论文部分内容阅读
大豆是重要的蛋白和油料作物,杂种优势利用是大豆提高产量的重要途径。质核互作雄性不育（Cytoplasmic male sterility,CMS）系和细胞核不育（Genic male sterility,GMS）系是杂种优势利用中的两类重要材料。水稻野败型细胞质的成功利用经验表明,优异的不育细胞质可能是农作物杂种优势利用的突破口。目前主要的大豆质核互作雄性不育细胞质供体亲本只有4个。因此,筛选新的大豆不育细胞质源并选育成不育系显得尤为重要。细胞核不育系在油菜、水稻等作物中的成功应用及前人对大豆细胞核不育系的制种研究表明,大豆细胞核不育系在杂种优势利用中具有潜在的应用价值。本课题组在2001年发现了一个育性稳定的细胞核不育突变体,且异交结实性好,因此对该细胞核不育材料进行研究可为其后续利用奠定基础。杂种优势利用一方面需要雄性不育系作为材料基础,另一方面需要选配强优势杂交组合。黄淮地区东南片是我国大豆生产的一个重要地区。筛选该地区的大豆产量强优势杂交组合并进行杂种优势遗传基础解析十分必要。本研究选择主要来源于黄淮地区东南片的优良大豆推广品种作为亲本,通过North Carolina Ⅱ试验设计（NCⅡ）,筛选大豆产量优异的杂交组合,同时利用高通量分子标记对大豆产量杂种优势的遗传基础进行全基因组解析,并为优良杂交组合的改良提出方案。主要研究内容如下:1大豆新雄性不育细胞质的发掘及新质核互作雄性不育系NJCMS4A的选育为筛选新的大豆质核互作雄性不育细胞质源,利用覆盖6个生态区的43份野生材料和44份地方品种,配制杂交组合。共得到143个杂交组合Fi,2012年获得其中45个组合的BC1F1回交种,发现[（N23239×N04631）F1×N04631]和[（N23661× N23658）F1×N23658]两个组合呈现部分不育特性,花粉萌发率（Pollengerminationrate,PGR）分别为10.05%和24.00-55.03%。对后一个组合连续回交至BC4F1代后得到了败育率为100%的植株,即新的大豆质核互作雄性不育系NJCMS4A。不育系NJCMS4A的细胞质来源于广东大埔地方品种N23661,同已有不育细胞质的来源均不相同。通过线粒体SSR（Simple sequence repeats,SSR）和ORF（Open reading frame,ORF）标记分析N23661和另外3个不育细胞质N8855、N21566、中豆19的线粒体发现:N23661的线粒体同N21566、中豆19存在差异;利用线粒体基因组比较的方法发现,N23661的线粒体基因组同N21566、N8855存在差异;利用前人已发表的线粒体标记SCAR821发现N23661的线粒体同另一不育细胞质汝南天鹅蛋存在差异。综上述,NJCMS4A的细胞质应为一新的不育细胞质,但本研究不能确定不同细胞质中的不育基因是否存在差异。2大豆隐性细胞核雄性不育突变体NJS-13H不育基因msNJ的定位及候选基因分析NJS-13H为一自然突变不育材料,其不育性受到一对隐性核基因的控制。采用BSA 法（Bulkedsegregateanalysis,BSA）将NJS-13H 的隐性不育基因位点msNJ初定位于第10号染色体的Satt550和Satt094两个标记之间。利用NJS-13H×NN1138-2F2、NJS-13H×N2899 F2 和 NJS-13H 高世代分离群体（Segregating population of advanced generations,SPAG）,3个群体的1075株隐性单株对不育基因msNJ进一步定位,最终将不育基因定位于3个群体定位区段的共有区域,10号染色体SSR标记BARCSOYSSR10794 和 BARCSOYSSR10819 之间,物理位置为 Gm10:29078678..30401139,共 1322461 bp。对该定位区段分析发现,共有27个候选基因,其中4个候选基因可能同雄性不育相关。对4个基因的cDNA序列分析发现,在雄性不育植株中Glyma.10G117000的编码区存在一个碱基突变,该突变导致了氨基酸的变化。结合qRT-PCR分析表明,Glyma.10G117000可能是NJS-13H的不育候选基因。3黄淮地区东南片大豆产量杂种优势的QTL遗传解析与改良黄淮地区东南片是我国大豆生产的一个重要地区。本研究挑选31份主要来源于黄淮地区东南片的优良高产大豆推广品种和3份美国大豆品种,2010-2013年按NCⅡ试验设计配制5X 10（2组）和5×5（1组）3组杂交组合。其中淮安试验点2010-2013年进行2组NCⅡ试验,临沂试验点2010-2011年进行1组NCⅡ试验,连续两年鉴定亲本及杂种F1产量、蛋白和油脂表现。分析大豆的杂种优势、筛选优异的杂交组合、定位与杂种产量显著相关的QTL（Quantitative trait loci,QTL）并对杂种改良提出策略。（1）黄淮地区东南片大豆产量的杂种优势分析杂交组合的产量、蛋白、油脂的杂种优势发现,大豆产量的杂种优势明显,而蛋白和油脂几乎没有杂种优势。在3组NCⅡ杂交组合中产量的超亲优势平均数分别为10.12%、5.01%、16.42%,产量最高的杂交组合分别为淮豆9号X南农88-31（3077.12kg/hm2）、徐豆 13 ×Bedford（4386.57kg/hm2）、冀豆 12X 临豆 9 号（3900.56 kg/hm2）。其超亲优势率分别为33.57%、30.84%、95.77%。在3组NCⅡ试验中,分别优选出7个、5个和7个高产高优势组合。（2）大豆Fi杂种产量相关QTL及等位变异效应解析利用软件PLSRCGA 1.0分别对3组NCⅡ试验杂交组合的产量数据进行分析,共检测到47个与大豆产量显著相关的QTL。其中QTL qHybyld-15-4在3组NCⅡ试验中均被检测到,qHybyld-2-3、qHybyld-2-8、qHybyld-3-1、qHHybyld-5-3、qHybyld-9-3、qHHybyld-15-2和qHybyld-15-5等7个QTL在两组NCⅡ试验中被检测到。全部47个QTL共对应41个候选基因。在3组NCⅡ试验中,对QTL-等位变异间的加性和显性效应进行估计。QTL-等位变异qHlybyld-2-2-A1、qHyb yld-3-5-A2/qHyb yld-15-5-A3、qHybyld-2-7-A1 的加性效应值分别在各自NCⅡ试验中表现最大。南农88-31、豫豆22、Forrest、冀豆17、Bedford、徐豆13、晋豆34、周豆11和冀豆12为优异的加性QTL-等位变异载体亲本。QTL-等位变异 qHyb yld-2-4-A1/A6、qHyb yld-15-1-A 1/A2 和 qHyb yld-16-1-A3/A4 的显性效应值分别在各自NCⅡ试验中表现最大。（3）优异杂交组合杂种产量相关QTL-等位变异的遗传解析分别选取3组NCⅡ试验中产量排名前5位的杂交组合,对其所含有的杂种产量相关QTL-等位变异进行统计。结果发现,超显性QTL-等位变异是大豆高产高优势杂交组合的主要遗传构成,超显性效应是大豆产量杂种优势形成的基础。（4）杂交组合亲本的改良根据大豆杂种产量相关QTL各等位变异的效应值,对本研究中大豆杂交组合的亲本提出改良策略。将当前杂交组合亲本中效应值低的QTL-等位变异改良成效应值高的等位变异,即可完成亲本的改良。由于每一个QTL均含有多个等位变异,故每一个杂交组合的亲本可能有多种改良方案。我们仅对每个QTL的等位变异改良成效应值最高等位变异的情况进行分析,并以每组NCⅡ试验中产量最高的杂交组合为例进行说明。（5）基于大豆杂种产量QTL基因型值的配合力分析本研究利用杂交组合中检测到的杂种产量相关QTL的基因型值,计算得到基于基因型的配合力。将得到的基因型配合力与杂交组合的杂种优势表现及表型配合力进行相关分析发现,基因型配合力同表型配合力显著相关,能够较好的预测大豆杂种优势。