小麦高密度PCR分子标记遗传图谱的构建及抗赤霉病QTL近等基因系的选育

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普通小麦是一个六倍体作物,基因组庞大且非常复杂。利用合成小麦与普通小麦杂交的重组自交系群体己构建了小麦的参考图谱(ITMI图谱),但由于人工选择的影响以及缺乏与品种间杂交图谱的比较,ITMI图谱还不足以提供完整的小麦基因组信息。富含EST标记的遗传图谱在运用基因组信息进行作物改良方面具有重要作用。利用南大2419×望水白的品种间杂交群体,我们构建了一个区域性高密度小麦分子遗传图谱(NW图谱)。图谱总长4243.6 cM,包含891个位点,其中349个位点来自小麦EST标记。该图谱覆盖了在ITMI图谱中缺失的染色体2BS、4BL、5AS和5BL的158 cM末端区域,定位在这些区域的标记主要是EST标记。NW图谱包含31个分子标记高密度区域,其中三分之二的区域位于端粒或染色体內部区域。在这些区域中有15个具有高分辨率。我们发现低分子标记密度区域在品种间以及部分同源的亚组间表现保守。绝大多数EST标记都位于染色体的远端区域,在这些区域标记密度和重组率相对较高。小麦重要农艺性状QTLs/因主要分布于第1、2、3和5同源群染色体上,且在染色体的末端呈现出明显的成簇分布现象。尽管一般认为着丝粒区域重组率较低,但也存在例外。染色体2BL和3BS的近着丝粒区域重组率较高,近似于重组热点区。将已定位的小麦EST与水稻的BAC/PAC克隆进行比对分析,我们发现小麦的第3、6和7同源群与水稻染色体间具有更好的共线性关系。这些发现将在小麦基因组的结构和功能分析、小麦重要农艺性状基因的定位和分离以及育种实践中产生重要作用。小麦对赤霉病的抗性主要分为抗侵入性和抗扩展性。一般需要分别设置试验来定位两种类型的抗病QTL。本研究利用喷雾接种后14和21天的病小穗数(NDSD14和NDSD21)作为抗侵入和抗扩展的综合指标,利用两次病小穗数的差值(DNDS)来反映抗扩展性。通过QTL定位分析,我们发现在该群体中NDSD14和NDSD21主要反映的是抗侵入性。利用DNDS,我们能检测到所有的三个与抗扩展相关的主效QTLs。利用该方法,我们还发现位于染色体2B上的一个与抗扩展相关的QTL也与抗侵入相关。利用包含277个株系的南大2419×望水白群体,我们对抗侵入QTL进行了再定位.我们将4B和5A Q7L定位到更小的标记区间内,其LOD值与初级定位(136个株系)时相比有了大幅度提高。QFhi.nau-4B的LOD值由4.8增加到7.6,QFhi.nau-5A的LOD值由10.2增加到14.4。这表明增加群体的规模可以获得更准确的QTL定位信息。通过标记辅助回交的方法,我们构建了六个抗赤霉病QTL的近等基因系。背景选择分析表明这些近等基因系的遗传背景回复率都在97%以上。近等基因系的抗病性表现与轮回亲本绵阳99-323间存在显著差异,且与目标QTL的效应存在很高的一致性。通过筛选和鉴定重组体的方法,我们对染色体3B、4B和5A上的三个主效QTL进行了精确定位。将QFhs.nau-3B定位到Xbarc147-Xgwm493区间,将QFhi.nau-4B定位到Xgwm192-Xgwm149区间,将QFhi.nau-5A定位到Xgwm415-Xgwm304区间。
摘要第8-10页
ABSTRACT第10-12页
第一章 文献综述第14-38页
    第一节 基因组图谱分析的进展第14-24页
        一、基因组图谱分析第14-16页
            (一) 细胞学图谱第14-15页
            (二) 遗传图谱第15页
            (三) 物理图谱第15-16页
        二、小麦基因组图谱分析第16-24页
            (一) 遗传图谱第16-18页
            (二) 物理图谱第18-22页
                1、染色体或染色体臂定位第18页
                2、缺失定位第18-19页
                3、放射杂交定位第19-20页
                4、小麦基因组测序第20-22页
            (三) 遗传图谱与物理图谱的整合第22-24页
    第二节 小麦赤霉病抗性研究的进展第24-30页
        一、小麦与赤霉菌相互作用的组织学观察及生理生化研究第24-26页
            (一) 赤霉菌的致病作用第24-25页
            (二) 小麦的抗病作用第25-26页
        二、小麦抗赤霉病主效QTL的定位及利用第26-28页
        三、小麦抗赤霉病的功能基因组研究第28-30页
    第三节 分子标记辅助选择第30-38页
        一、分子标记辅助选择的策略第30-31页
            (一) 单一的大规模分子标记辅助选择第30页
            (二) 系谱法分子标记辅助选择第30-31页
            (三) 分子设计育种第31页
        二、分子标记辅助选择在回交育种中的应用第31-34页
        三、分子标记辅助选择在基因聚合中的应用第34页
        四、分子标记辅助选择在数量性状改良中的应用第34-36页
        五、分子标记辅助选择的影响因素第36-38页
第二章 富含EST标记的小麦品种间分子遗传图谱的构建及其在基因组分析中的应用第38-70页
    引言第38-41页
    材料与方法第41-45页
        一、植物材料第41页
        二、标记分析第41-43页
        三、连锁作图第43页
        四、重组率估计第43-44页
        五、序列比对和共线性分析第44页
        六、重要农艺形状QTLs/基因的缺失系定位第44-45页
    结果和讨论第45-70页
        一、亲本间的多态性分析第45页
        二、遗传图谱第45-47页
        三、标记密度第47-49页
        四、在品种间及亚组间存在保守的低标记密度区域第49-60页
        五、偏分离标记在基因组中的分布第60-61页
        六、EST标记在染色体上的分布第61-62页
        七、重组率在染色体上的分布第62-65页
        八、小麦和水稻染色体间的共线性关系第65-68页
        九、重要农艺性状QTLs/基因在染色体的分布第68页
        十、NW图谱的应用第68-70页
第三章 南大2419×望水白群体抗赤霉病QTL的再定位第70-83页
    引言第70-71页
    材料与方法第71-72页
        一、植物材料和试验设计第71页
        二、赤霉病抗性鉴定第71页
        三、统计分析第71页
        四、QTL分析第71-72页
    结果与分析第72-77页
        一、遗传图谱第72页
        二、表型分析第72-76页
        三、利用病小穗数数据定位抗赤霉病QTL第76-77页
        四、抗侵入QTL的定位第77页
    讨论第77-83页
第四章 小麦抗赤霉病QTL近等基因系的选育及主效抗病QTL的精确定位第83-102页
    引言第83-85页
    材料与方法第85-89页
        一、植物材料第85页
        二、目标QTLs及标记分析第85页
        三、近等基因系的选育及重组体的筛选第85-88页
        四、田间试验设计和抗病性鉴定第88页
        五、统计分析第88-89页
    结果与讨论第89-102页
        一、近等基因系的选育第89页
        二、六个近等基因系的抗病性分析第89-95页
            1、与抗扩展相关的近等基因系第89-92页
            2、与抗侵入相关的近等基因系第92-95页
        三、三个主效QTL的精确定位第95-102页
            1、QFhi.nau-4B第95-99页
            2、QFhs.nau-3B和QFhi.nau-5A第99-102页
参考文献第102-127页
全文总结第127-128页
全文创新点第128-129页
附录第129-173页
致谢第173-174页
发表论文第174页
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