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小麦穗粒数及相关性状的QTL分析

王瑾  
【摘要】: 小麦是世界上重要粮食作物之一,提高小麦的产量是解决人类粮食需求的重要途径。小麦产量由单位面积穗数、穗粒数和千粒重构成,其中穗粒数的增加是提高小麦产量的重要途径之一。因此,如何利用植物基因组的理论和方法,从小麦野生资源中发掘新的提高穗粒数相关基因具有重要的理论意义和实践应用价值。本研究中的导入系是以人工合成的双二倍体小麦Am3为供体亲本、普通小麦品种莱州953为轮回亲本经5次回交2次自交培育而成(BC_5F_3)。以该导入系、导入系次级分离群体及96份多样性丰富的种质资源为材料,通过分子标记检测,进行穗粒数、小穗数和穗长的QTL检测,取得结果如下: 1.以Am3为供体、莱州953为受体的80个BC_5F_3导入系为材料,对其穗部性状的QTL进行鉴定。利用单因素方差分析法,以P≤0.01作为QTL存在的标准,共检测到与穗粒数、穗长和小穗数有关的QTL分别为21个、11个及17个,有37个QTL能在多年多点重复检测到,其中7个控制穗粒数、穗长及小穗数的QTL被定位在同一个区域。 2.在Am3和莱州953的回交后代中鉴定出了1个高穗粒数导入系。以该导入系后代75个BC_5F_(2:3)株系为材料,分别利用单标记分析法和复合区间作图法对穗粒数等穗部性状进行QTL分析。其中单标记作图法共检测到18个、8个和19个与穗粒数、穗长和小穗数有关的标记。利用复合区间作图法,共检测到2个控制穗粒数、2个控制穗长和4个控制小穗数的QTL位点,对表型变异解释率分别为1-15%、1-22%和1-9%。其中穗粒数和穗长分别有1个QTL能在两年重复检测到;穗粒数和小穗数分别有2个和1个QTL能在2007年两种环境中检测到。并且在1A染色体上检测到同时控制穗粒数和小穗数的QTL,穗长和小穗数的QTL被定位在4A染色体上同一个区域,7B染色体上同时检测到控制穗粒数、穗长和小穗数的QTL位点。 3.在Am3和莱州953的导入系中检测到位于Xgwm113(4B)附近的QTL具有降低穗粒数和穗长的作用。利用分子标记辅助选择,得到在此位点分离的导入系IL1,IL1自交建立了含85个株系的BC_5F_(2:3)群体。选取了4B染色体上69个标记对该群体进行检测,其中10个标记在群体中分离;利用复合区间作图法,在染色体4B的Xgwm113附近检测到了1个控制穗粒数的主效QTL,命名为Qgn.caas-4B。该群体中穗粒数的分离符合孟德尔分离规律,Qgn.caas-4B能解释高达35.61%的表型变异。为了对Qgn.caas-4B进行精细定位,选择IL1自交得到的497个BC_5F_2单株进行基因型分析和表型鉴定,利用替换作图法,将控制穗部性状位点定位在Xgwm113-Xgwm857之间1.2cM范围内。用这2个标记对30个野生种和56个栽培种进行多样性研究,发现这2个标记在栽培种中的多样性比野生种分别降低了49.0%和33.4%,且在栽培种中检测到与轮回亲本莱州953相同的优势等位变异,分布频率高达73.2%与58.9%;两标记的lnRH都超出了期望值,表明此位点在驯化过程中经过了选择,将这2个SSR位点等位变异数据与穗粒数进行关联分析,结果表明这2个位点与穗粒数存在较强的关联。以上结果表明Xgwm113-Xgwm857在小麦穗粒数选择中起着重要作用,其间可能存在小麦驯化相关基因。 4.用132个标记对来自14个国家和地区96份小麦种质进行遗传多样性分析,聚类分析结果表明,96份材料分为4类,选其中2类中的90份材料进行关联作图。90份材料在132个SSR位点共检测到1181个等位变异,平均遗传多样性为0.65。利用其分析结果与3个不同地点间(北京昌平试验点、洛阳水地试验点、洛阳旱地试验点)性状值进行关联分析,结果表明,在3种环境中共检测到与穗粒数、穗长和小穗数极显著相关的位点5个、31个和12个;3个与穗长相关位点Xbarc158(1A)、Xbarc324(3A)和Xbarc217(4D)在两种环境(北京昌平试验点和洛阳水地试验点)同时检测到;2个与小穗数有关的位点Xcfa2219(1A)和Xgwm4(4A)也在两种环境(北京昌平试验点和洛阳旱地试验点)同时检测到。3个位点Xbarc294(3A)、Xksu62(4B)和Xbarc89(5B)同时与穗粒数和穗长极显著相关;有4个位点Xcfa2219(1A)、Xgwm558(2A)、Xbarc334(4D)和Xbarc177(5D)同时与穗长和小穗数极显著相关。


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