摘要
农作物种质资源是我国农业研究与发展领域最重要的物质基础，其中蕴藏着极高的研究与利用价值。但是，现阶段我国种质资源管理利用中大多是基于表型性状进行的，而分子标记的使用较少。同时，不同物种间由于研究基础差异等问题，研究方法缺乏共性，不利于对种质资源进行统一地管理和利用。因此，本研究基于分子标记技术开发了一套农作物种质资源通用体系，该体系主要包括种质资源通用鉴定评价体系、通用分组管理体系以及通用分析利用体系。论文主要研究结果如下: 1.使用Next.js框架，配合Ant.design控件库开发通用尾巴序列设计工具，新工具实现了将汉字转化为引物序列信息，并调用primer3工具包对引物序列的GC含量、退火温度等多种引物参数进行计算评估，旨在解决现有通用引物在生物基因组上同源性高，设计困难的问题。本研究使用通用尾巴序列设计工具对3755个常用汉字进行编码转译并设定引物参数筛选条件，得到7436833个符合条件候选的通用尾巴序列。随机挑选其中6条通用尾巴序列在20种农作物上进行BLAST同源性比对，结果表明与已有的M13通用引物相比，使用通用尾巴序列设计工具得到的通用尾巴序列具有更高的特异性。对通用尾巴序列在玉米、番茄、西瓜等多种作物上进行实验体系的建立，通过调整实验扩增体系与简化扩增程序，建立适于种质资源的通用分子检测体系，扩增成功率在95％以上，以此实现将多种农作物的标准检测体系在荧光毛细管电泳平台上的转化使用，构建高通量、高精准度的农作物种质资源通用鉴定评价体系。使用该体系对3988份玉米种质资源进行杂合率评价鉴定，将杂合率高于10％归类为异质性种质，共439份材料，对其余3549份材料进行进一步的研究与分析。 2.基于表型性状分组时常受到多态性低、生育期长、环境因素影响较大等问题，为了在面对海量种质资源时能有一套客观、高效的分组方案，本研究以叶绿体基因组为基础开发农作物通用的分组管理体系。以玉米为示例，利用3549份种质资源的Maize 6H-60K芯片指纹数据挖掘出29个叶绿体分组特异位点，这29个叶绿体分组特异位点可以稳定地将玉米种质资源分为B、D、H、C、T共5大组。为提高实验的便捷性和灵活性，同时降低实验成本，对芯片上的29个叶绿体分组特异位点设计KASP引物，设计成功率100％。使用逐步筛选方案，建立高通量种质资源分组体系，检测工作量与常规检测方法降低95％。编写兼容芯片数据和KASP数据的分组分析算法，实现数据从下机到得到分组结果的无缝衔接，进一步提高种质资源分组效率，实现了种质资源的快速分组。 3.在以往的遗传多样性分析和系谱重建工作研究中，大多是基于细胞核基因组进行的，而很少将细胞质基因组加入其中。为利用细胞质单亲遗传特点，精准确定亲本信息，本研究通过结合细胞核基因组和细胞质基因组，建立了一种新型种质资源通用型遗传多样性分析及系谱重建方法。在进行遗传多样性分析时，利用核基因组计算种质间的遗传距离，结合细胞质分组信息对种质进行更精细地解析。以3549份玉米种质资源为试材，使用新方法将玉米种质分为黄改群、旅大红骨群、热带群等7大群，并解析育种过程中群间交流规律，其中旅大红骨群和热带群中分别出现了 D组和B组聚集的情况，而黄改群中则出现了 H组和D组聚集情况。对玉米骨干自交系lx9801进行系谱重建，细胞核基因组分析结果显示旅大红骨血缘占比为11.6％,其余血缘则来自黄改种质。细胞质基因组分析结果还原了 lx9801的育种过程，并确定了细胞质基因组在这一过程中的传递情况。结合细胞核基因组和细胞质基因组对种质资源基因组进行精确、区段化解析，发现旅大红骨遗传片段主要位于1号染色体以及细胞质基因组，结合相应区段基因定位挖掘结果，对叶夹角等性状改良原因进行解析。研究结果为玉米及农作物种质资源提供一种全面、准确的遗传多样性分析和系谱重建手段。
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