大豆重組自交系群體抗旱性形態(tài)生理產量特征及其QTL定位研究.pdf

1、全球水資源短缺,干旱已成為大豆生產發(fā)展的主要限制因素,開展抗旱性研究特別是抗旱形態(tài)、生理性狀的分析、借助分子生物學手段進行基因定位研究具有重要的現(xiàn)實意義。本研究利用科豐1號和南農1138-2雜交產生的包含184個株系的RIL群體及其構建的含275標記的遺傳圖譜為材料,多年(或多點)對群體進行了抗旱性直接鑒定,探討了農藝性狀、產量性狀、生理性狀與抗旱性的關系,分析了正常供水、旱脅迫條件下這些性狀QTL表達的特點,研究了性狀之間相關的原因,

2、定位了一些穩(wěn)定表達的主效QTL位點。主要結果如下:
　　 1、對群體抗旱性直接鑒定結果表明:苗期的反復干旱存活率、永久萎蔫系數(shù)、旱處理苗重、水旱苗重比值以及后期的水旱產量比值、目測分級在多年(或多點)鑒定結果之間顯著或極顯著正相關,是較直觀、實用和可靠的抗旱性鑒定指標。對苗期和后期抗旱性直接鑒定指標定位結果表明,在第3、4、6、8、9、10和15染色體上分布著與大豆抗旱性相關的年份間穩(wěn)定表達的QTL位點。
　　 2、苗期

3、大豆抗旱材料表現(xiàn)為根冠干重大、二級側根數(shù)多等特點,主根長、根干重和根冠比與各抗旱指標之間均為正相關關系,在抗旱育種中具有重要作用。生殖生長期抗旱材料具有子葉節(jié)較粗、側根數(shù)多、根干重、冠干重和根冠比大等特點；在旱脅迫下子葉節(jié)粗和側根數(shù)與水旱產量比值顯著或極顯著相關,特別是子葉節(jié)粗對水旱產量比值的直接作用較大。苗期、后期兩種水分條件下根系特征分別定位到9、11個效應較大的QTL。在兩種環(huán)境條件下檢測到的QTL有較大的差異,說明干旱環(huán)境對控制

4、根系性狀基因的表達有較大的影響。檢測到控制根系相關性狀的QTL位于相同或相近的區(qū)間。在第6、8和10等染色體上存在控制根系性狀和抗旱指標的一因多效或緊密連鎖位點。
　　 3、開花期旱脅迫條件下對群體三個水分性狀和茸毛密度的研究表明:萎蔫指數(shù)和相對含水量相關極顯著；大田和溫室旱脅迫條件下定位到14個控制大豆水分相關性狀的QTL,其中控制萎蔫指數(shù)的QTL qWC8-2、qWC8-2和控制離體葉片失水率的QTL qELW12在兩種環(huán)境

5、條件下均被檢測到,較穩(wěn)定；葉片正面、背面茸毛密度共檢測到13個QTL,其中qpu12-1和qpd12-1為主效基因,其余為微效基因；檢測到控制葉片正面、背面茸毛密度與花葉病毒病抗性、水分性狀和抗旱指標的一因多效或緊密連鎖位點。
　　 4、不同時期葉片萎蔫指數(shù)、黃化脫落葉節(jié)位的動態(tài)分析表明:開花結莢期的萎蔫指數(shù)與單株水旱產量比值極顯著負相關,與目測分級顯著正相關；花芽分化期和結莢鼓粒期的葉片黃化脫落葉節(jié)位與溫室水旱產量比值也極顯著

6、負相關,這些抗旱性指標具有直觀、方便、簡單和實用等特點。不同時期萎蔫指數(shù)共檢測到18個相關的QTL,其中前三個時期檢測到的qWC8-2、qWC8-4和qWC8-5與后三個時期檢測到的qWC18-15、qWC18-12、qWC18—14和qWC18-16分別位于第8和18條染色體的相鄰標記區(qū)間,說明8和18染色體分別與前期和后期的萎蔫指數(shù)相關程度較高。黃化脫落葉節(jié)位三個時期共檢測到17個QTL,其中qLY6-10和qLY10-1在花芽分化

7、期和結莢鼓粒期同時檢測到。對離體葉片失水率的非條件QTL定位表明,QTL qELW8-3、qELW1、qELW9、qELW8-1在多個時間段的離體葉片失水率動態(tài)分析中被重復檢測到；在條件QTL定位分析中,qELW8-1、qELW18-3在多個時間段凈增量定位分析中被同時檢測到,而qELW1和ELW9僅在一個時間段凈增加量中被檢測到。
　　 5、幼苗期旱脅迫條件下RIL群體的株高、葉長、葉寬和葉面積與旱處理苗重極顯著正相關；葉面積

8、降低率與水旱株高比值、旱處理苗重和水旱苗重比值極顯著負相關,進一步證明了干旱條件下植株地上部發(fā)育良好,植株高,葉面積大,生長繁茂,其抗旱性較強。在正常供水和旱脅迫條件下,第6條染色體從satt322到sat_312標記區(qū)間均可檢測出幼苗期株高、葉長、葉寬和葉面積相關的QTL。
　　 6、在不同時期對輕度、中度旱脅迫和正常供水條件下的株高及其(旱/水)比值進行了研究。所定位的19個控制三個時期不同水分處理條件下株高的非條件QTL,

9、主要分布于除第5、7、9、11和18染色體外的15條染色體上。不同時期均發(fā)現(xiàn)有旱脅迫條件下特異表達的QTL,如qPH113-1和qPH13-2與苗期、qPH2-2、qPH3-1和qPH16-1與花芽分化期、qPH2-2、qPH8-4和qPH8-5與花莢期輕度、中度旱脅迫條件下株高有關。
　　 7、利用RIL群體多年多點的數(shù)據(jù),對產量相關性狀與產量間進行的遺傳相關分析表明,水、旱條件下株粒數(shù)、株莢數(shù)、株重和二粒莢與產量的相關程度均

10、較大。通徑分析表明,正常供水條件下的株粒數(shù)和二粒莢數(shù),旱脅迫條件下的株粒數(shù)、株重、株莢數(shù)、百粒重是影響大豆產量高低的決定性因素。
　　 正常供水、旱脅迫條件下產量相關性狀對單株水旱產量比值的相關分析表明,在正常供水條件下株高、二粒莢、三粒莢、株粒數(shù)和單株產量與水旱產量比值的相關不顯著,但在旱脅迫條件下它們與水旱產量比值間的相關達到顯著或極顯著水平。通徑分析表明,旱脅迫條件下單株產量、一粒莢、二粒莢,正常供水條件下株莢數(shù)對水旱產量

11、比值的直接作用較大。
　　 對產量相關性狀水旱比值間及其與水旱產量比值(旱/水,簡稱產量比)間進行了遺傳相關分析。結果表明,單株產量比與二粒莢比、株莢數(shù)比、株粒數(shù)比的相關程度較大。通徑分析表明二粒莢比對水旱產量比值的直接作用最大,其次是株重比、株粒數(shù)比和百粒重比,粒長比對上述指標及產量比有負向效應。
　　 對太谷2004大田、溫室以及運城2004、2005兩年小區(qū)產量的定位結果表明,兩地兩年共定位到30個QTL,分布在除

12、1、13、14、15、17和19以外的其余14條染色體上。其中,qSY6-10在兩年兩點正常供水、旱脅迫條件下都可以檢測到,表現(xiàn)較穩(wěn)定。此外,在該QTL區(qū)間附近,在不同地點和年份水旱條件下還定位到幾個與小區(qū)產量相關的QTL,表明染色體6上與qSY6-10相鄰的幾個區(qū)間是產量QTL富集區(qū)；qSY10-1和qSY3-6分別在運城兩年正常供水條件、旱脅迫條件下被檢測到。
　　 在運城兩年正常供水和旱脅迫條件下,對產量性狀及單株產量的Q

13、TL定位表明,在第3、4、6、7、8、10、11、13、16和17條染色體存在控制分枝數(shù)、株高、株重、百粒重、株粒數(shù)、株莢數(shù)和單株產量穩(wěn)定表達的QTL。同時這些染色體上也分布著控制產量性狀的一因多效或緊密連鎖區(qū)域。
　　 總之,比較抗旱相關性狀的QTL定位結果,發(fā)現(xiàn)了一些控制產量性狀、形態(tài)性狀、生理性狀和抗旱指標的一因多效或緊密連鎖的位點。如,第6條染色體相鄰的標記區(qū)間存在控制根系特征、葉片表型特征、產量、水旱產量比值、黃化脫落