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牡丹高密度遗传图谱构建及重要性状QTL分析

花匠小妙招
2024-11-24 03:35

【摘要】： 牡丹(Paeonia Sect. Moutan),属于芍药科(Paeoniaceae)芍药属(Paeonia)牡丹组植物,是中国的传统名花,其育种是牡丹产业可持续发展的基本保障。开展分子生物学研究,探索表型性状的遗传调控机制,是促使牡丹育种从传统杂交育种逐步向现代分子育种转变的重要基础。本研究以‘凤丹白’M24和中原牡丹‘红乔’杂交获得的F1群体为作图材料,采用SLAF-seq (Specific-locus amplified fragment sequencing)简化基因组测序技术和简单重复序列(Simple sequence repeat, SSR)分子标记技术,构建了第一张牡丹高密度遗传连锁图谱,继而开展了牡丹重要表型性状的数量性状位点(Quantitative trait loci, QTLs)定位研究,主要研究结果如下：(1)利用19对SSR引物,对牡丹3个杂交组合进行了遗传多态性分析,结果显示：‘凤丹白’M24×‘红乔’杂交组合亲本间DNA水平的多态性最高,19对SSR引物共检测到27个多态性位点,亲本间遗传距离为0.7070；进一步分析了该杂交组合F1分离群体的遗传结构,发现有73.33%的基因型符合孟德尔期望分离比(P<0.05),结合田间表型性状调查的结果,明确该分离群体可作为牡丹遗传连锁图谱的作图群体,并从中随机选取了195株个体作为作图材料,进行了深入的研究。(2)利用SLAF-seq技术对牡丹作图群体亲本和195个F1子代个体进行简化基因组测序,构建了SLAF测序文库,获得了285,403,225条序列(Reads),共约78Gb原始数据,开发了309,198个SLAF标记,其中多态性标记有85,124个,多态性比率为27.5%。对这些多态性标记进行基因型分析,过滤父母本信息缺失、完整度过低和不适合CP (Cross-pollinator)群体作图的多态性标记,最终获得3518个有效的SLAF标记,卡方检验(x2)结果显示其中有1854个标记偏离孟德尔期望分离比(P<0.05),偏分离比率为52.70%。(3)利用作图群体亲本和随机选取的6个子代个体为材料,对不同来源的400对牡丹SSR引物进行有效性和多态性检测,首先利用1%琼脂糖凝胶电泳检测,初筛出365对有效引物,占引物总数的91.2%；然后利用6%聚丙烯酰胺凝胶电泳进行分子标记多态性检测,筛选出79对多态性引物,占引物总数的21.64%。在此基础上,对这79对多态性引物进行不同颜色的荧光修饰,并在作图群体中进行标记分离检测,79对引物分成了5种分离类型,卡方检验(矛)结果显示其中有26对引物偏离孟德尔期望分离比(P<0.05),偏分离比率为32.91%。(4)利用3597个分子标记的基因型数据进行连锁分析,包括3518个SLAF标记和79个SSR标记,构建了第一张牡丹高密度遗传图谱。该遗传图谱共5个连锁群,包含有1261个标记(1189个SLAF标记和72个SSR标记),总图距为1061.94 cM,标记间的平均图距为0.84 cM,最大连锁群306.85cM,最小连锁群96.32 cM。(5)对牡丹作图群体的枝、叶、花和果实4大类共27个数量性状进行了统计分析显示,这些性状表现为连续性变异,遗传变异系数在10.93%～78.56%之间,且在作图群体中呈现出正态分布的规律；利用MapQTL软件的restricted MQM (Multiple-QTL model)复合区间作图法,对27个数量性状进行了QTL分析,其中有20个性状成功检测到相关的QTLs,共计49个。每个QTL可以解释表型变异的8.3%-71.9%,其中控制花瓣数的QTL-pn-2对表型变异的贡献率最高达71.9%。此外,利用区间作图法,检测了作图群体的花色性状,共检测到3个与其相关的QTLs,可以解释表型变异的11.40%～12.8%。综上所述,本研究构建了第一张牡丹高密度遗传图谱,并获得了一些控制牡丹重要表型性状的QTLs。这些研究结果为牡丹基因组结构与功能的研究、相关基因的图位克隆、分子标记辅助选择育种奠定了坚实的基础,将为解析牡丹重要园艺性状的遗传机制提供借鉴,对指导牡丹育种工作具有重要意义。

【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015

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