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多环境、多遗传背景下不同发育时期大豆籽粒重的QTL分析

韩英鹏

  在不同发育时期、不同环境、不同遗传背景条件下,探索影响大豆籽粒重QTL和QTL的加性效应、上位性效应、环境互作效应及其对大豆籽粒重发育、形成和稳定性表现的影响,可加深大豆育种工作者对产量形成的理解和加速育种进程。本研究目的之一是以美国大豆品种Charleston为母本,东农594为父本及二者杂交所得F_5所衍生的143个F_(5:9)、F_(5:10)和F_(5:11)重组自交系为研究材料,于2004年哈尔滨、2005年哈尔滨、2006年哈尔滨环境条件下,研究不同发育时期(开花后30天到开花后80天)控制大豆籽粒重(用百粒重表示)的非条件和条件QTL及条件QTL遗传效应对大豆籽粒重形成和发育的影响。本研究目的之二是以美国大豆品种Charleston为母本,东农594为父本及二者杂交所得F_5所衍生的143个F_(5:9)、F_(5:10)、F_(5:11)、F_(5:12)、F_(5:13)、F_(5:14)重组自交系为研究材料,于2004年哈尔滨、2005年哈尔滨、2006年哈尔滨、呼兰、绥化、2007年哈尔滨、呼兰、绥化、2008年哈尔滨、2009年哈尔滨等10环境条件下成熟时期定位与大豆籽粒重相关的QTL,分析其加性效应、上位性效应、环境互作效应对大豆籽粒重稳定性的影响。本研究目的之三是利用以合丰25为母本的3个重组自交系(合丰25与Bayfield杂交衍生的144个F_(2:6)、F_(2:7) F_(2:8)重组自交系,合丰25与Conrad杂交衍生的140个F_(2:5)、F_(2:6) F_(2:7)重组自交系,合丰25×Mapple Arrow杂交衍生的117个F_(2:6)、F_(2:7) F_(2:8)重组自交系)为研究材料,于2007年哈尔滨、2008年哈尔滨和2009年哈尔滨环境条件下成熟时期检测控制大豆籽粒重的QTL,分析其加性效应、上位性效应、环境互作效应和遗传背景对大豆籽粒重稳定性的影响。另外,本研究在成熟时期利用主基因+多基因遗传体系,对Charleston×东农594、合丰25×Conrad、合丰25×Maple Arrow、合丰25×Bayfield等4个群体的籽粒重遗传模式进行了分析。结果如下: (1)不同遗传背景和环境条件下大豆籽粒重的遗传模式 1) Charleston×东农594杂交后代群体在2004年至2008年哈尔滨环境条件下大豆籽粒重遗传呈现多基因遗传模型;在2007-2008年呼兰和绥化环境条件下大豆籽粒重呈现2对主基因+多基因遗传模型。 2)合丰25×Conrad杂交群体后代在2007年哈尔滨环境条件下大豆籽粒重遗传呈现2对主基因+多基因遗传模型;2008年、2009年哈尔滨环境条件下大豆籽粒重遗传呈现基因抑制作用。 3)合丰25×Mapple Arrow杂交群体后代在2007年、2008年、2009年哈尔滨环境条件下大豆籽粒重遗传呈现主基因+加性多基因的遗传模型。 4)合丰25×Baybield杂交群体后代在2007年、2008年、2009年哈尔滨环境条件下大豆籽粒重遗传呈现2对主基因+多基因遗传模型。 (2)不同发育时期大豆籽粒重动态QTL分析 1)本研究前期[9]构建了的一个包括164个SSR标记和35个RAPD标记覆盖20个连锁群的遗传图谱,本研究将以此图谱为基础,对不同时期大豆籽粒重发育进行QTL动态分析。 2)一共在12个连锁群上检测得到94个非条件QTL,其中,3个非条件QTL(swCDC2_1,swCDC2_2,swCDC2_4)在2004年、2005年和2006年等3年的不同发育时期都能够都被检测到。另外,一共在12个连锁群上检测到68个条件QTL,其中2个条件QTL(swCDC2_1,swCDC2_2)在2004年、2005年和2006年等3年的相应的发育时期能够被检测到。条件QTL swCDC2_1和swCDC2_2能够在2004年、2005年和2006年等3年从开花后30天到80天等6个发育时期被检测到。 3)在10个连锁群上,共发现17个在不同发育时期具有加性效应和/或加性与环境互作效应的条件QTL。其中,6个条件QTL(swCDA1_2, swCDC2_2, swCDC2_3,swCDD1b_2,swCDL_1,swCDM_1)在不同发育时期起到增加籽粒重的作用,6个条件QTL(swCDA1_1,swCDA2_1,swCDE_1,swCDE_2,swCDF_2,swCDG_1)在不同发育时期起到降低籽粒重的作用;其它条件QTL在不同发育时期起到或促进或阻碍籽粒发育的作用。13个条件QTL在不同发育时期有显著的加性与环境互作效应(ae),其中8个条件QTL(swCDA2_1,swCDC1_1,swCDC2_1,swCDC2_2,swCDD1b_1,swCDD1b_2,swCDD1b_3,swCDF_1)在不同发育时期且在3年都有显著的ae效应。 4)一共35对条件QTL具有加性加性上位性效应或加性加性上位性与环境互作效应。其中,3对条件QTL(swCDC2_1与swCDD1b_2,swCDC2_1与swCDL_1,swCDC2_3与swCDD1b_1)能够在3个发育时期都出现,其它的条件QTL的加性加性上位性效应仅在1个或2个发育时期出现。 (3)不同环境条件下成熟时期大豆籽粒重QTL分析 1)本研究利用前期~([9])构建的分子遗传图谱,在成熟时期10个环境条件下分析与大豆籽粒重相关的QTL。一共检测得到20个与大豆籽粒重相关的QTL。其中,swCDFC2-2(与satt460紧密连锁)能够在其检测的10个环境都被检测出来,其它19个QTL至少能够在3个检测环境条件下被检测出来,这些QTL可用于分子辅助选择育种,培育大豆籽粒重适中的品种。 2)在9个连锁群上,共发现20个在成熟期与籽粒重相关的QTL在不同环境条件下具有加性效应和/或加性与环境互作效应。其中,7个QTL(swCDFA1-1,swCDFA1-3, swCDFC2-2 ,swCDFD1b-1, swCDFE-2,swCDFE-3,swCDFL-2)在不同环境下起到增加籽粒重的作用;4个QTL(swCDFA1-2,swCDFB2-1,swCDFC2-3,swCDFD1a-1)在不同环境条件下起到减少籽粒重的作用,其余9个QTL在不同环境条件下或起到增加籽粒重或起到降低籽粒重的作用。在20个QTL中,有1个QTL(swCDFA1-3)只有加性效应而没有显著的加性与环境互作效应,有9个QTL(swCDFC2-1, swCDFC2-4, swCDFD1a-2, swCDFD1b-2, swCDFE-1, swCDFG-1, swCDFL-1, swCDFN-1, swCDFN-1)只有加性与环境互作效应而没有显著的加性效应,其余10个QTL既有加性效应又有加性与环境互作效应。 3)一共有37对在成熟时期与籽粒重相关QTL具有加性加性上位性效应或加性加性上位性与环境互作效应。其中,15对QTL只具有加性加性上位性与环境互作效应而不具有加性加性上位性效应;其余21对QTL既有加性加性上位性效应又有加性加性上位性与环境互作效应,1对QTL(swCDFE-2与swCDFL-2)只具有加性加性上位性效应。 (4)多遗传背景下成熟时期大豆籽粒重QTL分析 1)本研究利用前期构建的3个遗传连锁图谱[102-104],分别在合丰25×Conrad、合丰25×Maple Arrow、合丰25×Bayfield等3个群体上发现18个、11个、17个与籽粒重相关的QTL,在2个或2个以上群体上重复出现QTL为13个(分别与satt233、satt424、satt583、satt460、satt277、satt383、satt428、satt263、satt302、satt354、satt555、satt527、satt153紧密连锁)。仅有1个QTL能够在2个或2个以上环境条件下重复出现(与satt460紧密连锁)。 2)在合丰25×Conrad、合丰25×Maple Arrow、合丰25×Bayfield等3个群体上分别发现18个、11个、17个QTL具有加性效应,可在2个或2个以上群体重复出现的QTL为13个(分别与satt233、satt424、satt583、satt460、satt277、satt383、satt428、satt263、satt302、satt354、satt555、satt527、satt153紧密连锁),其具有加性效应且能够在多个遗传背景下被发现的。 3)在合丰25×Conrad、合丰25×Maple Arrow、合丰25×Bayfield等3个群体上分别发现39对、16对、20对QTL存在着加性加性上位性互作效应,共有26对具有加性加性上位性效应的QTL在2个或2个以上群体上重复出现。……   
[关键词]:大豆籽粒重;数量遗传位点(QTL);多发育时期;多环境;多遗传背景
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:哈尔滨师范大学2010年