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文檔簡介
1、棉籽是棉花生產(chǎn)中的最重要的副產(chǎn)品,應(yīng)用于食用油、飼料和燃料等領(lǐng)域,并且是潛在的食用蛋白質(zhì)源。隨著世界人口的迅速增長,棉籽作為人類食物資源的潛能將越大。因此,棉籽品質(zhì)性狀的改良將成為棉花育種改良的重要目標(biāo)之一。全面深入地研究棉籽品質(zhì)性狀的遺傳特性及QTL定位將對于棉籽品質(zhì)的遺傳改良具有重要的理論和指導(dǎo)意義。本研究以具有氨基酸含量差異的445份棉籽為材料,構(gòu)建了17種氨基酸的近紅外定標(biāo)模型。以188份陸地棉重組近交系為材料,按照不完全雙列雜
2、交方式,創(chuàng)建了永久F2群體(IF2群體)。采用包括基因型和基因型×環(huán)境互作的雙子葉植物二倍體種子數(shù)量性狀遺傳模型,基于胚、母體、細胞質(zhì)三套遺傳體系,研究了陸地棉種子品質(zhì)性狀的遺傳特性。同時,采用新發(fā)展的包括環(huán)境互作效應(yīng)在內(nèi)的多遺傳體系QTL作圖方法和基因定位軟件,對棉籽蛋白質(zhì)等性狀進行了胚和母體植株不同遺傳體系的QTL定位分析。主要研究結(jié)果如下:
1棉籽氨基酸含量的NIRS定標(biāo)模型構(gòu)建:本研究采用一階導(dǎo)數(shù)的數(shù)學(xué)處理(1,4
3、,4,1)、標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變換和去趨勢(SNV+D)最佳組合的預(yù)處理方法,結(jié)合改良的偏最小二乘法(MPLS),創(chuàng)建了棉仁粉中17種氨基酸含量的近紅外反射光譜(NIRS)定標(biāo)模型。天冬氨酸、蘇氨酸等12種氨基酸含量的定標(biāo)模型較好,其相對分析誤差(RPDc)為3.735~7.132,外部檢驗的決定系數(shù)(r2)為0.910~0.979,完全可以替代化學(xué)測定;而絲氨酸、蛋氨酸、酪氨酸和脯氨酸等4種氨基酸的定標(biāo)模型預(yù)測效果略差,其RPDc為2.205~
4、2.814,外部檢驗r2為0.800~0.830,但仍可用于棉仁粉中氨基酸含量的測定。半胱氨酸定標(biāo)方程的RPDc較小(RPDc=1.358)。因此,棉仁粉中半胱氨酸含量不能用近紅外分析方法進行檢測。氨基酸含量的NIRS定標(biāo)模型為陸地棉種仁氨基酸含量測定提供一種快速、低廉、準(zhǔn)確可靠的分析方法。
2 IF2群體的構(gòu)建:基于來自陸地棉品種間雜交組合(HS46×MARCABUCAG8US-1-88)的188個重組近交系,在重組近交
5、系間進行隨機交配,創(chuàng)建了一套包括了376個組合的陸地棉品種間“永久F2”群體。該群體中的重要棉籽品質(zhì)性狀均表現(xiàn)出典型的數(shù)量性狀特點,呈正態(tài)分布,并且各性狀出現(xiàn)超親分離。因此,該群體可作為優(yōu)良的遺傳研究和育種資源。
3棉籽品質(zhì)性狀的遺傳特性分析:基于上述IF2群體的種子品質(zhì)性狀表型數(shù)據(jù),對陸地棉7個重要種子品質(zhì)性狀進行了遺傳方差、遺傳率和遺傳相關(guān)分析。
(1)遺傳方差分析表明,子指、仁/殼的基因表達主要受胚加性
6、和母體加性主效應(yīng)控制,其次受細胞質(zhì)×環(huán)境互作效應(yīng)控制;仁指的基因表達主要受胚加性和母體加性效應(yīng)控制;種仁率的基因表達主要受胚加性效應(yīng)控制,其次受胚顯性×環(huán)境互作效應(yīng)和母體加性×環(huán)境互作效應(yīng);油分含量的基因表達主要受細胞質(zhì)主效應(yīng)控制,其次受胚加性×環(huán)境互作效應(yīng)控制。以上說明子指、仁/殼、種仁率、油分含量和仁指的變異主要來自基因型本身的作用,但環(huán)境因素不可忽視。蛋白質(zhì)含量的基因表達主要受種子胚加性×環(huán)境互作效應(yīng)和種子胚顯性×環(huán)境互作效應(yīng)控制
7、,其次受母體加性和母體顯性主效應(yīng)控制;棉酚含量的基因表達主要受胚顯性×環(huán)境互作效應(yīng)和母體加性×環(huán)境互作效應(yīng)控制,其次受母體加性主效應(yīng)控制。以上結(jié)果說明這兩個性狀的變異易遭受很大的環(huán)境影響,因此,在性狀改良時,必需考慮環(huán)境因素。
(2)遺傳率分析表明,子指、仁/殼、仁指和蛋白質(zhì)含量總狹義遺傳率較低,這些性狀在中高代進行選擇可以取得更好的選擇效果;棉酚、油分含量總狹義遺傳率較高,在早世代進行性狀選擇能取得一定效果。子指、種仁率
8、、仁/殼、仁指、棉酚含量、油分含量以普通狹義遺傳率為主,其中,子指、仁指、棉酚含量以普通母體遺傳率為主;種仁率、仁/殼和油分含量以普通細胞質(zhì)遺傳率為主;蛋白質(zhì)含量以互作細胞質(zhì)遺傳率為主。在育種改良中,子指、仁指、棉酚含量、仁/殼和油分含量可以根據(jù)母體植株的總體表現(xiàn)和單粒選擇相結(jié)合的方法在低世代進行選擇。由于棉籽蛋白質(zhì)含量具有互作遺傳率高的特點,其在育種改良中雖也可根據(jù)母體植株的總體表現(xiàn)在低世代進行單株選擇,但一般與特定環(huán)境有密切關(guān)系。<
9、br> (3)遺傳相關(guān)性分析表明,種仁率與棉酚、仁/殼以胚加性負相關(guān)為主;子指與仁/殼、棉酚含量、種仁率、仁指、蛋白質(zhì)含量,種仁率與蛋白質(zhì)含量,仁/殼與蛋白質(zhì)含量,油分與蛋白質(zhì)含量,仁指與蛋白質(zhì)、棉酚含量以母體加性負相關(guān)為主;仁/殼與仁指、棉酚含量、種仁率以胚加性、細胞質(zhì)、母體加性負相關(guān)為主;棉酚與油分含量以胚加性正相關(guān)為主;棉酚與蛋白質(zhì)含量以細胞質(zhì)正相關(guān)為主;種仁率與仁指以胚加性和母體加性正相關(guān)為主。因此,上述成對性狀可以在早世
10、代進行單粒或單株間接選擇。油分含量與子指、仁/殼、種仁率和仁指未發(fā)現(xiàn)明顯的相關(guān)性,但仍有可能通過這些物理品質(zhì)性狀間接改良油分含量。
4棉籽蛋白質(zhì)及氨基酸含量的QTL定位:以來自陸地棉品種間雜交組合(HS46×MARCABUCAG8US-1-88、)的188個重組近交系隨機交配獲得的“永久F2”群體為材料,采用本實驗室構(gòu)建的重組自交系分子連鎖圖譜,應(yīng)用新發(fā)展的程序QTL Network-CL-2.0-Seed對“永久F2”群
11、體在兩個環(huán)境下測得的蛋白質(zhì)及氨基酸含量進行多遺傳體系QTL定位及其遺傳分析。共檢測到6個控制蛋白質(zhì)含量的QTL,解釋了58.5%的表型變異,其中,2個QTL主要在胚核基因組上表達,其余4個QTL同時在胚和母體核基因組上表達,3個QTL具有明顯的環(huán)境互作效應(yīng)。在3個胚加性效應(yīng)貢獻率大于5%的QTL中,2個QTL已定位在具體的染色體上,為蛋白質(zhì)含量的分子育種提供重要基礎(chǔ)。
本試驗還共檢測了控制16種氨基酸含量性狀表現(xiàn)的QTL在
12、胚和母體植株2套核基因組上的分布情況:包括亮氨酸(Leu)、苯丙氨酸(Phe)、蘇氨酸(Thr)、纈氨酸(Val)、蛋氨酸(Met)、異亮氨酸(Ile)、賴氨酸(Lys)、天冬氨酸(Asp)、絲氨酸(Ser)、谷氨酸(Glu)、甘氨酸(Gly)、丙氨酸(Ala)、酪氨酸(Tyr)、組氨酸(His)、精氨酸(Arg)、脯氨酸(Pro)含量。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)控制這些性狀的QTL數(shù)目分別為2~8個,可以解釋表型變異為23.37%~64.32%。所
13、檢測到的每種氨基酸QTL中,在胚核基因組上表達的QTL分別有0~2個,其中,苯丙氨酸、纈氨酸、蛋氨酸、酪氨酸和組氨酸各為2個,天冬氨酸和甘氨酸未發(fā)現(xiàn)僅在胚核基因組中表達的QTL;在母體植株核基因組中表達的分別有0~2個,其中,異亮氨酸為2個,纈氨酸、天冬氨酸和組氨酸各為1個,其余的12種氨基酸未發(fā)現(xiàn)僅在母體基因組中表達的QTL。在胚核基因組和母體植株核基因組中同時表達的分別有0~6個,其中苯丙氨酸為6個,組氨酸為0個;有顯著的環(huán)境互作效
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