四倍体杂交冰草分子遗传图谱构建及主要农艺性状QTL定位

冰草是隶属于小麦族的多年生牧草，抗旱、抗寒性极强，在我国北方干旱草原及半荒漠地区的天然草场补播改良和旱作人工草地建植中占有重要位置，同时也是麦类作物遗传改良的宝贵基因资源。近年来，我们将引自美国高产优质的二倍体航道冰草与国产抗逆性和适应性强的野生草种蒙古冰草相组配进行种间远缘杂交，获得育性较低的二倍体杂交种F1，利用秋水仙碱诱导其染色体加倍，现已得到整合蒙古冰草与航道冰草双亲基因组的、育性高的四倍体杂交冰草新种质。本项目以四倍体杂交冰草的F2及其家系（F3）为作图群体，拟利用SSR和AFLP两种分子标记技术构建一张高密度的冰草分子连锁遗传图谱（包含600个以上标记位点），并进行株高、分蘖数、茎叶比等11个与产量相关的主要农艺性状QTL定位分析。这对深入开展冰草抗性及品质性状等优异基因定位、克隆、功能分析及分子标记育种具有重要理论指导意义，有利于促进我国牧草分子遗传育种研究水平的提高。

四倍体杂交冰草（2n=4x=28）是本课题组以二倍体蒙古冰草×航道冰草种间杂种F1植株为材料，经染色体诱导加倍而成的优良饲草。其既有蒙古冰草抗寒、抗旱、适应性强的特性，又有航道冰草叶量大、产草量和产籽量高、耐倒伏、再生和分蘖能力强的特点。本项目以四倍体杂交冰草F2及其自交家系F3群体为作图材料，采用AFLP和SSR两种分子标记技术和JoinMap 4.0作图软件，构建其高密度（标记间平均距离＜5cM）分子遗传连锁图谱，并对株高、分蘖数、茎叶比等11个重要农艺性状进行QTL定位研究，以期为深入开展四倍体杂交冰草抗性、产量等优异性状基因图位克隆、功能分析及分子标记辅助育种等奠定基础。项目获得的主要研究结果：1）试验优化确定了四倍体杂交冰草AFLP和SRR两种分子标记的最佳PCR反应体系。筛选出AFLP核心引物32对、SSR核心引物30对。对四倍体杂交冰草F2和F3分离群体共367个单株及其亲本的基因组DNA进行PCR扩增得到多态性标记位点766个，其中AFLP标记581个，SSR标记185个。对标记偏分离分析表明，有91个AFLP标记偏离孟德尔3:1分离比例，占标记位点总数的11.90%；有55个SSR标记偏离孟德尔3:1分离比例，占标记总数的7.18%。两种分子标记合计偏分离比例仅为19.08%，符合植物遗传作图偏分离标记一般不超过30%的要求。2）首次构建出一张含766个标记的四倍体杂交冰草高密度分子遗传连锁图谱，其14个连锁群的总长度为2574.3cM，标记间平均间距3.82cM。3）首次定位了与四倍体杂交冰草11个重要农艺性状相关的QTL 136个，其分布在14个连锁群上，平均每个连锁群含9.7个QTL。在136个QTL中，控制叶长24个、叶片数22个、株高和分蘖数各16个、单株干重14个、单株鲜重6个、叶宽3个、茎粗11个、茎叶比8个、穗长3个、穗宽13个，其贡献率变幅分别为4.4%～43.6%、5.6%～36.6%、5.5%～36.2%、6.2%～33.6%、4.1%～34.8%、6.2%～31.0%、10.8%～29.7%、7.1%～35.4%、9.5%～36.1%、8.9%～15.3%和6.9%～38.3%。4）从定位的QTL中发现23个QTL与分子标记共位点，其中AFLP标记14个，SSR标记9个。