以千粒重为主要指标的普通小麦杂交模拟系优势分析

作     者：杨国丽 

作者单位：西北农林科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：马守才;安红卫

授予年度：2023年

学科分类：09[农学] 0901[农学-作物学] 

主      题：杂交小麦 杂种优势 杂交模拟系 农艺性状 转录组分析 

摘      要：杂种优势是指将遗传背景相互独立的两个品种作为亲本进行杂交,所得的杂交种F1活性和主要性状优于双亲的现象,这些性状主要包括生物量的增加、产量的提高及抗逆性的增强等。虽然杂种优势形成的机理尚不明确,但是在玉米、水稻等作物中得到了广泛的利用,产量也得到了显著提高,这为全球粮食安全做出了巨大贡献。然而,杂种优势的利用仅限于F1代,由于F2及以后世代会产生性状分离现象,这使得利用杂种优势需要连年制种,而农民也需要年年购买杂交种,这不仅增加了劳动成本更提高了生产成本,因而探索出具有杂种优势的纯系品种就更为迫切。在本实验中,以产量等综合性状表现优良的西农585和存麦16作为亲本进行杂交获得F1,通过杂交种的不断自交和以千粒重为主要目标进行人工选择,直到F5代获得目标性状稳定的具有类似F1杂种优势的纯系,即称为杂交模拟系(Hybrid Mimics)。通过对杂交模拟系与杂交种F1在农艺性状上的考察、转录组测序分析探究模拟系与F1在花后15天的基因表达差异。主要实验结果如下:1.杂交模拟系Mimic1的群体产量、千粒重、株高、穗长等农艺性状均与杂交种F1无显著差异,而在穗粒数显著高于F1;Mimic2在千粒重上显著高于F1,而在其它农艺性状上表现与F1无显著性差异;杂交模拟弱势系Smal1在群体产量、千粒重和株高表现上均弱于F1,甚至低于低亲亲本值。2.在籽粒性状表现上,籽粒的宽度与千粒重呈显著的正相关关系,且杂交模拟系Mimic1和Mimic2在籽粒宽度上存在超亲优势,其表现优于杂交种F1。3.在籽粒灌浆特性上,灌浆期间籽粒的增长规律均表现为“S型曲线;在灌浆参数中平均灌浆速率与籽粒千粒重呈显著性正相关关系。杂交模拟系Mimic1和Mimic2在平均灌浆速率上的表现与F1相似,均表现出一定程度的超亲优势;而Small在平均灌浆上的表现弱于低亲亲本,存在杂种劣势。4.在转录组分析中:(1)在基因表达模式相似度上,杂交种F1与母本西农585的基因表达模式相似度高于父本存麦16;杂交模拟系Mimic1和Mimic2与母本的基因表达模式相似度高于F1;弱势系Small与F1的基因表达模式相似度高于Mimic1和Mimic2。(2)在基因差异表达数目上,相较于中亲值(MVP),F1的基因差异表达量最少,而Small的差异表达量最多;F1、Mimic1和Mimic2共享差异表达基因的数量共有32个。(3)在基因功能注释及富集分析中,Mimic1、Mimic2相对于中亲值MVP的差异表达基因GO注释结果与F1结果相似,而Smal1相对于MVP的差异表达基因GO注释结果多于F1;在生物代谢KEGG富集分析中发现:杂交模拟系Mimic1和Mimic2与F1在淀粉与蔗糖代谢通路中差异表达基因数量相似,且有3条差异表达基因是共享的;Small在淀粉与蔗糖代谢通路中差异表达基因数量为60条,明显多于模拟系Mimic1和 Mimic2。