燕麦种质资源多样性及重要农艺性状的QTL分析
燕麦(Avena spp.)是营养丰富的粮食和重要的饲料来源。栽培燕麦有两种类型，即皮燕麦和裸燕麦。皮燕麦广泛分布于世界的温带地区，而裸燕麦主要在中国的华北、西北和西南地区种植。燕麦因具有预防皮肤病、高胆固醇症、心血管疾病和糖尿病等优点，被公认为是一种保健食品。目前全世界保存20多万份燕麦及其野生种资源，中国国家种质库保存了4800多份燕麦种质资源。为促进燕麦在种质创新和育种中的利用，有必要加强燕麦遗传资源评价研究，挖掘有用的种质材料。本研究以来自五个国家即巴西、加拿大、中国、蒙古和美国的286份燕麦种质为试验材料，应用表型和基因型分析手段，研究了燕麦种质性状的形态变异和分子遗传多样性，探讨了不同国家燕麦种质的遗传结构和亲缘关系，发现了一批重要农艺性状的分子标记和QTLs。主要研究结果如下: 1、表型鉴定:燕麦种质的八个形态特征差异显著。分蘖数最多的品种(6.77)来自巴西;株高最高的品种(98.19cm)来自中国，最矮的(72.13cm)来自巴西;穗长最长(16.57cm)、小穗数最多(49.75)和旗叶长最长(26.10cm)的品种均来自蒙古。加拿大的材料具有较高的单株粒重(8.14g)和种子千粒重(44.47g)，表现出较高的产量潜力。在主成分分析(PCA)中，前三个主成分的累积变异率为76.51％。第一主成份的贡献主要来自穗长和小穗数，可认为是穗部因子。第二主成份的贡献主要来自单株有效分蘖数、单株粒重和千粒重，可认为是产量因子。第三主成分的贡献主要来自有效分蘖数和千粒重，但千粒重起到了反向作用。燕麦株高与旗叶长(r=0.691)、穗长与小穗数（r=0.662）、旗叶长与旗叶宽度(r=0.639)是关系最密切的性状。单株粒重与其他性状的相关性均极显著，表明在对单株粒重选择时应与其他相关性状一同考虑。基于形态数据的聚类分析将286份燕麦种质划分为五个类群，这些类群与种质来源无相关性。第1类群具有株型矮小，但有效分蘖数高的特点。第2类群的效分蘖数处于第二多的位置。第3类群的有效分蘖数最少，但是所有其他性状都处于第二的位置。第4类群除了有效分蘖数外，所有性状均为最高值。第5类群所有八个形态特征的值处在中间水平。 2、基因结构和多样性分析:利用83个SSR标记检测出了290个等位基因。每个SSR位点的平均等位基因数为3.49，范围从2个到8个。等位基因频率为0.002至0.709，平均为0.262。所有燕麦品种的SSR标记的平均基因多样性为0.67，范围从0.44到0.85。SSR标记的平均杂合性为0.49，分布范围从0到0.98。PIC变化从0.37到0.83。基于SSR数据和材料来源的聚类分析表明，中国燕麦资源与蒙古的关系密切，巴西的品种与美国的更接近。加拿大的品种不同于其他四个国家，这表示加拿大燕麦品种具有更独特的遗传背景。基于SSR数据的所有材料聚类分析表明，286份燕麦种质被分为六个集群。总的来讲，集群的遗传多样性与材料的地理来源存在密切相关性。遗传结构分析表明，鉴定出的六个亚群正好与聚类分析得到的六个集群匹配良好，分析表明加拿大与中国和美国有密切的燕麦种质资源交换，巴西种质流向了美国，蒙古种质相对隔离，仅与中国有一定交流。 3、关联分析:通过TASSEL的GLM模型分析，发现有41个SSR标记与八个形态性状相关联，显著水平在P＜0.001以上，包括1个有效分蘖数、2个穗长、11个穗粒数、5个株高、7个叶片长度、3个叶片宽度、3个单株粒重和9个千粒重的标记。这些SSR标记解释的表型变异从2.5％-10.8％。发现了5个多关联标记，其中每个与2-3个性状密切关联。同时还发现多个SSR等位标记与单个性状相关联，包括AM2201-1/AM2201-2与株高、AM337-4/AM337-5与千粒重、AM3385-3/AM3385-3与千粒重等。 4、QTL分析:利用SSR标记和224株的F2分离群体，构建了燕麦粒型相关遗传连锁图谱，包含88个位点，覆盖975.3cM长度，由17个连锁群组成。最大连锁群包含19个SSR标记，覆盖长度为129.3 cM，最小连锁群上只有2个SSR标记。连锁群两个标记之间的最小距离＜0.01cM，最大距离为39.6cM，两标记间的平均距离为11.6cM。该图谱将为燕麦裸类型相关的QTL分析提供一个有效的工具。在第8连锁群上发现了2个QTLs，被命名为qGT-1和qGT-2。qGT-1位于26.0cM处，可解释裸粒型表型变异10.77％。qGT-2位于43.1 cM处，位置与AM1094一致，可解释的裸粒型表型变异为7.07％。这两个QTLs可能包括一个控制裸粒型的主效基因以及一个与主基因相互作用的微效基因。
燕麦;种质资源;遗传多样性;SSR标记;关联分析;QTL定位
中国农业科学院
博士
作物种质资源
张宗文
2017
中文
S512.6
87
2018-01-04（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）