新麦草EST-SSR引物的开发及回交群体的建立

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新麦草(Psathyrostachys juncea)是一种兼具抗寒抗旱及抗轻中度盐碱等优良特性的禾本科牧草,具有饲草生产、水土保持、环境绿化等多方面用途。由于我国新麦草培育工作还处于起步阶段,新麦草生产与推广多采用美国或加拿大引进品种,且新麦草遗传背景数据相对较缺乏,在一定程度上影响了新麦草种质资源利用及育种改良。我国野生新麦草种质具有丰富的遗传背景,是优质的杂交育种材料,但国内缺乏对新麦草杂交育种及选育流程的详细报道。本研究优化了新麦草田间杂交的最佳组配流程,探究新麦草开花习性,人工最佳授粉方式及时间,以期降低花期不遇对制种产量的影响,提高杂交制种效率。同时利用Illumina Hiseq高通量测序平台对新麦草转录组进行测序并开发SSR标记,丰富新麦草分子遗传信息,利用筛选得到的新麦草EST-SSR特征性引物对F1及BC1群体进行高效鉴定,最终通过正态检验、聚类、主成分等分析手段研究两群体杂种优势表现并进行杂交后代农艺性状改良效果分析,为后续育种材料选择提供参考依据。主要研究结果如下:(1)利用Illumina Hiseq高通量测序技术,共获得38.81 Gb新麦草转录组数据,组装了100560个Unigenes,在29889个1kb以上的Unigenes中共鉴定出9300个SSRs。根据两个样品之间的相对表达水平筛选差异表达基因,可鉴定出2020个显著差异表达基因,从中筛选出400个具有SSRs位点的Unigenes。其中串联重复数为10的EST-SSR最常见,占EST-SSR位点总数的24.75%。重复基元最丰富类型是A/T,其次是GA/TC和GGC/GCC。(2)从设计出的375条EST-SSR引物中,挑选上下引物退火温度相近的69对引物进行扩增。其中54对引物能扩增出理想产物,扩增成功率为78.26%,多态性引物为39对。从中随机选取16对多态性EST-SSR引物,其中分别有3对引物的扩增产物在F1代及BC1父、母本之间存在差异并在杂交后代中稳定扩增,可用于快速鉴定杂种真实性。F1代杂交种纯度为96.75%,BC1代杂交种纯度为95.80%。通过EST-SSR标记对两群体个体间遗传相似性进行分析,发现回交群体的个体差异显著小于F1代,基因型更加相似,多偏向于轮回亲本。(3)新麦草开花数量是影响新麦草结实率大小的重要因素。温度(X1)、相对湿度(X2)及紫外线指数(X3)等气象因子对新麦草单穗开花动态(Y)的影响可进行拟合数据化处理,回归方程为Y=-103.57718+0.53508X1+0.91837X3,可通过了解当年气象状况,结合新麦草开花习性,对新麦草开花时间,生殖生长周期进行预测。(4)以野生新麦草‘XJ-ALT’为母本,以育成品种‘蒙农4号新麦草’为父本,杂交可获得具有丰富变异及明显杂种优势的F1代群体。71.67%的可育F1代植株综合农艺性状表现显著优异,且具有良好抗逆性,可依照新麦草育种目标进行后续回交材料选择。以父本‘蒙农4号’新麦草为轮回亲本进行回交,共获得102株BC1新麦草优质材料,约占BC1群体总数的74.45%,其综合性状多偏向于轮回亲本,具有继续进行性状改良的潜力。
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