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郁金香遗传连锁图谱构建及主要真菌病害抗性QTL定位

唐楠  
【摘要】:郁金香(Tulipa L.)是世界上重要的观赏植物之一,广泛应用于切花、盆栽和庭院种植。基腐病(Fusarium oxysporum)和灰霉病(Botrytis tulipae)是严重影响郁金香切花品质和种球质量的两大真菌性病害,每年对郁金香产业造成巨大的经济损失。由于缺乏抗病品种,目前生产上主要通过化学药剂进行防治,然而长期使用化学药剂,对生态环境造成严重威胁。近年来,世界各国已经开始制定相应的法规限制化学药剂的使用。因此,选育抗基腐病和灰霉病的新品种已经逐渐成为郁金香育种公司的主要育种目标。由于郁金香的幼年期长达4-5年,常规杂交育种选育一个品质优良的品种往往需要20年以上的时间,育种效率极低。利用分子标记构建郁金香遗传连锁图谱,进行抗病性QTL定位,利用与抗病性QTLs紧密连锁或共分离的分子标记进行标记辅助选择(MAS),可显著加速郁金香的育种进程。 本研究以郁金香Tulip gesneriana ‘Kees Nelis’和Tulip fosteriana ‘Cantata’种间杂交F1代为作图群体,基于SNP、SSR、AFLP和NBS标记,采用双拟假测交策略,首次构建了双亲遗传连锁图谱,对郁金香基腐病和灰霉病进行了抗性鉴定和QTL定位分析,同时利用SNP标记对72份郁金香种质进行了遗传多样性和亲缘关系分析。主要研究结论如下: 1.采用KASPar基因分型技术,利用316个SNP标记(151个KN_SNP,165个CA_SNP)对郁金香杂交F1代及亲本进行分型,共有275个具有多态性,其中122个KN_SNP只在母本中多态,121个CA_SNP只在父本中多态,仅有1个KN_SNP和4个CA_SNP在双亲中都具有多态性。 2.分别利用444和380个在F1代分离的分子标记(SNP、SSR、AFLP及NBS)构建了母本和父本的遗传图谱。母本遗传图谱共包含27个连锁群,342个分子标记(SNP,110;SSR,2;AFLP,238;NBS,5),覆盖基因组总图距1707cM,平均图距3.9cM,连锁群长度范围17.7cM-130.1cM。父本遗传图谱共包含21个连锁群,300个分子标记(SNP,99;SSR,3;AFLP,190;NBS,8),覆盖基因组总图距1201cM,平均图距3.1cM,连锁群长度范围6.7cM–122.8cM。 3.通过连续两年的土壤感病和GFP-tagged F. oxysporum接种两种鉴定方法,发现基腐病抗性在两亲本间差异显著,在杂交F1代中呈连续分布,为数量性状遗传。杂交F1代的表型分布符合正态分布,且存在明显的超亲分离。两年土壤感病鉴定结果的相关性较差(相关系数0.48)。本研究第一次利用携带绿色荧光蛋白基因(gfp)的F. oxysporum病原进行郁金香基腐病的抗性鉴定,利用绿色荧光蛋白释放的荧光信号对郁金香的感抗水平进行精确的量化。利用本文构建的双亲遗传图谱,结合3组表型鉴定数据,依次通过Kruskal-Wallis检验、IM和MQM作图,共检测到6个与郁金香基腐病抗性相关的QTL位点。不同表型鉴定试验中各QTL的显著性不同,单个QTL对表型变异的最大贡献率为12.5%-20.7%。 4.本文首次采用离体微滴接种法,通过人工测量和叶绿素荧光动力学分析两种途径,对郁金香杂交F1代的灰霉病抗性进行定量分析。结果表明灰霉病抗性在亲本中差异显著,在F1代中呈连续分布,为数量性状遗传。符合正态分布,且表现出超亲分离。首次利用叶绿素荧光动力学技术,通过荧光成像对灰霉病感病程度进行精确定量,避免了主观因素对鉴定结果的影响。基于本研究构建的双亲遗传图谱,分别以人工测量的病斑大小(IS)和叶绿素荧光像素面积(DB、TB)为表型数据,Kruskal-Wallis检验共发现11个可能与灰霉病抗性相关的QTL位点,通过IM和MQM作图共验证了其中6个QTLs,单个QTL对表型变异的最大贡献率为7.1%-27.8%。 5.利用121个SNP标记对72份郁金香材料进行亲缘关系和遗传多样性分析。72份郁金香材料的总观测杂合度(Ho)为0.35。根据开花时间和形态特征划分的品种类群杂合度从0.22(Fosteriana)到0.43(Darwin hybrids)不等。UPGMA、PCoA和STRUCTURE分析将72份材料分为3个大组,第一大组包括49个T. gesneriana品种,虽属于8个品种类群(Triumph, Single early, Single late, Double early, Double late, Fringed, Lily-flowered,Parrot),但组内没有明显的亚组分类,品种类群之间遗传距离很近。第二大组包括4个T. fosteriana品种。第三组包括品种‘Purissima’、‘Flair’和Darwin hybrids。‘Purissima’、‘Flair’与Darwin hybrids的遗传距离很近,STRUCTURE分析表明这两个品种具有T.gesneriana和T. fosteriana两种遗传背景,表明‘Purissima’和‘Flair’是杂交种。AMOVA分析证明了三个大组之间具有显著差异(FST=0.208,P0.0001)。根据开花时间对品种进行分类,发现早花品种和晚花品种间具有一定的遗传差异(FST=0.072, P=0.02)。


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