和关联分析检测与水稻苗期和分蘖期稻瘟病抗性相关的QTL位点,并挖掘抗性优异等位变异及相应的载体材料,同时进行杂交组合的预测,以期为粳稻抗稻瘟病的分子标记辅助育种和种质创新提供理论依据。主要结果如下:(1)利用7个中国鉴别品种对130个稻瘟病菌株进行鉴定,结果共鉴定出7个群38个生理小种,鉴出率达29.23%。其中ZA群和ZD群为优势种群,所占比例为43.85%和33.85%;优势小种为ZD5、ZD7、ZA53、ZA61、ZA55和ZA21,出现频率分别为21.54%、9.23%、8.46%、6.92%、6.15%和5.38%,总频率为59.23%,说明上述6个优势小种在黑龙江省稻瘟病菌群体中占据着主导地位。东农415对35个生理小种表现出抗性水平,抗谱达92.11%。从38个生理小种中优选出产孢好、致病力稳定的生理小种ZA5和ZD5用于后续稻瘟病抗性QTL分析。(2)在苗期和分蘖期,分别对RIL群体和自然群体接种后7 d和14 d的病害级别进行统计分析表明,各性状基本符合正态分布,呈现典型的数量性状遗传模式。t检验结果表明,2个供试群体7 d和14 d的病害级别差异极显著。(3)RIL群体利用123个SSR标记构建遗传连锁图,该连锁图覆盖12条染色体的2217.4c M。每个标记之间的平均遗传距离为18.0cM。采用完备区间作图法对苗期和分蘖期的稻瘟病抗性进行了QTL分析。在苗期,2个生理小种在2014和2015年2年中共鉴定出29个QTL,分布在水稻的第1、2、4、5、6、7、9和11染色体的23个区间内,其中与ZA57 d和14 d病害级别相关的QTL有5和8个;与ZD57 d和14 d病害级别相关的QTL有6和10个;有13个苗期稻瘟病抗性QTL在2年内均被检测到。在分蘖期,2个生理小种在2年中共鉴定出31个QTL,分布在第1、2、4、5、6、7、8、9和11条染色体的22个区间内,其中与ZA57 d和14 d病害级别相关的QTL有9和6个;与ZD57 d和14 d病害级别相关的QTL有9和7个;13个分蘖期稻瘟病抗性QTL在2年内均被检测到。(4)利用153个SSR标记对227份供试材料DNA进行扩增,共检测出多态性条带580条,变化范围为2~8条;群体结构分析表明,供试群体被分为2个亚群;54.7%的材料间亲缘关系系数为0;LD衰减大约发生在23 c M的遗传距离处。(5)利用153个SSR标记通过MLM模型对苗期和分蘖期稻瘟病抗性相关的性状进行关联分析。在苗期,两年共检测27个SSR位点,累积40次显著关联(P0.05),分布除第3、9和10染色体外的9条染色体上,其中与ZA57 d和14 d病害级别相关联的标记位点有11和9个;与ZD57 d和14 d病害级别相关联的标记位点有8和12个。有14个苗期稻瘟病抗性位点在两年均被检测到;在分蘖期,两年共检测32个SSR位点,累积47次显著关联(P0.05),分布除第3和8染色体外的10条染色体上,其中与ZA57 d和14 d病害级别相关联的标记位点有11和11个;与ZD57 d和14 d病害级别相关联的标记位点有12和13个。有14个分蘖期稻瘟病抗性位点在两年均被检测到。通过相同标记和比较图谱发现,苗期和分蘖期分别有21和18个标记位点与本研究或前人连锁分析检测到QTL位点的侧翼标记相同或者位于其区间内。(6)对经连锁分析(本研究及前人研究)验证或在2年中稳定被检测到的SSR标记位点进一步进行抗稻瘟病优异等位变异的挖掘。在苗期,共鉴定出43个抗稻瘟病优异等位变异,其中RM208-179 bp、RM208-185 bp、RM213-139 bp、RM213-145 bp、RM265-112 bp、RM27940-107 bp、RM28033-111 bp、RM530-170 bp、RM84-105 bp和RM84-115 bp等10个抗性等位变异同时与2个或2个以上性状相关联;在分蘖期,共鉴定出33个抗稻瘟病优异等位变异,其中RM1254-147 bp、RM208-179 bp、RM208-185 bp、RM224-168 bp、RM24475-287bp、RM24475-292 bp、RM265-112 bp、RM480-235 bp等8个抗性等位变异同时与2个或2个以上性状相关联。(7)根据苗期和分蘖期227份粳稻材料所含优异等位变异数目,把227个种质资源进行分组,计算各组(含有相同数目优异等位基因)的平均病情值,发现含有优异等位基因数目越多,其稻瘟病抗性水平越高。为此,本研究根据材料所含优异等位变异不同,以组合聚合最多优异等位基因为原则,同时结合表型数据(对2个菌株均表现抗病),预测了改良粳稻苗期和分蘖期稻瘟病抗性的杂交组合。其中,东农415×垦稻19、东农415×龙粳22通过有性杂交可使后代积累20个苗期抗稻瘟病的优异等位位点;龙粳17×藤系138通过有性杂交可使后代积累16个分蘖期抗稻瘟病的优异等位位点。为下一步分子设计育种和实际育种工作提供参考。
【关键词】:粳稻 稻瘟病抗性 连锁分析 关联分析 QTL 抗性等位变异
【学位授予单位】:东北农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:S435.111.41
【目录】:
  • 摘要8-10
  • 英文摘要10-13
  • 1 前言13-38
  • 1.1 水稻稻瘟病概述13-15
  • 1.1.1 水稻稻瘟病危害13
  • 1.1.2 稻瘟病菌侵染途径13-15
  • 1.1.3 影响稻瘟病发病因素15
  • 1.1.4 稻瘟病防治方法15
  • 1.2 中国稻瘟病菌生理小种鉴定15-16
  • 1.3 水稻稻瘟病抗性鉴定与评价16-17
  • 1.4 水稻稻瘟病抗性机理及遗传研究17-31
  • 1.4.1 水稻稻瘟病抗病机理17-18
  • 1.4.2 水稻稻瘟病抗性遗传18-31
  • 1.5 连锁分析与关联分析在植物病害研究中的应用研究进展31-35
  • 1.5.1 连锁分析在植物病害研究中的应用研究进展31-32
  • 1.5.2 关联分析在植物病害研究中的应用研究进展32-34
  • 1.5.3 连锁分析与关联分析的结合应用研究进展34-35
  • 1.6 研究的目的与意义35-37
  • 1.7 技术路线图37-38
  • 2 材料与方法38-43
  • 2.1 试验材料38
  • 2.2 试验方法38-41
  • 2.2.1 稻瘟病生理小种鉴定以及菌株的筛选38-39
  • 2.2.2 稻瘟病抗性鉴定39
  • 2.2.3 DNA提取及质量检测39-40
  • 2.2.4 SSR标记分析40-41
  • 2.3 数据分析41-43
  • 2.3.1 表型数据的统计分析41
  • 2.3.2 连锁分析41
  • 2.3.3 关联分析41-43
  • 3 结果与分析43-87
  • 3.1 黑龙江省稻瘟病菌生理小种组成及东农415的抗谱分析43-44
  • 3.2 RIL群体及自然群体稻瘟病抗性鉴定44-48
  • 3.2.1 苗期的稻瘟病抗性分析44-46
  • 3.2.2 分蘖期的稻瘟病抗性分析46-48
  • 3.3 粳稻稻瘟病抗性相关性状的连锁分析48-56
  • 3.3.1 遗传连锁图谱的构建48-49
  • 3.3.2 苗期稻瘟病抗性相关的性状QTL分析及QTL累加作用49-53
  • 3.3.3 分蘖期稻瘟病抗性相关的性状QTL分析及QTL累加作用53-56
  • 3.4 粳稻稻瘟病抗性与SSR标记的关联分析56-72
  • 3.4.1 群体结构、亲缘关系及连锁不平衡分析56-60
  • 3.4.2 苗期稻瘟病抗性连锁不平衡分析及其与连锁分析的相互验证60-66
  • 3.4.3 分蘖期稻瘟病抗性连锁不平衡分析及其与连锁分析的相互验证66-72
  • 3.5 稻瘟病抗性优异等位变异挖掘及载体材料优选72-82
  • 3.5.1 苗期稻瘟病抗性优异等位变异挖掘及载体材料优选72-78
  • 3.5.2 分蘖期稻瘟病抗性优异等位变异挖掘及载体材料优选78-82
  • 3.6 稻瘟病抗性杂交组合的预测82-87
  • 3.6.1 苗期稻瘟病抗性杂交组合的预测82-84
  • 3.6.2 分蘖期稻瘟病抗性杂交组合的预测84-87
  • 4 讨论87-94
  • 4.1 黑龙江省稻瘟病菌群体基本特征及动态变化87
  • 4.2 稻瘟病抗性与病情扩展的遗传机制87-88
  • 4.3 苗期和分蘖期稻瘟病抗性的遗传重叠88
  • 4.4 不同生理小种抗性位点分布88-89
  • 4.5 稻瘟病抗性的连锁分析与关联分析比较89
  • 4.6 与前人研究结果比较89-91
  • 4.7 抗稻瘟病QTL的累加作用91-92
  • 4.8 优异等位变异的挖掘及利用92-94
  • 5 结论94-95
  • 6 创新点95-96
  • 致谢96-97
  • 参考文献97-110
  • 附录110-122
  • 攻读博士学位期间发表的学术论文122

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