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甜高粱遗传图谱的构建及能源相关性状的QTL定位

管延安  
【摘要】:高粱[Sorghum bicolor (L.) Moench]是世界范围内广泛栽培的重要作物,具有C4光合系统,光合效率高,杂种优势强,具有耐旱、耐涝、耐瘠薄、耐盐碱等多重抗逆性。甜高梁是普通粒用高粱的一个变种,植株高大,茎秆富汁多糖。茎秆糖组分主要为蔗糖、葡萄糖和果糖等简单糖类,可以很容易地发酵为乙醇。由于这些特点,甜高粱被认定为很有潜力的专用能源作物。本研究利用甜高粱与粒用高粱杂交的F2群体及F2:3家系,构建了SSR分子标记连锁图谱,对株高、茎粗、茎叶鲜重、茎秆鲜重、茎秆液汁重、茎秆含糖量等能源相关性状进行了QTL定位分析,并对株高、糖度进行了主基因多基因模型分析,以期为甜高粱分子标记辅助选择育种和主效QTL的精细定位提供依据。获得以下主要研究结果: 1、利用粒用高粱品种石红137/甜高粱品种L-甜F2群体构建了高粱的SSR标记连锁图谱,共包含118个标记位点,其中116个为高粱SSR标记,2个是甘蔗SSR标记,覆盖高粱基因组的1884.6cM,标记间平均距离为15.97cM,共15个连锁群。 2、在构建分子标记连锁图谱的基础上,利用复合区间作图法,对高粱的株高、茎粗、茎叶鲜重、茎秆鲜重、茎秆液汁重、液汁糖度等6个能源相关性状进行了QTL定位分析。获得了7个稳定表达、贡献率较高的主效QTL。其中,四个环境中共检测到3个控制株高的QTL,分别位于SBI-01、SBI-07和SBI-09,表型贡献率为11.32%-45.29%。位于SBI-07和SBI-09上的两个主效QTL可在四个环境下同时检测到,均是L-甜的等位基因起增效作用,效应值分别为21.56% - 45.29%和11.32%-22.89%。在三个环境中共检测到6个控制茎粗的QTL,分别位于SBI-01、SBI-07、SBI-08和SBI-09上,表型贡献率为6.47%-33.55%。位于SBI-07上SbAGF06和Xcup19标记区间的QTL可在三个环境中同时检测到,对表型的贡献率为12.86%-33.55%,是控制高粱茎粗的主效QTL。在三个环境中共检测到7个控制茎叶鲜重的QTL,分别位于SBI-01、SBI-04、SBI-07、SBI-08和SBI-09上,对表型的贡献率为5.49%-25.36%。SBI-09上的QTL效应值高(16.17%-25.36%),表达稳定,3个环境中都能表达,为主效QTL。在两个环境中共检测到5个控制茎秆鲜重的QTL,分别位于第1、7和9染色体上,对表型的贡献率为8.65%-21.52%。其中位于SBI-07和SBI-09染色体上的2个QTL都可在两个环境中同时被检测到。而位于SBI-09上Sb5-206和SbAGE03区间的QTL对表型的贡献率较大,分别为18.61%和21.52%,为主效QTL。在两个环境中共检测到6个控制汁液重的QTL,分别位于SBI-01、SBI-04、SBI-07和SBI-09上,表型的贡献率7.19%-23.26%。其中位于SBI-07和SBI-09的QTL可在两个环境中同时被检测到,其他的QTL均是在一个环境中被检测到。位于SBI-09上Sb5-206和SbAGE03区间的QTL,对表型的贡献率较大分别为16.86%和23.26%,为控制汁液重的一个主效QTL。在两个环境中检测到4个控制糖锤度的QTL,分别位于SBI-01、SBI-02、SBI-03和SBI-07,对表型的贡献率为11.03%-17.65%。位于SBI-03的QTL是2个环境中稳定表达的主效QTL,贡献率为11.03%和17.65%。 3、在SBI-07和SBI-09上检测到两个控制多个性状的QTL簇,其中SBI-07的QTL簇包含控制上述6个性状的QTL,除了茎粗外,其他5个性状的遗传正效应均是来自于父本L-甜。SBI-09的QTL簇含有控制株高、茎粗、茎叶鲜重、茎秆鲜重、汁液重的QTL,遗传正效应均是来自于父本L-甜,主要表现为部分显性效应。除了控制茎粗的QTL外,其余4个QTL均是主效QTL。发现控制株高的QTL同时影响茎叶鲜重和糖度等其他能源相关性状,进一步证实了控制株高QTL位点的一因多效性。 4、通过对株高和糖度两个性状进行联合世代分析,发现主基因-多基因模型分析和QTL定位分析对基因效应的解析相似。二者不同的是,QTL定位分析能将QTL位点定位于具体的染色体和标记区间,而主基因-多基因模型分析只能明确主效基因的数目和基因效应。


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