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中国是苹果属植物最古老的育种中心之一,种质资源极为丰富。有21种苹果野生资源起源于中国,其中新疆野苹果(Malus sieversii)是现代栽培苹果(Malusdomestica Borkh)的祖先种,分布于中亚天山山脉。经过长期的自然选择,新疆野苹果的果实形态、着色、风味、植株高矮、树形等性状发生了较大变异,出现一些抗旱、抗寒、抗病虫、耐瘠薄、环境适应能力强的优异单株。丰富的遗传变异使新疆野苹果赢得了众多国内外研究学者的广泛关注。然而,近年来由于农田开垦、过度放牧以及苹果小吉丁虫的传播与蔓延等因素,新疆野苹果遗传多样性遭到严重的破坏,群落面积急剧减少。因此,加强这一珍贵资源的保护迫在眉睫。但面对仍数以百万份的新疆野苹果种质资源,采用常规方法对其进行保护利用显得牵强无力。1984年Frankle提出核心种质(Core Collection)的概念,即以最小的资源份数最大限度的代表该物种的遗传多样性。核心种质的构建为新疆野苹果种质资源的深入评价、有效保护和进一步深层利用开辟了新的途径。
遗传连锁图谱是数量性状定位(QTL)、基因图位克隆、比较基因组学以及分子标记辅助育种等研究的基础。目前国内外在许多作物上成功构建了高密度分子遗传图谱,国外已经报道了几张苹果遗传图谱,而我国在这方面的研究尚属空白。本研究以新疆野苹果中红肉苹果类型与栽培品种红富士的杂交F1代为作图群体,用Joinmap3.0软件的CP作图模型构建了一张苹果SSR和SRAP标记的分子遗传连锁图谱,并采用复合区间作图法对与叶片及生长等有关的农艺性状进行了QTL初步定位与分析,为苹果分子标记辅助育种和种质改良奠定基础。主要研究结果如下:
1、以300份新疆野苹果实生株系为试验材料,根据叶片、花朵和果实等器官15个数量性状的遗传多样性,研究了新疆野苹果表型数据初级核心种质构建的方法。结果表明:在新疆野苹果初级核心种质构建中,采用欧氏距离聚类优于马氏距离;最短距离法优于类平均法、离差平方和法和最长距离法;优先取样法和偏离度取样法都能明显提高核心种质的方差差异百分率、极差符合率和变异系数变化率,均适宜于新疆野苹果初级核心种质的构建,前者略优于后者;20%是最适宜的取样比例。其中,以20%的取样比例,采用欧氏距离,利用最短距离法进行逐步聚类,结合优先取样法构建的核心种质最有代表性,是构建新疆野苹果初级核心种质的最佳的方法。
2、以上述用表型数据构建的新疆野苹果初级核心种质为试材,提出用混合遗传距离(Dmix)整合表型数据和SSR分子标记数据,进一步完善了新疆野苹果核心种质构建的方法与理论。结果表明,本研究提出的表型值遗传距离(Dp)或分子标记遗传距离(Dm)在构建效果上均等于或好于常用的遗传距离。但用表型值遗传距离(Dp)或分子标记遗传距离(Dm)构建的核心种质仅在一类数据评价参数上表现良好,而在另一类数据上表现较差。由混合遗传距离(Dmix)构建的核心种质由于整合了两类不同数据,与以上两种核心种质相比较,在表型数据评价参数VD%,CR%和VR%和分子标记数据评价参数P%,MNe%,MH%和M1%上均表现出较好的效果。因此,采用混合遗传距离(Dmix)构建的核心种质比单独使用表型数据或分子标记数据构建的核心种质更加可靠。同时经15个数量性状进一步检测表明,新疆野苹果核心种质很好的代表了原始种质的遗传多样性。
3、以新疆野苹果中红肉苹果类型×红富士F1代110株实生苗为作图群体,利用Joinmap3.0作图软件中的CP作图模型,基于235个SSR多态性标记和162个SRAP多态性标记,构建了一张包含175个SSR标记和105个SRAP标记分属17个连锁群的新疆野苹果分子遗传连锁图谱。该图谱覆盖基因组长度为1299.67cM,标记间的平均图距为4.6cM;各连锁群的长度在50.4-135.2cM的范围内,每个连锁群包含8-43个标记,平均图距在2.1-9.5cM之间。同时检测到有35个标记发生偏分离,大部分偏分离标记在连锁群上聚集出现。
4、利用上述图谱进行了与叶片和生长等相关性状的QTL定位与分析。共定位了20个与叶片性状相关的QTL和24个与生长性状相关的QTL,单个QTL可解释的表型变异为10.15-41.66%,每个QTL均发现了与其图距最近的分子标记,部分性状的表型相关达到显著或极显著水平。20个与叶片性状相关的QTL位点主要集中在C1、C2、C5、C7、C17等5个连锁群上,24个与生长性状相关的QTL位点主要集中在C1、C2、C3、C7、C9、C16、C17等7个连锁群上,部分QTL位点在连锁图上存在成簇分布或部分重叠的特点,说明这些相关性状可能有着共同的遗传基础。