本文關鍵詞：基于連鎖不平衡的秈稻核心種質資源源、庫相關性狀的關聯(lián)分析

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【摘要】：隨著我國人口的不斷增加和耕地的不斷減少,預計到2030年,我國人口將達到16億,對糧食的需求將進一步增加,而農作物單產則需在現(xiàn)有的基礎上提高50%以上才能滿足糧食的安全供給。為了充分滿足今后對稻米的需求,突破性水稻新品種的選育成為當務之急。而水稻產量提高的過程實質上是源、庫交替改良與新型源庫平衡關系的不斷建立的過程,以往對水稻源庫關系的研究大多集中在外部形態(tài)指標的研究上,而對源庫相關性狀分子水平上研究相對較少。本研究以來源于31個國家和地區(qū)的261份秈稻核心種質資源為試驗材料,通過2年2點(海南、廣東)的重復試驗,對供試材料的源庫相關性狀的表型數(shù)據(jù)進行了調查與收集。利用6704個SNP標記,對水稻源庫相關性狀進行全基因組關聯(lián)分析,挖掘水稻源庫相關性狀的優(yōu)異等位基因位點,為分子標記輔助育種改良水稻的源庫相關性狀,培育源庫關系協(xié)調、綜合性狀好的突破性水稻品種提供種質資源、基因和標記信息,以提高育種效率。主要結果如下：(1)2個試驗點水稻源庫相關性狀的差異分析表明：海南試驗點源相關性狀變異系數(shù)最大的為倒2葉葉面積,變異系數(shù)26.21%,廣東試驗點變異系數(shù)最大的為劍葉重,變異系數(shù)為28.34%,2個試驗點變異系數(shù)最小的源性狀均為劍葉比葉重,分別為10.05%和14.81%；庫性狀2個試驗點變異系數(shù)最大的均為癟粒數(shù),高達62.06%和73.71%,變2異系數(shù)最小的均為結實率,分別為7.82%、13.38%。相關分析表明：源性狀之問、庫性狀之間在2個試驗點的相關水平及相關關系保持著高度的一致,雖然源性狀與庫性狀之間的相關顯著水平只在部分性狀間保持一致,但其相關關系基本相同,為進一步探求水稻源、庫相關性狀間的關系提供重要依據(jù)。(2)主成分分析表明：2個試驗點的秈稻核心種質資源19個源庫相關性狀均可簡化為獨立的6個主成分,這6個主成分所提供的信息量占全部信息量分別為海南87.16%、廣東84.68%,涵蓋了所有的19個性狀指標。2個試驗點各主成分所反映的相關源庫性狀基本保持著一致,都劃分為2個源因子、3個庫因子、1個源庫協(xié)調因子。2個試驗點的供試材料中TD25、ANGIFOTSY 685、CT6510、NARGUNI、ELWEE的綜合排名均在前20名內,說明這5個品種不但源庫綜合性狀相對較好,且受適應不同生態(tài)環(huán)境的能力較強。(3)聚類分析表明：2個試驗點的供試材料均劃分為3個類群,即源限制型、庫限制型、源庫協(xié)調型,其中81份供試材料的源庫類型關系未發(fā)生變化,其中源限制型17份,庫限制型18份,源庫協(xié)調型46份,表明這些水稻材料在生長發(fā)育過程中,受環(huán)境的影響較小,適應不同環(huán)境的能力較強。2個試驗點源限制型品種的有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)在3種類型中最大,而結實率、千粒重、單株產量在3種類型中最��；庫限制型的品種的有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)在3個類型中最小,而結實率、千粒重在3種類型中最大；而源庫協(xié)調型單株產量在3種類型中最大,其余相關因子處于兩者之間。(4)2個試驗點的3種水稻源庫類型的干物質積累規(guī)律基本一致。在葉片和莖鞘干物質積累方面,3種源庫類型群體均是隨著生育進程的發(fā)展逐漸減小,源庫協(xié)調型的葉片和莖鞘干物質積累最大,源限制型的群體穗干重最大,其次是源庫協(xié)調型,最小的是庫限制型；植株總干物質積累方面,3種源庫類型群體均是成熟期最大,齊穗期最小,孕穗期居中。3種水稻源庫類型群體的葉片干物質輸出率、轉換率源庫協(xié)調型最大；在莖鞘干物質輸出率及轉換率方面,庫限制型群體最大。總體上2個試驗點3種源庫類型群體的各器官干物質輸出率均為莖鞘葉片,各器官對產量形成的貢獻大小為莖鞘葉片。(5)6704個SNP標記分布在在第1-12染色體上,所有SNP標記間的平均物理距離為58 kb,有3756個SNP標記的最小等位基因頻率小于0.20,占56.03%,384個SNP標記的最小等位基因頻率接近0.5,占5.73%,多態(tài)性信息量(PIC)平均值為0.24,變幅為0.05～0.38,基因多樣性平均值為0.29,變幅為0.05～0.50,261份秈稻核心種質資源共有SNP標記1749744個,堿基變化涉及AA、CC、GG、TT、AC、AG、AT、 CG、 CT、GT,其中GG類型最多,其次為AA, CC, TT。(6)261份水稻種質資源群體結構分析表明,群體的最適亞群數(shù)為3,分別包括88份、82份和91份材料。連鎖不平衡分析表明,319900個共線性成對組合中有124301個成對組合處于LD狀態(tài)(P0.01),占共線性組合的38.86%,當D'=0.5和,r2=0.1時連鎖不平衡的衰減距離分別為590 kb、509 kb,存在較強連鎖不平衡水平。親緣關系(Kinship)分析表明,261份秈稻核心種質資源群體的大部分材料之間沒有親緣關系或者有較弱的親緣關系,反映了供試材料的廣泛性及多樣性,只有少數(shù)材料之間的親緣關系較強。(7)關聯(lián)分析結果表明：在P≤0.001顯著水平下,海南和廣東分別檢測到與源庫相關性狀顯著關聯(lián)的位點分別為103和86個。海南檢測到的關聯(lián)位點主要分布于第2、3、4號染色體,分別包括14、16、22個關聯(lián)位點；廣東檢測到的關聯(lián)位點主要分布于第1、2、11號染色體,分別包括32、13、13個關聯(lián)位點；2個試驗點分別檢測到96個與10個源相關性狀顯著關聯(lián)的QTL位點,其中海南試驗點62個,廣東試驗點34個；2個試驗點分別檢測到93個與9個庫相關性狀顯著關聯(lián)的QTL位點,其中海南試驗點41個,廣東試驗點52個；海南試驗點檢測到同時與多個源相關性狀顯著關聯(lián)的位點18個,廣東試驗點為9個；海南試驗點檢測到同時與多個庫相關性狀顯著關聯(lián)的位點8個,廣東試驗點為13個；海南試驗點檢測到同時與不同源、庫相關性狀顯著關聯(lián)的位點11個位點,廣東試驗點為7個；25個關聯(lián)位點在2個試驗環(huán)境下均被檢測到與特定性狀顯著關聯(lián),占全部關聯(lián)位點的13.23%,且關聯(lián)位點間的物理距離均在590 kb之內。有4個關聯(lián)位點在2個試驗環(huán)境下檢測到與同一性狀顯著關聯(lián),涉及性狀為倒2葉重、劍葉葉面積、癟粒數(shù)、單株產量。
【關鍵詞】：秈稻 源庫類型 主成分分析 聚類分析 關聯(lián)分析
【學位授予單位】：沈陽農業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：S511.21
【目錄】：

• 摘要8-11
• Abstract11-14
• 第一章 文獻綜述14-30
• 1.1 水稻源、庫的研究進展14-22
• 1.1.1 水稻源、庫的概念及衡量指標14
• 1.1.2 水稻源、庫的衡量指標14-16
• 1.1.3 水稻源、庫類型劃分16-17
• 1.1.4 水稻源、庫對產量形成的影響17-19
• 1.1.5 水稻源、庫理論的應用19-21
• 1.1.6 水稻源、庫理論研究展望21-22
• 1.2 關聯(lián)分析22-28
• 1.2.1 關聯(lián)分析的原理22-25
• 1.2.2 關聯(lián)分析的方法25-26
• 1.2.3 關聯(lián)分析的特點26-27
• 1.2.4 關聯(lián)分析在水稻中的應用27-28
• 1.3 本研究的目的意義28-29
• 1.4 技術路線29-30
• 第二章 秈稻種質資源源庫相關性狀的聚類分析30-52
• 2.1 材料與方法30-31
• 2.1.1 供試材料30
• 2.1.2 試驗方法30
• 2.1.3 田間性狀調查30-31
• 2.1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析31
• 2.2 結果與分析31-47
• 2.2.1 不同地點間水稻源庫相關性狀的差異分析31
• 2.2.2 不同地點間水稻源庫相關性狀的相關分析31-35
• 2.2.3 水稻源庫相關性狀的主成分分析35-38
• 2.2.4 基于主成分的水稻源庫相關性狀的綜合評價38-40
• 2.2.5 基于主成分的水稻源庫特性聚類分析40-45
• 2.2.6 不同源庫類型干物質積累與分配特征45-47
• 2.3 討論47-49
• 2.4 本章結論49-52
• 第三章 秈稻種質資源源庫相關性狀的全基因組關聯(lián)分析52-88
• 3.1 材料與方法52
• 3.1.1 供試材料52
• 3.1.2 試驗方法52
• 3.1.3 DNA提取與基因型分析52
• 3.1.4 表型鑒定52
• 3.2 數(shù)據(jù)分析52-53
• 3.2.1 表型數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析52
• 3.2.2 遺傳多樣性分析52
• 3.2.3 群體結構分析52-53
• 3.2.4 親緣關系(Kinship)分析53
• 3.2.5 關聯(lián)分析53
• 3.3 結果與分析53-82
• 3.3.1 SNP遺傳多樣性分析53-54
• 3.3.2 群體結構分析54-56
• 3.3.3 連鎖不平衡分析56-57
• 3.3.4 親緣關系分析57-58
• 3.3.5 水稻源庫相關性狀全基因組關聯(lián)分析58-82
• 3.4 討論82-86
• 3.4.1 關聯(lián)分析模型選擇82-83
• 3.4.2 關聯(lián)分析顯著水平的選擇83
• 3.4.3 水稻群體結構對關聯(lián)分析的影響83-84
• 3.4.4 水稻群體連鎖不平衡水平對關聯(lián)分析的影響84
• 3.4.5 環(huán)境變化對數(shù)量性狀的影響84-85
• 3.4.6 水稻源庫相關性狀QTL的重演性85-86
• 3.4.7 與多個源庫相關性狀關聯(lián)的QTL位點86
• 3.5 本章結論86-88
• 第四章 全文結論88-90
• 參考文獻90-100
• 附錄100-116
• 致謝116-118
• 攻讀博士學位期間發(fā)表的學術論文118

【參考文獻】

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本文編號：1110511