甜荞遗传图谱构建及籽粒大小相关性状QTL定位

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甜荞(Fagopyrum esculentum M.),为蓼科(Polygonaceae)荞麦属(Fagpyrum)一年生或多年生作物,具有自交不亲和、生长期短、适应性强的特点,起源于中国,是很好的救灾填闲作物和重要的蜜源作物。因其具有多种营养和保健成分(抗性淀粉、不饱和脂肪酸、槲皮素、β-葡聚糖、芦丁等),且富含锌、铁、硒、钾等人体容易缺乏的矿质营养元素,对糖尿病、便秘和心血管疾病等有预防和治疗作用,已成为21世纪人类的绿色食品之一。随着人们对膳食均衡越来越重视,对甜荞的需求也越来越大,培育高产优质甜荞品种已成为荞麦育种学家重要的目标。目前已有甜荞品种普遍存在结实率低、产量低等问题。而甜荞科研工作起步较晚,难度大,育种技术相对落后。现代分子生物学技术为高产甜荞快速育种提供了新途径。本研究以籽粒大小差异较大的两个甜荞品种乌克兰大粒荞和酉荞2号的杂交后代为试验材料,对甜荞籽粒大小相关性状进行了QTL初步定位,主要研究结果如下:1.甜荞EST-SSR引物开发课题组前期对籽粒大小差异明显的两个甜荞品种乌克兰大粒荞和酉荞2号5天和10天籽粒进行了转录组测序,本研究根据转录组测序所得到的187034个Unigenes(序列总长约为205214595 bp)搜索SSR位点,从21376个unigene中共搜索到24,609个EST-SSR位点,转录组中SSR的分布频率为13.16%。设定引物长度为18~23 bp,扩增产物大小为100~300 bp,共设计开发18,969对EST-SSR引物。随机合成84对引物对45个不同荞麦材料进行遗传多样性分析,其中81%(68对)SSR引物在45个不同荞麦材料中能够扩增出清晰的条带,表现为多态性。根据UPGMA进行聚类绘图,将45个荞麦品种分成了两个大类(以相似系数0.72作为分界线),其中甜荞34个品种为第一大类,苦荞11个品种为第2个大类;在此基础上,又将34个甜荞品种聚为了4类(以相似系数0.76作为分界线)。这一结果很好的显示了本研究所设计开发的EST-SSR的准确性和实用性。2.群体构建及表型分析对乌克兰大粒荞和酉荞2号进行籽粒大小相关性状表型比较发现,乌克兰大粒荞的籽粒长、籽粒宽和百粒重都明显大于酉荞2号,而长宽比略小于酉荞2号。利用乌克兰大粒荞和酉荞2号杂交构建其F1群体。统计亲本及群体籽粒大小相关性状,结果表明,与亲本相比,群体10粒长、10粒宽、百粒重和长宽比的最大值均较亲本中籽粒较大的乌克兰大粒荞更大,而其最小值均较亲本中籽粒较小的酉荞2号更小,表现出超亲分离现象,并且籽粒大小相关各性状的分布形式均近似连续的正态分布,表现为典型的数量性状特征。3.甜荞遗传连锁图谱构建利用转录组测序数据开发并合成320对SSR引物和336对In Del引物,并在两亲本(乌克兰大粒荞和酉荞2号)间进行多态性引物筛选,从EST-SSR引物中获得80对多态性引物,多态性比例为25.0%,从In Del引物获得145对多态性引物,多态性比例为43.2%。以多态性引物检测(乌克兰大粒荞和酉荞2号)F1群体208个单株的标记基因型,共获得265个标记位点。采用拟测交策略构建了甜荞遗传连锁图谱,图谱共计8个连锁群,包含43个SSR位点和96个In Del位点,总长度为1398.33 c M,平均图距为10.06 c M,连锁群长度在115.09 c M至243.75 c M之间。4.甜荞籽粒大小相关性状QTL的初步定位基于乌克兰大粒荞和酉荞2号的F1代遗传群体208个单株的籽粒大小表型数据,结合其遗传连锁图谱对甜荞籽粒大小相关性状的QTL进行初步定位,结果检测到甜荞籽粒大小相关性状QTL共计37个,其中有11个甜荞粒长QTL,3个甜荞粒宽QTL,11个甜荞百粒重QTL和12个甜荞长宽比QTL;统计分析发现,标记SWU_Fe_In Del076附近均检测到粒宽QTL、百粒重QTL和长宽比QTL,标记SWU_Fe_In Del166和SWU_Fe_In Del197附近均检测到粒长QTL和长宽比QTL,标记SWU_Fe_In Del195附近均检测到粒宽QTL和长宽比QTL,标记SWU_Fe0200附近均检测到粒宽QTL和百粒重QTL。
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