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枣高密度遗传连锁图谱构建与农艺性状QTL定位

王中堂  
【摘要】:枣(Ziziphus jujuba Mill.)是我国特有传统经济林果,枣产业是支撑我国乡村振兴和农民脱贫的重要产业。然而,随着枣产区的西移,鲜食枣特色明显,产业稳步发展,急需新格局下的品种支撑。而枣主要通过农家选优和实生选育进行品种培育,为了更好地突破枣树杂交育种的理论和技术,本研究以品质为目标,以优质鲜食品种‘冬枣’为母本和干鲜兼用品种‘金丝4号’为父本,进行人工控制自然杂交,利用SSR分子标记,构建F_1代杂交群体,采用GBS(Genotyping-by-Sequencing)简化基因组测序技术开发SNP(Single Nucleotide Polymorphism)分子标记,依据‘冬枣’和‘骏枣’全基因组测序数据,构建枣高密度遗传连锁图谱,评价群体枣树叶片、针刺和果实等重要性状表型,鉴定其相关的数量性状位点(Quantitative Trait Loci,QTL),分析群体果实重要性状遗传变异规律,通过主成分分析筛选优株,为枣品种遗传改良提供理论基础。取得的主要结论如下:1. 人工控制自然杂交,获得201株‘冬枣’实生后代,采用多态性信息含量PIC值较高(0.5)和扩增稳定的8对多态性SSR引物,在后代中共检测到84个等位性条带,平均扩增条带数10.5,利用Cervus3.0软件在95%置信区间,鉴别父本为‘金丝4号’的杂交后代111株,其他父本后代32株,33株基因型与母本不符,未发现‘冬枣’自交后代。为构建枣遗传连锁图谱和性状QTL定位,提供了新的枣杂交群体。2. 从111株‘冬枣’和‘金丝4号’F_1杂交群体中选择103株为作图材料,采用GBS简化基因组测序技术开发SNP分子标记,参考‘冬枣’全基因组筛选标记,构建枣高密度遗传连锁图谱“D-map”,包含12个连锁群(Linkage Group,LG),上图SNP标记3678个,总覆盖遗传距离939.23 c M,平均遗传距离0.26 c M。其中,连锁群lg2遗传距离最长,总覆盖遗传距离92.870 c M,含有334个标记,平均距离0.28 c M,最短连锁群为lg11,遗传距离56.970 c M,含有306个标记,平均遗传距离0.19 c M,该图谱锚定‘冬枣’基因组数据量324 Mb,占全基因组的74%。参考‘骏枣’全基因组筛选标记,构建枣高密度遗传连锁图谱“J-map”,包含12个连锁群,上图标记5786个,遗传距离2167.511 c M,平均遗传距离0.358 c M,其中连锁群lg11遗传距离最长,总遗传距离为318.495 c M,含有672个标记,平均遗传距离为0.47 c M,最短连锁群lg07,遗传距离57.683 c M,有237个标记,平均遗传距离为0.24 c M,该图谱锚定‘骏枣’基因组数据量301 Mb,占全基因组的85.7%,为数量性状连锁研究提供了工具。3. 对F_1群体叶片(叶长、叶宽、叶面积、叶形指数、比叶重、叶绿素含量),针刺长度和果实(单果质量、横径、纵径、果形指数、可溶性固形物、VC、总糖、总酸、糖酸比和可食率)等17个表型性状评价,2016、2017和2018年评价叶片和针刺性状,2018、2019年评价果实性状。表型在个体间变异较大,表现明显的分离,符合正态或偏正态分布,具备数量遗传性状的特点。依靠构建的遗传图谱“D-map”,采用Map QTL软件的MQM映射方法(=CIM复合区间作图法)对6个叶片表型性状、1个针刺性状和10个果实性状进行QTL分析,共检测到与17个性状指标相关的235个QTL,分属12个连锁群,包括叶片性状相关QTL位点64个、针刺性状相关QTL位点15个和果实性状相关QTL位点156个。其中,检测到叶片长度的QTL位点共8个,叶片宽度的QTL位点7个,叶片面积的QTL位点12个,叶形指数的QTL位点17个,比叶重的QTL位点7个,叶绿素含量的QTL位点13个;检测到针刺相关的QTL位点15个;单果重相关的QTL位点43个,果实横径相关QTL位点16个,果实纵径相关QTL位点36个;果形指数相关QTL位点9个,可溶性固形物含量相关QTL位点11个,维生素C相关QTL位点13个,总糖含量相关QTL位点3个,总酸含量相关QTL位点8个,糖酸比相关的QTL位点4个,可食率相关的QTL位点13个。其中108个QTL位点的LOD3.5,可能为主效基因。与6个叶片表型性状、1个针刺性状和10个果实性状相关的235个QTLs在12条连锁群均有分布,连锁群lg1~lg12分布的QTL数目依次为42、3、14、12、6、11、7、25、17、4、5和89。其中,在连锁群lg1、lg4、lg5、lg8和lg12上,共有36个标记关联到2个或2个以上共分离的QTL位点,这些连锁群上共分离的QTL数目依次是19(lg1)、11(lg4)、2(lg5)、8(lg8)和41(lg12)。4. 杂交群体10个果实性状遗传分析发现,各性状均存在较大遗传变异,果实大小表现出衰退现象,可溶性固形物含量平均值高于亲中值,Vc和总酸含量超亲比例较高,出现衰退的性状后代中也有少量超亲现象,表现一定的杂种优势。对10项果实性状主成分分析,选择单果重、糖酸比、总糖、可溶性固形物含量和果实纵径共5个主成分,累计贡献率达89.85%。根据主成分综合得分,初步筛选出10株综合性状优良的单株(j-48、j-163、j-47,j-58、j-26、j-49、j-127、j-57、j-32和j-35)。进一步评价,筛选出j-47和j-127为待选优株,其果肉质地紧密,汁液饱满,酥脆、酸甜可口,无残渣,具有优良鲜食枣的特性,接下来将进行高接鉴定和多点区域试验。综上所述,枣高密度遗传连锁图谱的构建和叶片、针刺、果实相关农艺性状QTL的定位,为我国枣遗传育种及分子标记辅助选择提供了有益的探索和参考。


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