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大麦穗顶部退化突变体bptd的基因定位及穗相关性状的QTL分析

田斌  
【摘要】:大麦是世界上广泛种植,年总产量仅次于水稻、小麦和玉米的第四大粮食作物,因此培育出高产的大麦品种具有重要意义。穗部性状在产量结构中起到重要作用。前期我们鉴定到一份大麦穗顶部退化突变体,暂命名为bptd(barley panicle top degradation)。本研究对该突变体相关农艺性状进行了测定;对其幼穗的DAB染色、石蜡切片、生理生化指标进行了分析;对突变体bptd进行遗传分析并利用Super-BSA的方法对突变体基因进行了定位。另外对大麦RIL群体重要农艺性状(株高、穗长、芒长、旗叶宽、旗叶长)近四年的测量数据进行相关性及QTL分析。研究结果为进一步探讨大麦穗顶部退化形成的机制及相关基因的克隆及提高大麦产量奠定了基础。主要研究结果如下:(1)研究发现突变体bptd的穗顶部发育异常,表现为“半白穗”;与野生型相比,bptd植株较为矮小、穗长较短、单穗籽粒数减少、百粒重降低、所有节间长度明显缩短。(2)通过对突变体bptd幼穗的DAB染色,发现突变体bptd的幼穗顶端有H_2O_2积累;同时,对突变体和野生型相同发育时期的幼穗进行了石蜡切片观察,测量切片中穗宽、穗轴宽及小穗原基宽度,发现幼穗顶端细胞细胞较大但数量减少、排列稀松杂乱、细胞壁较厚、细胞核较小,说明幼穗顶端的分生组织受到了损伤。(3)分别测定突变体bptd幼穗四个发育时期的MDA含量、SOD活性、POD活性、CAT活性及GSH含量,结果表明突变体bptd幼穗的膜系统受到了损伤,且抗氧化系统可能受到了破坏,抗氧化能力下降。(4)突变体bptd的遗传分析表明该突变性状是受单隐性核基因控制。突变基因的定位采用了Super-BSA法,将F_2群体中穗顶部退化植株构建的混池和野生型ZJU3同时进行简化基因组测序及数据分析,已将该基因定位于染色体6H上210,097,814-309,786,035区间内,该区间共有1269个候选基因,其中非同义突变的基因共12个。(5)大麦RIL群体的亲本GP和H602在株高(PH)、穗长(PL)、芒长(AL)、旗叶宽(FLW)、旗叶长(FLL)方面均存在显著差异。分析了RIL群体近四年的测量数据,结果表明这5个农艺性状符合正态分布。近四年的数据中,PL与PH、AL、FLW、FLL均呈现了极显著或显著的正相关;FLL与FLW之间也呈现出了极显著的正相关。(6)运用QTL IciMapping软件分析RIL群体5个农艺性状近四年的数据,共检测到37个QTL。发现位于2H上控制大麦PL的QTL、位于5H上控制大麦AL的QTL连续三年均能被检测到,为稳定遗传的QTL。其中在3H上检测到一个主效QTL,位于分子标记Marker1494192-Marker2152945之间,该QTL与PH、AL、FLW、FLL4个性状相关;位于5H上分子标记Marker5648355-Marker5163262之间的QTL同时控制PL、AL两个性状;位于5H上分子标记Marker4994432-Marker4971228之间的QTL同时控制PH、FLL两个性状的表达,这充分体现了一因多效的存在。


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