鹅掌楸杂种优势分子机理研究

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导师姓名
李火根
学科专业
林木遗传育种
文献出处
南京林业大学   2013年
关键词
鹅掌楸论文  杂种优势论文  遗传距离论文  一般杂合度论文  特殊杂合度论文  关联分析论文
论文摘要

鹅掌楸种间杂交具有明显的杂种优势,从DNA分子水平研究鹅掌楸杂种优势的遗传基础具有重要意义。本文以江西景德镇、南京江浦2个试验点3-7a生的杂交鹅掌楸子代测定林为材料,在分析子代幼林期生长性状遗传变异及杂种优势表现的基础上,利用SSR分子标记检测鹅掌楸交配亲本的遗传距离以及杂交组合子代的一般杂合度和特殊杂合度,进而分析鹅掌楸生长性状的杂种优势与亲本遗传距离及子代杂合度之间的相关性。同时,利用Tassel3.0软件对景德镇试验点鹅掌楸杂种子代7a生长性状与101个SSR位点进行关联分析,寻找与生长性状相关联的DNA分子标记,并对相关联分子标记所对应的EST序列进行生物信息学分析。主要研究结果如下:鹅掌楸杂种子代生长表现与杂种优势分析。对景德镇试验点16个杂交组合3-7a的生长量进行了分析,发现树高和胸径在不同组合间差异较大。树高与胸径生长最快的两个组合分别是S×M、H×M;生长最慢的两个组合分别是L×C2、N1×H。方差分析结果表明,树高及胸径年生长量在不同林龄及不同杂交组合间均达到了极显著差异。对鹅掌楸杂交子代生长性状杂种优势分析发现,并非所有的杂种子代都表现出杂种优势。其中,12个杂交组合表现出正向杂种优势,其余4个杂交组合表现出负向杂种优势。方差分析结果表明,树高、胸径杂种优势在不同组合间差异均达到了极显著水平(P=0.0001),但树高超高亲优势、树高超中亲优势及胸径超高亲优势在在不同林龄间差异不明显,未达到显著性水平(P=0.4432,P=0.0819,P=0.1615),仅胸径超中亲优势在不同林龄间差异达到显著性水平(P=0.002);。鹅掌楸交配亲本遗传距离与杂种优势相关性。利用30个SSR分子标记分析了景德镇试验点16个杂交组合亲本间的遗传距离。各交配组合亲本间遗传距离存在较大的遗传差异,变幅为0.117~1.4。将子代杂种优势4个度量指标分别与亲本遗传距离进行相关性分析,发现二者存在相关性,但均未达到显著性水平(P=0.9504,P=0.9823,P=0.6422,P=0.4591)。进一步分析发现,当亲本间遗传距离<1.0时,随着遗传距离增加,子代杂种优势逐渐增加。在亲本遗传距离为1.0左右时,子代杂种优势达最大值。当遗传距离>1.0时,随着遗传距离增大,杂种优势反而下降。为了验证上述结论,用同一批SSR分子标记对定植于南京江浦的另一批鹅掌楸杂交组合材料进行分析,所得结论与此相似。因此,可以认为,在进行杂交育种亲本选配时,亲本对之间最适的遗传距离应为1.0左右。鹅掌楸杂交子代群体杂合度与杂种优势相关性。利用同一批SSR分子标记分析了景德镇试验点16个杂交组合子代的一般杂合度。杂交组合子代具有较高的观测杂合度(0.6931~0.8278)。对杂种子代杂种优势表现与一般杂合度进行相关性分析,发现二者相关性均未达到显著性水平(P=0.8252,P=0.8846,P=0.7513,P=0.7286)。利用关联分析结果对杂种子代进行特殊杂合度分析,发现杂交组合子代特殊杂合度变化幅度较大(0.3741~0.8714)。对杂种子代杂种优势表现与特殊杂合度进行相关性分析,发现二者相关性也均未达到显著性水平(P=0.5694,P=0.716,P=0.447, P=0.5389),说明杂交子代杂合度可能并非鹅掌楸杂种优势形成的主要原因。杂交鹅掌楸生长性状与SSR分子标记关联分析。利用Tassel3.0软件对101对SSR标记间的连锁不平衡(LD)进行分析,发现有40对位点间存在较强的连锁不平衡。利用筛选后的61个标记通过Structure2.3软件对景德镇试验点16个杂交组合进行群体结构分析,得出最佳模拟分群数目为8(K值)。通过计算不同杂交组合子代归入各亚群的概率(Q值),对关联分析的结果进行矫正,再利用Tassel3.0软件对景德镇杂交组合7a生长量性状与101对SSR标记进行关联分析。发现在P<0.01显著性水平下,共有6个标记与树高性状相关联,7个标记与胸径性状关联。而且,关联的标记中,除691号位点未与树高性状关联外,其余关联标记与两个性状均存在极显著相关,说明两个性状之间可能存在较高的相关性。进一步对树高与胸径相关性研究发现,二者相关系数r=0.9438,P=0.0001。与鹅掌楸生长性状关联分子标记的生物信息学分析。基于上述关联分析结果,对每一个与生长性状相关联的SSR标记,从鹅掌楸EST数据库找出与其相对应的EST序列,登入NCBI网站进行序列比对。7个关联位点中,有4个可以搜索到与其EST相匹配的序列,并在其它物种中做过相关研究。另外3个EST序列在数据库中未找到与其相关序列。其中2号位点对应的EST序列在蓖麻研究中相关序列是有关叶绿体的分子伴侣(铜伴侣);15号位点对应的EST序列在拟南芥研究中相关序列是有关核内小核糖核蛋白输入蛋白的;542号位点对应的EST序列在毛果杨研究中相关序列是有关组蛋白H1的;642号位点对应的EST序列在拟南芥研究中相关序列是有关顶端生长缺陷蛋白的。分析发现TIP1是促使顶端生长和维持细胞生长所必需的。遗传多样性度量与SSR标记数量的关系。从实验室规模化开发的1000多对鹅掌楸属EST-SSR引物中筛选出100对多态性较好引物,以景德镇试验点16个鹅掌楸种间杂交组合为材料,以Na、Ne、I、Ho、Nei5个遗传多样性度量指标。以多态性为指标对SSR标记位点依次排序,5个位点为一组,分析SSR分子标记数量与遗传多样性度量的关系。研究发现,随着检测的标记位点数增加,估算的群体遗传多样性随之降低;但当标记位点数达到20个左右时,群体遗传多样性趋于稳定,表明在利用多态性较高的分子标记进行群体遗传多样性检测时,标记数量以20个左右为宜。

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致谢

摘要

Abstract

第一章 文献综述

1.1 杂种优势研究进展

1.1.1 杂种优势概念

1.1.2 杂种优势特点

1.1.3 杂种优势类型

1.1.4 杂种优势的度量

1.1.4.1 超中亲优势

1.1.4.2 超高亲优势

1.1.4.3 离中优势

1.1.4.4 超标优势

1.1.5 关于杂种优势的假说

1.1.5.1 显性假说

1.1.5.2 超显性假说

1.1.5.3 上位性假说

1.1.5.4 活性基因效应假说

1.1.5.5 遗传平衡假说

1.1.5.6 遗传振动合成假说

1.1.5.7 基因网络系统假说

1.1.6 关于杂种优势的预测

1.1.6.1 杂种优势与配合力

1.1.6.2 生理生化代谢过程与杂种优势

1.1.6.3 杂种优势与基因杂合度

1.1.6.4 杂种优势与亲本遗传距离

1.1.6.5 杂种优势与上位性效应

1.1.6.6 QTLs 及其作用方式与杂种优势

1.1.6.6.1 显性效应

1.1.6.6.2 超显性效应

1.1.6.6.3 上位性效应

1.1.6.7 基因差异表达与杂种优势

1.1.6.8 基因组结构变化与杂种优势

1.1.6.9 杂种优势与表观遗传调控

1.1.6.10 赤霉素活性与杂种优势

1.1.6.11 核质基因组互作与杂种优势

1.1.7 杂种优势研究和应用展望

1.2 分子标记在植物杂种优势中的应用

1.2.1 杂种优势群的划分和杂种优势模式构建

1.2.2 杂种优势预测

1.2.3 生物性状关联分析研究

1.2.3.1 连锁不平衡

1.2.3.2 关联分析的基本策略

1.2.3.2.1 全基因组关联分析

1.2.3.2.2 候选基因关联分析

1.3 鹅掌楸属树种杂交育种研究进展

1.3.1 鹅掌楸的分类与分布

1.3.2 鹅掌楸杂交育种

1.3.3 鹅掌楸杂种优势研究

1.4 本研究的目的及意义

第二章 鹅掌楸杂种子代幼林期生长表现与杂种优势分析

2.1 试验材料与方法

2.1.1 试验材料

2.1.2 数据处理与统计分析

2.2 结果与分析

2.2.1 杂交鹅掌楸生长量在组合间与组合内变异分析

2.2.2 鹅掌楸不同杂交组合生长量方差分析

2.2.3 鹅掌楸不同杂交组合子代杂种优势分析

2.2.4 鹅掌楸杂种子代不同林龄生长变异

2.2.5 鹅掌楸不同杂种子代年生长量变异分析

2.2.6 鹅掌楸不同杂种子代年生长量方差分析

2.2.7 鹅掌楸杂种子代不同林龄杂种优势变化

2.2.7.1 鹅掌楸杂种子代不同林龄树高杂种优势变化

2.2.7.2 鹅掌楸杂种子代不同林龄树高杂种优势变化方差分析

2.2.7.3 鹅掌楸杂种子代不同林龄胸径杂种优势变化

2.2.7.4 鹅掌楸杂种子代不同林龄胸径杂种优势变化方差分析

2.3 讨论

2.3.1 杂交鹅掌楸组合间与组合内变异

2.3.2 林木杂交子代杂种优势的估算方法

2.3.3 鹅掌楸不同林龄的杂种优势表现

第三章 鹅掌楸交配亲本遗传距离与杂种优势相关性

3.1 试验材料与方法

3.1.1 试验材料

3.1.2 总 DNA 的提取与纯化

3.1.3 DNA 质量检测

3.1.4 引物的获得与筛选

3.1.4.1 引物来源

3.1.4.2 SSR 引物稀释及筛选

3.1.5 SSR-PCR 反应体系与反应程序

3.1.5.1 SSR-PCR 反应体系

3.1.5.2 SSR-PCR 扩增反应程序

3.1.6 PAGE 电泳分析

3.1.7 数据统计分析

3.2 结果与分析

3.2.1 PCR 扩增结果及交配亲本间遗传差异

3.2.1.1 SSR 扩增结果

3.2.1.2 交配亲本间的遗传差异

3.2.1.3 交配亲本间的聚类分析

3.2.2 亲本遗传距离与子代杂种优势相关性

3.3 讨论

3.3.1 亲本遗传距离与子代杂种优势的相关性

3.3.2 分子标记数目、杂交组合数目及组合内个体数对杂种优势预测的影响

第四章 鹅掌楸杂交子代群体的杂合度与杂种优势相关性

4.1 试验材料与方法

4.1.1 试验材料

4.1.2 试验方法

4.2 结果与分析

4.2.1 SSR 扩增结果

4.2.2 鹅掌楸杂种子代杂合度与杂种优势相关性

4.2.3 鹅掌楸杂种子代特殊杂合度与杂种优势相关性

4.3 讨论

第五章 鹅掌楸生长性状与分子标记关联分析

5.1 试验材料与方法

5.1.1 试验材料

5.1.2 试验方法

5.2 结果与分析

5.2.1 鹅掌楸杂交子代群体结构

5.2.1.1 分子标记间的连锁不平衡分析

5.2.1.2 群体结构 K 值的确定

5.2.1.3 鹅掌楸杂交子代群体结构

5.2.2 与生长性状关联的 SSR 位点及对表型的解释率

5.2.2.1 与生长性状相关联的 SSR 位点

5.2.2.2 关联标记位点对表型变异的解释率

5.3 讨论

5.3.1 SSR 群体结构分析的重要性

5.3.2 群体结构分析中 K 值的确定

5.3.3 关联定位结果的分析

第六章 与鹅掌楸生长性状相关联的 EST 序列的生物信息学分析

6.1 试验数据与方法

6.1.1 试验数据

6.1.2 试验方法

6.2 结果与分析

6.2.1 与生长性状相关联的标记所对应的 EST 序列

6.2.2 NCBI 比对结果分析

6.3 讨论

第七章 遗传多样性度量与 SSR 标记数量的关系

7.1 试验材料与方法

7.1.1 试验材料

7.1.2 试验方法

7.2 结果与分析

7.2.1 不同标记按等位基因由大到小排列顺序

7.2.1.1 遗传多样性与 SSR 位点数量的关系

7.2.1.2 不同组合遗传多样性与 SSR 位点数量关系

7.2.2 不同标记按有效等位基因由大到小排列顺序

7.2.2.1 遗传多样性与 SSR 位点数量的关系

7.2.2.2 不同组合遗传多样性与位点数量的关系

7.3 讨论

7.3.1 度量组合间及组合内遗传多样性的参数

7.3.2 不同杂交组合遗传多样性与标记数量的关系

第八章 主要研究结论及进一步研究展望

8.1 主要研究结论

8.1.1 杂交鹅掌楸生长性状在组合间与组合内变异

8.1.2 鹅掌楸不同杂种子代年生长量变异分析

8.1.3 鹅掌楸子代杂种优势分析及不同林龄杂种优势变化

8.1.4 亲本间遗传距离及与杂种优势相关性

8.1.5 鹅掌楸杂种子代杂合度与杂种优势相关性分析

8.1.6 SSR 分子标记与生长性状关联分析研究

8.1.7 关联标记对应 EST 序列比对分析

8.1.8 遗传多样性度量及与 SSR 标记数量的关系

8.2 创新点

8.3 进一步研究展望

8.3.1 杂种子代杂种优势估算

8.3.2 鹅掌楸相关基因功能验证及差异表达研究

8.3.3 鹅掌楸杂种优势与分子标记关联分析研究

参考文献

附录

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