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小麦主要产量和品质性状的QTL鉴定及ZDS功能标记的开发

张彩英  
【摘要】:小麦是重要的粮食作物之一,随着分子生物学研究的深入,利用生物技术手段提高产量和改良品质已成为小麦研究的热点。而利用基因组的理论和方法,寻找并开发与性状连锁的分子标记,对实现分子标记辅助选择,加速新品种的培育进程具有重要的理论和实际意义。为此,本文进行了两方面的研究,第一,以澳大利亚六倍体小麦22397为父本、分别与澳大利亚小麦栽培品种Lang和硬粒小麦品种Bellaroi构建的两个遗传群体为研究材料,进行了产量和品质性状的遗传评价和QTL定位,试图寻找与性状连锁的分子标记;第二,克隆了小麦ζ-胡萝卜素脱氢酶(Zds)在2DL染色体上的两个等位基因,并开发了与小麦黄色素含量连锁的功能标记。主要结果如下: 1.构建RIL群体的两个亲本Lang和22397在产量和品质性状间都存在较大的差异,其性状表现在两种环境下基本一致。父本22397的穗长、小穗数、蛋白质和面筋含量都优于母本;RIL群体品质性状显著优于我国目前推广的小麦品种,而且株系间存在较大的差异,性状的变异趋势基本一致且呈连续分布。以Bellaroi与22397构建的CIL(BC2F8)群体在不同环境中性状的变化趋势基本一致,22997的蛋白质含量、面筋含量和沉降值等显著优于母本Bellaroi。通过两次回交,群体某些产量和品质性状较受体Bellaroi有所改良。 2.两个遗传群体(RIL和CIL)在不同年度及地点间产量和品质性状的相关结果较为一致。产量性状间以及产量性状与品质性状间存在错综复杂的关系。株高与穗长、小穗数、千粒重以及膨胀势呈正相关;穗粒数与小穗数正相关,但与蛋白质和面筋含量负相关,而蛋白质含量与面筋含量正相关显著;沉降值与面筋含量以及面团的吸水率、形成时间、稳定时间和断裂时间呈极显著的正相关,而与公差指数和软化度呈极显著的负相关;膨胀势与面团的吸水率显著负相关,与降落值显著正相关;面团的形成时间、稳定时间、断裂时间、评价值相互间正相关显著,但它们与公差指数和软化度负相关显著。 3.利用RIL群体检测到株高、穗长、千粒重、蛋白质含量、面筋含量、籽粒硬度、容重、沉降值、膨胀势、吸水率、稳定时间、带宽、断裂时间和评价值的21个加性QTL,分别定位在染色体1B、1D、2A、2B、3D、4B、5A、7A和7B上,其中1B和4B染色体QTL最多,单个QTL分别解释了表型变异的5.88~26.9%。5A染色体GWM0126-WPT-1903位点与穗长连锁,对表型的贡献率分别为27.98%,增效基因来自于父本。在QTL分析中,不仅检测到一个位点与多个性状连锁,而且也检测到同一染色体的不同位点与同一性状连锁,所以这些QTL可能存在一因多效或多因一效。同时在RIL群体中检测到12对上位性QTL,涉及穗长、小穗数、穗粒数、蛋白质、容重、膨胀势、硬度、吸水率、带宽、断裂时间和评价值。所有检测到的QTL与环境的互作均不显著。 4.利用CIL群体在2年3种环境下共检测到产量、品质性状的40个主效QTL。包括株高5个,加性效应-3.976~2.838,贡献率7.78~19.14%;穗长4个,加性效应-0.328~0.688,贡献率8.02~13.50%;小穗数1个,贡献率为10.72%;穗粒数3个,千粒重4个,最大贡献率分别为17.10%和15.54%;沉降值2个,贡献率为11.18%和11.99%;降落值2个,最大的贡献率11.45%;容重4个,硬度2个,蛋白质1个;检测到的湿面筋QTL最多为12个,单个QTL的贡献率为7.74~17.68%。全部QTL涉及1A、1B、2A、2B、3A、3B、4A、4B、5A、6A、7A和7B共12条染色体。检测到的一些性状QTL定位在与RIL群体相同染色体上。在CIL(BC2F8)群体检测到78对QTL间互作,其中主效QTL间互作15对、主效与非主效QTL间互作63对。主效QTL间互作包括株高2对、千粒重1对、沉降值1对、面筋10对和容重1对。 5.克隆了小麦ζ-胡萝卜素脱氢酶(Zds)在染色体2DL的TaZds-D1基因。DNA全长共6512 bp,包括13个内含子和14个外显子。TaZds-D1的开放阅读框(ORF)是1707 bp,编码568个氨基酸,预测的分子量是62.5kD。cDNA序列与水稻、高粱、玉米、拟南芥、葡萄、毛果杨的同源性分别为80.9%、81.4%、80.5%、64.9%、68.8%和67.7%,其氨基酸与水稻、高粱、玉米、拟南芥、葡萄和毛果杨的同源性分别为90.0%、91.2%、88.5%、76.8%、80.5%和80.5%。 6.根据TaZds-D1基因在染色体2DL的等位基因TaZds-D1a和TaZds-D1b的差异,开发了功能标记YP2D-1,将其定位在染色体2DL。并反复对这个标记进行了验证,通过QTL分析证明这个标记与小麦黄色素含量连锁,对表型的贡献率为18.4%,用这个标记检测71个DH群体,也证明它确实与黄色素含量有关,同时又用近300个小麦栽培品种(系)验证了该标记的适用性。


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