大豆叶片茸毛密度长度的qtl定位
植物体表聚集的毛状体统称为茸毛，是植物叶、茎和根表皮层单细胞或多细胞的外生物。许多研究表明，大豆叶片茸毛的形态对抗虫性、耐旱性均有重要的作用。本研究以重组自交系群体NJRISX (SX)作为实验材料，在2015年种植于大学江浦实验基地，调查其叶片茸毛的密度与长度，并对其进行QTL定位分析。结果表明，叶片茸毛的密度与长度在该群体中存在大幅度变异和超亲分离现象，并且发现大豆叶片茸毛密度的遗传涉及2个效应不同的QTL，茸毛长度的遗传涉及3个效应不同的QTL。关键字大豆；QTL定位；茸毛密度；茸毛长度QTL Mapping of Pubescence Density and Length on Leaf blade of SoybeanStudent majoring in seed science and engineering Pang Zhaopei Tutor Xing GuangnanAbstractTrichomes of plant surface called pubescence. It is the multicellular or unicellular outer things of plant leaf, stem and root. Soybean pubescences are known to play important roles in resistance to pests and tolerance to drought stress. The materials of this study are recombinant inbred line population (NJRISX). In 2015, the materials were planted in JiangPu Experimental Station of Nanjing Agricultural University. And QTL mapping of leaf pubescence density and length was conducted in recombinant inbred line population NJRISX. The results show that there existed great variation a
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nd certain transgressive segregation in leaf pubescence density and length among recombinant inbred lines, and the genetic mechanisms of leaf pubescence density in soybean involve two QTLs with different effects, the genetic mechanisms of leaf pubescence length involve three QTLs with different effects.茸毛也可以叫做表皮毛，是大多数植物地上部分表皮组织所特有的一种结构，是由表皮细胞特化而成的。茸毛的形态多种多样，有分支的，也有不分支的；可以由单细胞构成，也可以由多细胞构成。植物茸毛覆盖于植物体地上部分的表面，具有多种生理功能和生态学效应。一、茸毛可以保护植物免受昆虫和病原体的侵害和一些机械损伤。二、茸毛层有反射太阳强光的能力，可以保护植株在炎热的夏季免受强光辐射和生长点被阳光灼伤的危害。三、植株有茸毛层的覆盖，可以减少慢植株水分流失的速度。四、傍晚与清晨结露时，叶片与生长点由于有密集的茸毛，形成的露珠比无茸毛植株上的小许多倍，当太阳升起时，有茸毛叶片的露水散失速度更快，这样就可以减少低温高湿病害的侵染时间和细菌性病害的侵染进程，从而起到生态防病效果[1]。害虫危害是影响大豆产量的重要因素，大豆害虫有几百种之多，通常分为根部害虫、叶部害虫、蛀茎害虫和蛀荚害虫等。危害大豆的地下害虫有蝼蛄、蛴螬等；苗期危害的害虫有黑绒金龟甲、象甲类、三条叶甲、大豆根潜蝇、大豆蚜等；开花期危害的害虫有豆芫菁类、银纹夜蛾、豆天蛾、大豆卷叶螟、豆圆蝽等；结荚期危害的害虫有大豆食心虫、红蜘蛛等[2]。在南京地区的大豆食叶性害虫有鳞翅目、直翅目、鞘翅目、同翅目和半翅目的21科，总计49种。南京地区鳞翅目害虫发生量大、危害性高，是相对最重要的大豆食叶性害虫类群，其中豆卷叶螟、大造桥虫和斜纹夜蛾是南京地区为害大豆的主要虫种，应作为抗虫育种的主要目标；银纹夜蛾、大豆毒蛾、豆天蛾、筛豆龟蝽、二条叶甲、锯角豆芫菁、短额负蝗等是较重要的大豆食叶性害虫[3]。大豆害虫对大豆的生产有很大的影响，曾有报道在1990年，豆天蛾在河南省新乡市暴发，造成了大豆的严重减产[4]。许多研究表明，大豆植株表面的茸毛是影响昆虫取食危害的重要因素。大豆的茸毛性状包括着生状态、末端类型、长度、密度四个主要性状[5]。朱成松等[6]认为大豆抗虫性与茸毛色、茸毛密度和茸毛长短等性状显著相关。赵爱莉等[7]发现荚皮茸毛长，不利于食心虫幼虫运动或入荚，因此茸毛长的大豆品种对食心虫表现较高的抗性，同时也发现茸毛密度小的品种表现抗食心虫。Bhattacharyya和Ram等[8]认为大豆的茸毛末端类型和密度与大豆对棉灯蛾抗性有关，尖型茸毛末端和高密度茸毛抗棉灯蛾，而茸毛长度与大豆对棉灯蛾抗性无关。徐冉等[9]发现叶片茸毛性状是决定大豆对烟粉虱抗性的主要因素之一，叶片无茸毛是抗性性状，茸毛紧贴也是抗性性状，但其抗性水平低于无茸毛类型，优于茸毛倾斜型和茸毛直立型。刘学义和李淑香[10]认为茸毛性状是决定大豆品种抗红蜘蛛的关键性状，茸毛密度小的品种抗虫性强，茸毛短的品种抗虫性较强。邢光南等[11]在叶茸毛着生状态与豆卷叶螟抗性的相关性研究中发现匍匐型叶片茸毛和紧贴型叶柄茸毛是抗虫性状，而直立型叶片茸毛和直立型叶柄茸毛是感虫性状。万玉玲[12]在大豆叶片茸毛着生状态与筛豆龟蝽抗性的关联及基因定位的研究中，同样得出匍匐型叶片茸毛和紧贴型叶柄茸毛对筛豆龟蝽表现抗性，直立型叶片茸毛和直立型叶柄茸毛对筛豆龟蝽表现感性。尹田夫等[13]通过研究认为茸毛密度的大小与大豆品种的抗旱性有关，茸毛密度大的大豆品种抗旱性较强。史凤玉等[14]通过研究野生大豆叶片形态结构与抗病毒病关系，发现抗病材料叶片正面及背面茸毛密度明显高于感病材料，茸毛密度能够影响蚜虫的着落及取食，成为减少蚜虫传毒的一种结构屏障。邢光南等[15]已经在重组自交系群体NJRIKY (KY)和NJRIXG (XG)中发现了控制大豆叶片茸毛密度与长度的QTL，他们利用2个重组自交系群体NJRIKY (KY)和NJRIXG (XG)进行叶面茸毛密度和长度的遗传与QTL定位分析，结果发现大豆叶片茸毛密度与长度在2个群体中存在大幅度变异，同时存在不同程度的超亲分离。检测到2个叶面茸毛密度主效QTL(XG群体的PD1-1和KY群体的PD12-1)；未在KY中检测到叶面茸毛长度加性QTL，但在XG中叶面茸毛长度加性QTL PL1-1和PL12-1，说明该性状两群体的遗传构成有很大差异。在国外，迄今已有9个与大豆茸毛性状相关的基因被报道，其中6个已经被定位，分别是Pd1、P1、Pa1、Ps、Pa2和Pb，且分别定位在第1、第9、第11、第12、第13和第15染色体[16-18]。Bernard[19]研究认为紧贴型大豆茸毛受双基因控制，突变体使叶上表皮的茸毛紧贴叶表面而植株其他部位的茸毛保持直立。而Lee等[20]用SSRs和RFLPs技术相结合研究表明，大豆叶片茸毛性状由主效重复基因和少数修饰基因控制。控制数量性状的基因在基因组中的位置称为数量性状基因座(QTL)，利用分子标记进行遗传连锁分析，可以检测出QTL，即QTL定位。如今，QTL定位已被广泛用于研究大豆抗性相关性状茸毛的遗传基础及其与抗虫性关系。对QTL进行定位的一般步骤是首先利用标记构建遗传图谱，然后考察群体中单株或株系的基因型和表型，最后分析数量性状和标记之间连锁或者共分离关系，将QTL定位到染色体的具体区段。本文利用重组自交系群体NJRISX(SX)，对叶片茸毛密度与长度进行QTL定位，期望发掘出控制叶片茸毛密度和长度的重要QTL，同时也期望为大豆的抗虫及相关研究提供材料与理论依据。1 材料与方法1.1 试验材料与种植 供试材料为国家大豆改良中心提供的苏88-M21×新沂小黑豆衍生的176个重组自交家系NJRISX(简称SX)及其亲本。2015年6月底播种SX及其亲本于大学江浦实验基地，行播，共178行，试验田周围种植3行保护行。1.2 叶片茸毛密度和长度的测量在大豆长至V6期时，从田间每个家系中随机挑选3个植株，取每株的倒三叶，将复叶装在自封袋中，并装在冰盒中带回实验室。在实验室中用直径7mm的圆形打孔器从每个复叶的中间小叶主叶脉与侧叶脉的中间靠近基部的位置打孔、取叶圆片，要求叶圆片新鲜、平整，并避开大叶脉，若因叶圆片上的茸毛角度太大而不易观察，可用干净的载玻片将其压平。在解剖镜放大50倍后对叶圆片的正面进行观察并拍照。计数每张照片中的茸毛根数，再转化为每10mm2的根数即为叶面茸毛密度，照片的面积为5.23mm2。将每张照片中的茸毛划分为长短两类，并分别计数茸毛根数，然后用软件Motic Images Plus 2.0 ML测量每类中的3根有代表性茸毛长度，再用加权法算出每个家系材料的平均茸毛长度。1.3 统计分析利用软件SAS8.01进行方差分析及相关分析，检验家系间的差异显著性。遗传率为。其中为遗传方差，为误差方差，为调查的株数；遗传变异系数是。其中为遗传方差的标准差，为群体平均数，均由试验数据估计。1.4 QTL定位利用Mapmaker/EXP3.0分析分子标记间的连锁，构建具有24个连锁群的连锁图谱。该图谱包括131个SSR标记，覆盖2044.6cM，平均图距为15.6cM[21]。应用WinQTL Cartographer V.2.5分析大豆叶片茸毛密度和长度相关QTL。采用复合区间作图法(Composite interval mapping，CIM)，取LOD=3为QTL存在的阈值。2 结果与分析2.1 叶片茸毛密度的QTL定位利用SAS软件统计SX群体叶片茸毛密度和长度的表型变异及相应遗传参数(表1)，得知，，即茸毛密度在重组自交系群体SX的家系间存在极显著差异，说明家系间叶片茸毛密度存在真实差异，平均为18.4根/10mm2，最小的为3.2根/10mm2，最大的为52.9根/10mm2。SX群体的叶片茸毛密度呈连续分布(图1)，亲本S为15.3根/10mm2，亲本X为16.6根/10mm2，说明该群体叶片茸毛密度存在超亲分离。用复合区间作图法检测到的QTL见图2和表2。检测到2个与叶片茸毛密度相关的QTL，叶片茸毛密度LOD阈值分别为3.3、3.0，分别位于第8和第14染色体(D1b和G连锁群)上。表1 SX群体叶片茸毛密度和长度的表型变异及相应遗传参数的估计性状苏88-M21新沂小黑豆平均数变幅F值GCV遗传率密度(根/10mm2)15.316.618.43.2-52.97.0**52.191.7长度(mm)0.420.610.480.25-0.855.7**67.291.0GCV遗传变异系数图1 SX群体叶片茸毛密度的次数分布箭头标的是亲本所在位置: S:苏88-M21；X:新沂小黑豆 图2 SX群体中叶片茸毛密度的QTL在连锁图上的位置表2 NJRISX群体茸毛密度与长度的QTL定位TraitChromosomePositionAdditiveR2LOD密度813.03.1997.93.3密度1432.3-2.3456.73.0长度721.6-0.04713.36.4长度1239.5-0.04210.43.3长度162.0-0.0377.93.72.2 叶片茸毛长度的QTL定位根据表1，可知，，则认为茸毛长度在SX群体的家系间存在极显著差异，说明家系间叶片茸毛长度存在真实差异。叶片茸毛平均长度为0.48mm，最小值为0.25mm，最大值为0.85mm 。SX群体叶片茸毛长度呈现连续分布(图3)，亲本S为0.42mm，亲本X为0.61mm，说明该群体叶片茸毛长度存在超亲分离现象。用CIM法，检测到3个与叶片茸毛长度相关的QTL(图4)，分别位于第7、第12和第16染色体(D1a、E2和H连锁群)上，LOD值分别为6.4、3.3和3.7(表2)。图3 SX群体茸毛长度的次数分布箭头标的是亲本所在位置: S:苏88-M21；X:新沂小黑豆图4 SX群体中叶片茸毛长度的QTL在连锁图上的位置3 讨论3.1 控制大豆茸毛密度和长度的重要QTL在SX群体中的第8和第14染色体上分别检测出1个与茸毛密度相关的QTL，说明控制茸毛密度的基因之间连锁的可能性较低。在SX群体的第7、第12和第16染色体生各检测出1个控制茸毛长度的QTL，同样说明控制茸毛长度的基因之间连锁的几率小。控制茸毛密度的主要是2个QTL，控制茸毛长度的主要是3个QTL，且各QTL位于不同的染色体上，因而SX群体的两个亲本间可以通过重组的方式改良大豆茸毛密度和长度，获得有抗虫性状的大豆品种。3.2 大豆茸毛密度与长度QTL之间的比较 控制大豆茸毛长度的QTL比控制大豆茸毛密度的QTL多1个，而且各个QTL位于不同的染色体上，说明控制茸毛密度和长度的QTL不存在一因多效。从图2和图4中可知，定位的区间较宽，主要原因是本研究的标记密度不高，导致QTL离两侧标记的距离还不够近。若要进一步确定第8、14、7、12和16染色体有关茸毛密度与长度的区段上各QTL的位置，有待将图谱加密后做更精确的定位。致谢在实验和论文完成的过程中，离不开杨莹师姐与刘凯师兄的热情帮助与支持，论文的完成，离不开师兄师姐的指点。实验过程中也离不开学长李剑桥、潘林和同学杨雅然、朱海旺的帮助与合作，非常感谢他们为本试验所做的工作。同时特别感谢其他实验室师兄师姐和江浦农场的工人在实验上对我的帮助！参考文献尚宏芹, 高昌勇, 刘建萍. 不同植物体表茸毛的研究进展[J]. 安徽农业科学, 2004, 32(5): 1009-1012.黄国俊, 刘桂芝. 大豆主要害虫的发生及防治[J]. 现代农业科技, 2010, 7: 199-206.崔章林, 盖钧镒, 吉东风, 任珍静. 南京地区大豆食叶性害虫种类调查与分析[J]. 大豆科学, 1997, 16(1): 12-20.刘珍, 张世举. 豆天蛾1990年在新乡市暴发[J]. 植物保护, 1991, 04: 53.Norris D M, Kogan M. Biochemical and morpholgical basis of resistance. In: Maxwell F G, Jennings P R, eds. Breeding Plants Resistant to Insects. New York: John Wiley & Sons, 1980. pp 23-62.朱成松, 张宝龙, 王学军. 大豆对食叶性害虫的抗性与农艺性状的关系[J]. 中国油料作物学报, 1999, 21(1): 59-62.赵爱莉, 王陆玲, 王晓丽, 王大伟. 大豆品种抗大豆食心虫性与其形态学和生物学因子关系的研究[J]. 吉林农业大学学报, 1994, 16(4): 43-48.Bhattacharyya P K, Ram H H. Pubescence as a plant resistance character against Spilosoma obliqua Walker in the interspecific crosses of soybean[J]. Trop Agric Res Ext, 2001, 4: 20-23.徐冉, 张礼凤, 王彩洁, 等. 抗烟粉虱大豆种质资源筛选和抗性机制初探[J]. 植物遗传资源学报, 2005, 6(1): 56-58.刘学义, 李淑香. 大豆对红蜘蛛抗性研究[J]. 山西农业大学学报, 1994, 14(4): 391-393.邢光南, 赵团结, 王柬人, 盖钧镒. 大豆叶茸毛着生状态的变异及其与豆卷叶螟抗性的相关性[J]. 大豆科学, 2009, 28(5): 768-773.万玉玲. 大豆叶茸毛着生状态与筛豆龟蜷抗性的关联及基因定位. 南京: 大学, 2011: 43.尹田夫, 刘丽君, 宋英淑, 薛津, 王以芝, 于智深, 朱光新. 不同抗旱型大豆茸毛适旱变态与茎形态解剖的比较研究[J]. 大豆科学, 1986, 5(3): 223-226.史凤玉, 朱英波, 李海潮, 李桂兰, 乔亚科, 杨晴. 野生大豆叶片形态结构与抗病毒病关系的研究[J]. 大豆科学, 2008, 27(1): 52-60.邢光南, 刘泽稀楠, 谭连美, 岳汉, 王宇峰, KIM Hyun-Jee, 赵团结, 盖钧镒. 大豆叶面茸毛密度和长度的QTL定位[J]. 作物学报, 2013, 39(1): 12-20. Boerma H R, Specht J E. Soybeans: Improvement, Production, and Uses (third edition). Madison, Wisconsin USA: American Society of Agronomy, Crop Science Society of America, Soil Science Society of America, 2004.Cregan P B, Jarvik T, Bush A L, Shoemaker R C, Lark K G, Kahler A L, Kaya N, VanToai T T, Lohnes D G, Chung J, Specht J E. An integrated genetic linkage map of the soybean genome[J]. 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目录
摘要1
关键字1
Abstract1
Key words1
引言1
1 材料与方法3
1.1试验材料与种植3
1.2 叶片茸毛密度与长度的测量3
1.3 统计分析3
1.4 QTL定位3
2 结果与分析3
2.1 叶片茸毛密度的QTL定位3
2.2 叶片茸毛长度的QTL定位4
3 讨论5
3.1 控制大豆茸毛密度和长度的重要QTL5
3.2 大豆茸毛密度与长度QTL之间的比较6
致谢6
参考文献6
大豆叶片茸毛密度、长度的QTL定位
引言
引言
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nd certain transgressive segregation in leaf pubescence density and length among recombinant inbred lines, and the genetic mechanisms of leaf pubescence density in soybean involve two QTLs with different effects, the genetic mechanisms of leaf pubescence length involve three QTLs with different effects.茸毛也可以叫做表皮毛，是大多数植物地上部分表皮组织所特有的一种结构，是由表皮细胞特化而成的。茸毛的形态多种多样，有分支的，也有不分支的；可以由单细胞构成，也可以由多细胞构成。植物茸毛覆盖于植物体地上部分的表面，具有多种生理功能和生态学效应。一、茸毛可以保护植物免受昆虫和病原体的侵害和一些机械损伤。二、茸毛层有反射太阳强光的能力，可以保护植株在炎热的夏季免受强光辐射和生长点被阳光灼伤的危害。三、植株有茸毛层的覆盖，可以减少慢植株水分流失的速度。四、傍晚与清晨结露时，叶片与生长点由于有密集的茸毛，形成的露珠比无茸毛植株上的小许多倍，当太阳升起时，有茸毛叶片的露水散失速度更快，这样就可以减少低温高湿病害的侵染时间和细菌性病害的侵染进程，从而起到生态防病效果[1]。害虫危害是影响大豆产量的重要因素，大豆害虫有几百种之多，通常分为根部害虫、叶部害虫、蛀茎害虫和蛀荚害虫等。危害大豆的地下害虫有蝼蛄、蛴螬等；苗期危害的害虫有黑绒金龟甲、象甲类、三条叶甲、大豆根潜蝇、大豆蚜等；开花期危害的害虫有豆芫菁类、银纹夜蛾、豆天蛾、大豆卷叶螟、豆圆蝽等；结荚期危害的害虫有大豆食心虫、红蜘蛛等[2]。在南京地区的大豆食叶性害虫有鳞翅目、直翅目、鞘翅目、同翅目和半翅目的21科，总计49种。南京地区鳞翅目害虫发生量大、危害性高，是相对最重要的大豆食叶性害虫类群，其中豆卷叶螟、大造桥虫和斜纹夜蛾是南京地区为害大豆的主要虫种，应作为抗虫育种的主要目标；银纹夜蛾、大豆毒蛾、豆天蛾、筛豆龟蝽、二条叶甲、锯角豆芫菁、短额负蝗等是较重要的大豆食叶性害虫[3]。大豆害虫对大豆的生产有很大的影响，曾有报道在1990年，豆天蛾在河南省新乡市暴发，造成了大豆的严重减产[4]。许多研究表明，大豆植株表面的茸毛是影响昆虫取食危害的重要因素。大豆的茸毛性状包括着生状态、末端类型、长度、密度四个主要性状[5]。朱成松等[6]认为大豆抗虫性与茸毛色、茸毛密度和茸毛长短等性状显著相关。赵爱莉等[7]发现荚皮茸毛长，不利于食心虫幼虫运动或入荚，因此茸毛长的大豆品种对食心虫表现较高的抗性，同时也发现茸毛密度小的品种表现抗食心虫。Bhattacharyya和Ram等[8]认为大豆的茸毛末端类型和密度与大豆对棉灯蛾抗性有关，尖型茸毛末端和高密度茸毛抗棉灯蛾，而茸毛长度与大豆对棉灯蛾抗性无关。徐冉等[9]发现叶片茸毛性状是决定大豆对烟粉虱抗性的主要因素之一，叶片无茸毛是抗性性状，茸毛紧贴也是抗性性状，但其抗性水平低于无茸毛类型，优于茸毛倾斜型和茸毛直立型。刘学义和李淑香[10]认为茸毛性状是决定大豆品种抗红蜘蛛的关键性状，茸毛密度小的品种抗虫性强，茸毛短的品种抗虫性较强。邢光南等[11]在叶茸毛着生状态与豆卷叶螟抗性的相关性研究中发现匍匐型叶片茸毛和紧贴型叶柄茸毛是抗虫性状，而直立型叶片茸毛和直立型叶柄茸毛是感虫性状。万玉玲[12]在大豆叶片茸毛着生状态与筛豆龟蝽抗性的关联及基因定位的研究中，同样得出匍匐型叶片茸毛和紧贴型叶柄茸毛对筛豆龟蝽表现抗性，直立型叶片茸毛和直立型叶柄茸毛对筛豆龟蝽表现感性。尹田夫等[13]通过研究认为茸毛密度的大小与大豆品种的抗旱性有关，茸毛密度大的大豆品种抗旱性较强。史凤玉等[14]通过研究野生大豆叶片形态结构与抗病毒病关系，发现抗病材料叶片正面及背面茸毛密度明显高于感病材料，茸毛密度能够影响蚜虫的着落及取食，成为减少蚜虫传毒的一种结构屏障。邢光南等[15]已经在重组自交系群体NJRIKY (KY)和NJRIXG (XG)中发现了控制大豆叶片茸毛密度与长度的QTL，他们利用2个重组自交系群体NJRIKY (KY)和NJRIXG (XG)进行叶面茸毛密度和长度的遗传与QTL定位分析，结果发现大豆叶片茸毛密度与长度在2个群体中存在大幅度变异，同时存在不同程度的超亲分离。检测到2个叶面茸毛密度主效QTL(XG群体的PD1-1和KY群体的PD12-1)；未在KY中检测到叶面茸毛长度加性QTL，但在XG中叶面茸毛长度加性QTL PL1-1和PL12-1，说明该性状两群体的遗传构成有很大差异。在国外，迄今已有9个与大豆茸毛性状相关的基因被报道，其中6个已经被定位，分别是Pd1、P1、Pa1、Ps、Pa2和Pb，且分别定位在第1、第9、第11、第12、第13和第15染色体[16-18]。Bernard[19]研究认为紧贴型大豆茸毛受双基因控制，突变体使叶上表皮的茸毛紧贴叶表面而植株其他部位的茸毛保持直立。而Lee等[20]用SSRs和RFLPs技术相结合研究表明，大豆叶片茸毛性状由主效重复基因和少数修饰基因控制。控制数量性状的基因在基因组中的位置称为数量性状基因座(QTL)，利用分子标记进行遗传连锁分析，可以检测出QTL，即QTL定位。如今，QTL定位已被广泛用于研究大豆抗性相关性状茸毛的遗传基础及其与抗虫性关系。对QTL进行定位的一般步骤是首先利用标记构建遗传图谱，然后考察群体中单株或株系的基因型和表型，最后分析数量性状和标记之间连锁或者共分离关系，将QTL定位到染色体的具体区段。本文利用重组自交系群体NJRISX(SX)，对叶片茸毛密度与长度进行QTL定位，期望发掘出控制叶片茸毛密度和长度的重要QTL，同时也期望为大豆的抗虫及相关研究提供材料与理论依据。1 材料与方法1.1 试验材料与种植 供试材料为国家大豆改良中心提供的苏88-M21×新沂小黑豆衍生的176个重组自交家系NJRISX(简称SX)及其亲本。2015年6月底播种SX及其亲本于大学江浦实验基地，行播，共178行，试验田周围种植3行保护行。1.2 叶片茸毛密度和长度的测量在大豆长至V6期时，从田间每个家系中随机挑选3个植株，取每株的倒三叶，将复叶装在自封袋中，并装在冰盒中带回实验室。在实验室中用直径7mm的圆形打孔器从每个复叶的中间小叶主叶脉与侧叶脉的中间靠近基部的位置打孔、取叶圆片，要求叶圆片新鲜、平整，并避开大叶脉，若因叶圆片上的茸毛角度太大而不易观察，可用干净的载玻片将其压平。在解剖镜放大50倍后对叶圆片的正面进行观察并拍照。计数每张照片中的茸毛根数，再转化为每10mm2的根数即为叶面茸毛密度，照片的面积为5.23mm2。将每张照片中的茸毛划分为长短两类，并分别计数茸毛根数，然后用软件Motic Images Plus 2.0 ML测量每类中的3根有代表性茸毛长度，再用加权法算出每个家系材料的平均茸毛长度。1.3 统计分析利用软件SAS8.01进行方差分析及相关分析，检验家系间的差异显著性。遗传率为。其中为遗传方差，为误差方差，为调查的株数；遗传变异系数是。其中为遗传方差的标准差，为群体平均数，均由试验数据估计。1.4 QTL定位利用Mapmaker/EXP3.0分析分子标记间的连锁，构建具有24个连锁群的连锁图谱。该图谱包括131个SSR标记，覆盖2044.6cM，平均图距为15.6cM[21]。应用WinQTL Cartographer V.2.5分析大豆叶片茸毛密度和长度相关QTL。采用复合区间作图法(Composite interval mapping，CIM)，取LOD=3为QTL存在的阈值。2 结果与分析2.1 叶片茸毛密度的QTL定位利用SAS软件统计SX群体叶片茸毛密度和长度的表型变异及相应遗传参数(表1)，得知，，即茸毛密度在重组自交系群体SX的家系间存在极显著差异，说明家系间叶片茸毛密度存在真实差异，平均为18.4根/10mm2，最小的为3.2根/10mm2，最大的为52.9根/10mm2。SX群体的叶片茸毛密度呈连续分布(图1)，亲本S为15.3根/10mm2，亲本X为16.6根/10mm2，说明该群体叶片茸毛密度存在超亲分离。用复合区间作图法检测到的QTL见图2和表2。检测到2个与叶片茸毛密度相关的QTL，叶片茸毛密度LOD阈值分别为3.3、3.0，分别位于第8和第14染色体(D1b和G连锁群)上。表1 SX群体叶片茸毛密度和长度的表型变异及相应遗传参数的估计性状苏88-M21新沂小黑豆平均数变幅F值GCV遗传率密度(根/10mm2)15.316.618.43.2-52.97.0**52.191.7长度(mm)0.420.610.480.25-0.855.7**67.291.0GCV遗传变异系数图1 SX群体叶片茸毛密度的次数分布箭头标的是亲本所在位置: S:苏88-M21；X:新沂小黑豆 图2 SX群体中叶片茸毛密度的QTL在连锁图上的位置表2 NJRISX群体茸毛密度与长度的QTL定位TraitChromosomePositionAdditiveR2LOD密度813.03.1997.93.3密度1432.3-2.3456.73.0长度721.6-0.04713.36.4长度1239.5-0.04210.43.3长度162.0-0.0377.93.72.2 叶片茸毛长度的QTL定位根据表1，可知，，则认为茸毛长度在SX群体的家系间存在极显著差异，说明家系间叶片茸毛长度存在真实差异。叶片茸毛平均长度为0.48mm，最小值为0.25mm，最大值为0.85mm 。SX群体叶片茸毛长度呈现连续分布(图3)，亲本S为0.42mm，亲本X为0.61mm，说明该群体叶片茸毛长度存在超亲分离现象。用CIM法，检测到3个与叶片茸毛长度相关的QTL(图4)，分别位于第7、第12和第16染色体(D1a、E2和H连锁群)上，LOD值分别为6.4、3.3和3.7(表2)。图3 SX群体茸毛长度的次数分布箭头标的是亲本所在位置: S:苏88-M21；X:新沂小黑豆图4 SX群体中叶片茸毛长度的QTL在连锁图上的位置3 讨论3.1 控制大豆茸毛密度和长度的重要QTL在SX群体中的第8和第14染色体上分别检测出1个与茸毛密度相关的QTL，说明控制茸毛密度的基因之间连锁的可能性较低。在SX群体的第7、第12和第16染色体生各检测出1个控制茸毛长度的QTL，同样说明控制茸毛长度的基因之间连锁的几率小。控制茸毛密度的主要是2个QTL，控制茸毛长度的主要是3个QTL，且各QTL位于不同的染色体上，因而SX群体的两个亲本间可以通过重组的方式改良大豆茸毛密度和长度，获得有抗虫性状的大豆品种。3.2 大豆茸毛密度与长度QTL之间的比较 控制大豆茸毛长度的QTL比控制大豆茸毛密度的QTL多1个，而且各个QTL位于不同的染色体上，说明控制茸毛密度和长度的QTL不存在一因多效。从图2和图4中可知，定位的区间较宽，主要原因是本研究的标记密度不高，导致QTL离两侧标记的距离还不够近。若要进一步确定第8、14、7、12和16染色体有关茸毛密度与长度的区段上各QTL的位置，有待将图谱加密后做更精确的定位。致谢在实验和论文完成的过程中，离不开杨莹师姐与刘凯师兄的热情帮助与支持，论文的完成，离不开师兄师姐的指点。实验过程中也离不开学长李剑桥、潘林和同学杨雅然、朱海旺的帮助与合作，非常感谢他们为本试验所做的工作。同时特别感谢其他实验室师兄师姐和江浦农场的工人在实验上对我的帮助！参考文献尚宏芹, 高昌勇, 刘建萍. 不同植物体表茸毛的研究进展[J]. 安徽农业科学, 2004, 32(5): 1009-1012.黄国俊, 刘桂芝. 大豆主要害虫的发生及防治[J]. 现代农业科技, 2010, 7: 199-206.崔章林, 盖钧镒, 吉东风, 任珍静. 南京地区大豆食叶性害虫种类调查与分析[J]. 大豆科学, 1997, 16(1): 12-20.刘珍, 张世举. 豆天蛾1990年在新乡市暴发[J]. 植物保护, 1991, 04: 53.Norris D M, Kogan M. 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目录
摘要1
关键字1
Abstract1
Key words1
引言1
1 材料与方法3
1.1试验材料与种植3
1.2 叶片茸毛密度与长度的测量3
1.3 统计分析3
1.4 QTL定位3
2 结果与分析3
2.1 叶片茸毛密度的QTL定位3
2.2 叶片茸毛长度的QTL定位4
3 讨论5
3.1 控制大豆茸毛密度和长度的重要QTL5
3.2 大豆茸毛密度与长度QTL之间的比较6
致谢6
参考文献6
大豆叶片茸毛密度、长度的QTL定位
引言
引言
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