甘蓝型油菜多主茎性状的杂种优势及QTL分析

【摘要】甘蓝型油菜是我国主要的油菜栽培类型,油菜产量和品质的提高,对我国国民经济的发展有着重要的意义。甘蓝型油菜起源历史较短,加之育种进程的加速,导致甘蓝型油菜遗传基础狭窄。现代农业生产中,人们常常选择种植密度高、熟期一致、利于机械化采收的品种,因而构建理想株型和培育高产品种成为油菜育种工作的主要内容。油菜主茎作为油菜的支撑系统和输导系统,控制着油菜的株型结构、水分和营养物质的运输、以及植株的抗逆性,成为影响油菜株型和产量的关键因素。甘蓝型油菜通常具有一个主茎,主花序荚果数占全株荚果数的20-30%,与产量呈正相关。我们前期在半冬性甘蓝型油菜与春性甘蓝型油菜的杂交后代中发现一株多主茎突变体,其一次分枝增加,主花序荚果着生密集,可能具有增产潜力。因此,本研究将采用小孢子培养技术纯化后的多主茎突变体与正常的甘蓝型油菜构建了DH.F1、F2群体,通过主要农艺性状的杂种优势潜力分析研究了多主茎性状的增产潜力；通过对DH群体构建SSR分子标记遗传连锁图谱和SNP图谱,对多主茎性状进行了QTL定位研究。本研究的主要研究结果如下：1多主茎突变体主要农艺性状的杂种优势分析将DH群体的9个多主茎突变体与SWU07和中双11号的F1代及其亲本于2011和2012年种植于重庆油菜工程技术研究中心试验地,发现：1)变异率在基因型间及年份间均存在极显著性差异(P=0.0003,P=-0.009),源于SWU07和中双11号的F1群体的两年平均变异率分别为80.40%和51.14%,表明多主花序性状对单主花序性状表现部分显性；2)主茎变异率与主花序荚果数、第一次有效分枝数和主花序数吾极显著正相关,相关性系数分别为0.76、0.76、0.73；3)F1代的小区产量的中亲优势和超标优势(以中双9号为对照)两年平均值分别为39.6%和15.4%,源于中双11号的F1代产量(4.44T/ha)显著高于中双9号的产量(3.67T/ha)(P=0.033),表明多主茎材料有增加油菜产量的作用。2多主茎的遗传分析及QTL定位调查由多主茎突变体与SWU07构建的F2群体中突变株与正常株的比例,分析多主茎性状的遗传规律。对源于多主茎突变体与SWU07的DH群体(84个DH系)进行SSR分子标记分析和SNP分析,结合复合区间作图和QTL-seq分析(详见正文)对多主茎性状进行了QTL定位。1)三个F2群体中多主茎突变比例分别为68.97%、72.00%、72.28%,X2测验结果均符合3：1的分离比例(P值分别为0.38、0.63、0.09)。结果表明,多主茎性状受一对显性主效基因控制,可能受多个微效基因影响,也可能存在与环境的互作。2)利用241个多态性SSR标记对DH群体进行连锁分析,获得一张包含199个多态性位点、分布在16条连锁群的连锁图谱,标记分布在A01、A03、A05、A06、A07、A08、A09、A10、C04、C07和C08,其余4个连锁群不能被确定。图谱总长941.51cM,相邻标记平均距离4.66cM。3)在2011-2013年的QTL检测中,每年均检测到一个位于A05染色体上的QTL,即qmmi-11、qmmi-12和qmmi-13,解释的变异分别为66.0%、88.6%和88.0%,置信区间分别为2.51-4.77Mb,4.77-6.23Mb,2.51-4.77Mb。SNP芯片分析在DH系间共检测到6843个多态性标记位点,分布在19条连锁群。利用QTL-seq原理作图,在A05染色体的4.92～5.81Mb区间内检测到显著的SNP峰值,即多主茎QTL区间,与QTL定位结果相一致。4)根据4.92～5.81Mb中的参考基因组序列设计SSR标记,并加密到连锁图谱中,共有5个SSR标记被增加到原有QTL区间中。再次进行QTL扫描之后,三年检测到部分重叠的三个QTL,即qmmi-21(2011)、qmmi-22(2012)和qmmi-23(2013),解释的变异分别为41.5%、86.7%和31.0%,置信区间分别为2.51-5.71Mb、2.51-5.71Mb、2.51-5.04Mb。多主茎QTL被定位于A05染色体上2.51～5.71Mb间3.20Mb区间内,与原有QTL定位结果相比,QTL区间缩短了0.52Mb。5)将QTL定位结果再次与基于SNP的QTL-seq定位结果相结合,二者发生部分重叠,验证了QTL置信区间的准确性。
【作者】张永晶；
【导师】钱伟；
【作者基本信息】西南大学，作物遗传育种，2014，硕士
【关键词】甘蓝型油菜；多主茎；SNP；QTL；

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