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大麦特异种质资源的分子生物学研究

刘仙俊

  大麦是我国第四大粮食作物,也是世界上最主要的粮食作物之一。主要用于粮食、饲料、啤酒及医药保健行业。随着经济的发展和人民生活水平的不断提高,对大麦的生产提出了更高的要求。综合有效的开发利用大麦丰富的种质资源,培育高产、优质、富含各种功能成分的新品种已成为大麦育种家面临的一项重要课题。对大麦特异种质资源的分子生物学研究有利于挖掘优良的基因资源,为大麦的分子标记辅助育种、分子聚合育种和主效QTL的图位克隆奠定基础,对培育高产优质的大麦品种具有重要的理论和现实意义。 本研究采用了两套特异种质材料,第一套研究材料是由六棱大麦品种Steptoe和Morex构建的含有148个株系的DH群体,其亲本在农艺性状和品质性状方面有较大差异,本研究利用该群体构建了大麦分子遗传连锁图谱,并在此基础上对7个重要农艺性状(株高、主穗长、主穗粒数、分蘖数、抽穗期、成熟期、千粒重)及1个品质性状(籽粒黄酮含量)进行了QTL定位分析;第二套研究材料是以保持系6602B为父本、7份不育系为母本经5年7代的连续回交转育而成的一套同核异质系:6602A/6602B、6605A/6602B、N-5A/6602B、N-9A/6602B、N-10A/6602B、N-11A/6602B和US-A/6602B,利用这8个材料进行了3个细胞质雄性不育相关基因(orf256、orf300、orf25)的克隆及序列分析。 利用第一套材料的主要结果如下: 1.1采用Steptoe×Morex构建的148个株系的DH群体为作图群体,选用366对不同来源的引物(包括312对SSR引物和54对SRAP引物)对亲本进行多态性筛选。其中98对SSR引物和21对SRAP引物在群体中扩增出清晰且有差异的位点分别为107个和52个,大多数位点在群体中的分布符合1:1的孟德尔分离比例,且位点纯合。结果表明,该DH群体是大麦数量性状作图研究的理想群体。 1.2用MAPMAKER/EXP3.0软件,构建了包含155个标记位点(105个SSR标记位点和50个SRAP标记位点)的大麦分子遗传连锁图谱,全长960.7 cM,平均两个标记间的遗传距离为6.2 cM,形成9个连锁群,被定位在大麦的7条染色体上,平均每个连锁群的标记位点数为17.22。并发现了一些标记富集区。 1.3在所有的159个多态性标记位点中有28个(17.6%)标记位点表现偏分离(P<0.05),其中4个标记位点(2.5%)呈极显著偏分离(P<0.01)。28个偏分离标记位点中,67.9%的偏分离位点偏向母本Steptoe,32.1%的偏分离位点偏向父本Morex。SRAP的偏分离比例高于SSR的偏分离比例,并且4个极显著偏分离位点都是SRAP标记位点。偏分离在遗传连锁图上成簇分布,并发现了3个偏分离热点区(SDR)。 1.4利用Windows QTL Cartographer 2.5软件,采用复合区间作图法(CIM),对大麦的7个重要农艺性状进行了QTL定位分析。取LOD>_2.5为阈值,共检测到25个农艺性状QTLs,其中14个QTLs的遗传贡献率较大(11.06%-48.13%),属主效基因,其余11个QTLs的遗传贡献率在4.3%-9.44%之间。6个株高QTLs分别位于大麦2H(1个)、3H(2个)、4H(1个)和7H(2个)染色体上,可分别解释表型变异的4.88%-20.04%;6个主穗长QTLs分别位于大麦2H(1个)、3H(3个)和7H(2个)上,可解释表型变异的6.37%-48.13%,其中3H上的QTL贡献率最高为48.13%,为主效QTL;主穗粒数的4个QTLs分别位于2H和3H上,其中3H上3个QTLs贡献率较高,为15.63%-17.13%;分蘖数QTL只检测到一个,位于5H上,可解释表型变异的8.65%;4个抽穗期QTLs分别位于1H和2H上,其中2H上有3个,最高贡献率为21.37%;对于成熟期,只在2H上检测到一个效应较大的QTL其贡献率为21.51%,其加性效应值为-1.83,表示其增效基因来自于父本Morex; 3个千粒重QTLs分别位于5H(1个)和7H(2个)上,可分别解释表型变异的6.44%、8.63%和11.95%。 1.5黄酮是大麦的重要功能成分之一,对人类的健康起着重要作用,本研究检测到控制籽粒黄酮含量的3个QTLs,分别位于2H、3H和6H染色体上,可分别解释表型变异的7.72%、6.85%和7.36%。这3个QTLs的加性效应都为负值,表示增加黄酮含量的等位基因来自于父本Morex。 利用第二套材料的主要结果如下: 2.1根据小麦、黑麦、山羊草等的细胞质雄性不育线粒体基因orf256的核苷酸序列保守区设计引物,对大麦保持系和不育系进行扩增,获得了937 bp的orf256基因序列,包含783 bp完整开放阅读框(ORF),序列比对发现7个不育系orf256基因的氨基酸序列100%相似,与保持系比对存在一个同义碱基突变,与小麦、黑麦和山羊草的同源序列相似性为97%-99%。进一步预测orf256蛋白质的分子量为79.8 kDa,等电点为5.08。 2.2根据甜菜、蝇子草等的细胞质雄性不育基因orf300的核苷酸序列保守区设计引物,对大麦保持系和不育系进行扩增,获得了933 bp的基因序列,包含594 bp完整ORF,序列比对发现保持系和7个不育系orf300基因的氨基酸序列100%相似,进一步预测到其编码的蛋白质分子量为78.1 kDa,等电点为5.07。 2.3根据小麦、烟草、油菜等的细胞质雄性不育基因orf25的保守序列设计引物,对不育系和保持系进行扩增,获得了622 bp的基因序列,包含一个474 bp的完整ORF,序列比对发现保持系和7个不育系的氨基酸序列相似性为100%。进一步预测到orf25蛋白质分子量为51.5 kDa,等电点为5.18。……   
[关键词]:大麦;种质资源;数量性状位点(QTL);黄酮;细胞质雄性不育;线粒体
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:四川农业大学2011年