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甘蓝型油菜DH作图群体的构建和重要农艺性状及品质性状的QTL分析

邱丹  
【摘要】: 利用小孢子培养方法培育出了一个新的油菜双单倍体群体(DH群体)。这个群体在湖北武汉和陕西渭南进行了两年田间试验。调查了十三个重要的油菜农艺性状,包括油菜发育相关性状,种籽产量相关性状和种籽品质相关性状。利用这个群体构建了遗传连锁图谱并用于数量性状分析和作图。采用了已经发表的油菜遗传连锁图谱上的标记来使这个图谱与国际上的其他油菜遗传图谱能够对应。这个图谱主要由SSR,RFLP,AFLP,Ms-AFLP和STS标记组成。其中STS标记是能够与拟南芥的相应基因对应。总共完成了608个标记对这个群体的作图。利用Joinmap3.0软件将这些标记构建成了一张甘蓝型油菜遗传连锁图谱。根据这些标记的严谨程度和图谱的准确性,构建了三张遗传连锁图,分别含有277,352和532个遗传标记。其中277个标记的遗传连锁图是最为严谨和可靠的,含有352个遗传标记的遗传连锁图也是严谨程度很高的,而含有532个标记的遗传连锁图的严谨程度要稍差。利用含有277个标记和352个标记的遗传连锁图进行了油菜种籽芥酸含量和含油量的定位和分析。同时利用含有352个标记和532个标记的遗传连锁图两张有较大标记密度的遗传连锁图进行了在两年两点环境下十三个农艺性状的QTL达及其与环境间互作,两位点间互作和条件QTL分析。 (1)利用277个标记的遗传连锁图,定位了四个QTL控制芥酸含量。两个位于N8和N13,可以认为是主效QTL,分别解释群体表型变异的45%和30%。定位于N1、N8和N13上控制芥酸含量的三个QTL所在的区域都与拟南芥第四染色体的长臂端相对应(ParKin et al.2003),说明这三个QTL的候选基因可能就是FAE1的同源基因。 (2)共有七个控制种籽含油量QTL被检测到。所有这些QTL都是效应较小的QTL,共解释了55%的表型变异。在N1、N8和N13上的QTL与芥酸含量有关。研究结果也认为控制芥酸含量和含油量的QTL位点是紧密相关的。在群体中就还有另外四个QTL与芥酸合成无关。 (3)在352标记的遗传连锁图中,用两种不同的模型进行了QTL作图和分析。第一个模型是用QTLCart2.0对独立环境下的QTL进行分析,另一个模型是运用混合线性模型对多个环境下的QTL以及QTL与环境之间的互作进行分析(Wang et al.1999)。用第一个模型,对13个性状检测到只有12个QTLs(2.7%)在四个环境中是都出现的。在两年和两点的环境下分别重复检测到了77个和66个QTL。单独的QTL似乎对环境比较敏感。四个环境下13个性状共有441个LOD值大于2.0的QTL被检测到。此外343个QTL和251个QTL分别在LOD值大于2.4和3.0的情况下被检测到。在441个LOD值大于2.0的QTL中,有半数的QTL只能在一个环境下被检测到。这些在4个环境下都被检测到的QTL都具有很大的LOD值(平均15.32)。在每个环境中都能检测到的共同QTL的平均LOD值(4.84)要比环境特异性QTL的平均LOD值高(3.67)。用第二个模型,13个性状中,检测到76个QTL是在四个环境下表达的。约87%的QTL表现出显著的GE互作效应。ST,HP,GLU,PNM,PN和SY等性状的的所有QTL都与环境有互作,而其他性状的QTL部分表现出与环境的互作。 (4)也进行了这13个性状中两位点互作(Interaction loci pairs,ILPs)的分析。共有507个显著的互作对(P<0.05)被检测到,然而97%的两位点互作是只在某一个单独的环境下被检测到。因此相对于主效QTL,两位点互作对于环境的变化更加敏感。只有两个有很高LOD值的互作对在4个环境下都被检测到,它们分别控制种籽含油量和芥酸含量。依据对目标性状的QTL是否涉及其中,可以将ILPs分为三类,比如,目标QTL间的互作对(I-QtQt),目标QT和非目标QTL间的互作对(I-QtQn),非目标QTL间的互作对(I-QnQn)。这三种不同的两位点互作类型中,各有52,229和216个互作对被检测到。其中目标QTL间的互作对(I-QtQt),目标QTL和非目标QTL间的互作是占主要地位的互作模式。LOD值较大的ILPs也相对稳定,能在不同的环境下被稳定的检测到,这与QTU检测的情况一致。 (5)把每一个性状都在其他性状被控制的条件下进行了QTL重新扫描。发现35%的QTL消失了,而同时差不多数量的新QTL出现。22%(97)的QTL是条件独立型的QTL(Conditional Independent QTLs,CI-QTLs),即这些QTL不受其它性状变化的影响。同时这也说明大约78%的QTL是被其他性状所影响的。所有在四个环境下都被检测到的QTL均为条件独立型的QTL。而只有85%的条件独立型的QTL是能在不同环境下被重复检测到的。在进行条件QTL扫描之后,原有没有被改变的QTL平均LOD值(4.86)也要比消失的和新出现的QTL平均LOD值高(4.69)。 (6)无论QTL在不同的环境如何变化,两位点互作在不同环境中如何变化,以及控制不同性状的相同QTL如何变化,如果QTL的LOD值越高,QTL的稳定性就越强(penetrability)。的实验初步揭示了在不同环境下控制不同农艺性状的QTL自身的表达以及被环境和其它位点调控的复杂生物调控体系。此外,实验中得到那些能在不同环境稳定表达的QTL以及不被其它性状所影响的QTL,将为这些性状的标记辅助育种以及未来的精细作图和基因克隆打下很好的基础。


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