禾谷類作物胚乳性狀QTL定位方法研究.pdf

1、禾谷類作物的種子主要由胚乳組成，其中含有豐富的淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪等營養(yǎng)物質(zhì)，是人類的主食。許多胚乳性狀都與谷物的產(chǎn)量和品質(zhì)有關(guān)，因此，研究胚乳性狀的遺傳基礎對禾谷類作物育種十分重要。由于胚乳是由兩個極核和一個精核結(jié)合發(fā)育而形成的三倍體，因此，胚乳性狀的遺傳基礎與通常的二倍體農(nóng)藝性狀相比，有更復雜的遺傳成分。就一對基因Q-g而言，有四種可能的基因型：QQQ，QQq，Qqq和qqq；相應地可分解出三種遺傳效應：等位基因Q替代q的平均替代效應

2、(加性效應a)，等位基因QQ與q的互作效應(第一顯性效應d<,1>)，等位基因Q與qq的互作效應(第二顯性效應d<,2>)。此外，胚乳性狀還受到母體基因型效應的影響。迄今對胚乳性狀的QTL定位研究多數(shù)還是基于二倍體模型的方法，也未考慮母體效應。為了更合理地分析胚乳性狀QTL的效應，近年來已經(jīng)提出了一些基于三倍體模型的胚乳QTL定位方法，但在各種效應的剖析方面，效果仍不甚理想。 本研究根據(jù)胚乳性狀測定方式的不同和標記信息來源的不同

3、，提出了五種胚乳性狀QTL定位的試驗設計，并在此基礎上建立了相應的統(tǒng)計遺傳模型和胚乳QTL區(qū)間定位方法，通過基于EM算法的極大似然估計，對胚乳QTL進行定位和效應估計，所有方法的可行性和有效性通過計算機模擬得以驗證，主要內(nèi)容如下： 1．對于混合測定的胚乳性狀，提出了基于隨機交配設計(設計一)的胚乳性狀QTL定位方法。該方法必須假定不存在母體效應。其基本思想是：從一個已知標記基因型信息的作圖群體出發(fā)，將群體中的植株(或株系)進行隨

4、機交配，產(chǎn)生由雜種家系組成的胚乳QTL定位群體；對各雜種家系種子的胚乳性狀進行混合測定，得到家系平均值；利用胚乳性狀的家系平均值和親本植株(或株系)的標記基因型信息對胚乳QTL進行定位和效應估計。給出了基于三倍體遺傳模型的胚乳QTL區(qū)間定位方法。計算機模擬表明，該方法可以準確定位胚乳QTL，無偏、有效地估計出胚乳QTL的三種效應(加性效應、第一顯性效應、第二顯性效應)。 2．對于單粒測定的胚乳性狀，若要同時估計胚乳和母體的QTL

5、效應，有兩種途徑。第一種是利用母體的標記基因型信息和后代種子單粒測定的胚乳性狀表型值(稱為單步等級設計)；第二種是除了利用母體的標記基因型信息和后代種子單粒測定的胚乳性狀表型值之外，還利用后代種子胚的標記基因型信息(稱為兩步等級設計)。對于單步等級設計，我們提出了利用BC<,1>F<,1>母體植株標記基因型信息和BC<,1>F<,1:2>種子單粒測定的胚乳表型值進行胚乳QTL定位的方法(設計二)，其中BC<,1>F<,1>母體植株包括等

6、量的F<,1>×P<,1>和F<,1>×P<,2>的后代植株；對于兩步等級設計，我們提出了利用F<,2>母體植株標記基因型信息和其后代F<,2:3>單粒種子胚標記基因型信息以及后代F<,2:3>種子單粒測定的胚乳表型值進行胚乳QTL定位的方法(設計三)。計算機模擬表明，兩種設計都能估計出母體和胚乳的各種遺傳效應。當種子樣本量較大時，QTL的胚乳和母體的加性效應能得到較好的估計，但對QTL的胚乳和母體顯性效應的估計不是很理想。無論是QTL

7、效應估計的準確度還是精確度，用兩步等級設計都比單步等級設計好。 3．對于單粒測定的胚乳性狀，我們還提出了利用F<,2>種子(設計四)和利用BC<,1>種子(包括等量的F<,1>×P<,1>和F<,1>×P<,2>的種子：設計五)的試驗設計和胚乳性狀QTL定位方法。所需標記基因型信息和胚乳性狀表型值分別來自同一粒種子的胚和胚乳。這種設計的優(yōu)點是母體不存在遺傳分離，因而排除了母體效應的影響，只估計胚乳的遺傳效應。計算機模擬表明，設計