杜仲(Eucommia ulmoides)是唯一存在的杜仲科杜仲属植物,雌雄异株,是重要的药用和胶用经济树种。杜仲皮和叶中含有绿原酸和黄酮等多种药用有效成分,具有降血压、降血糖、抗氧化、抗突变等药理作用。杜仲除了木质部外各个部位均含有杜仲胶,成分为反式-聚异戊二烯,是一种具有热塑性的硬质橡胶,被用来制造轮胎、海底电缆、假牙具、密封部件等材料。传统的杜仲育种主要依靠从自然群体中选择优良的个体,已经育成一些品种以无性系的形式推广,并以这些品种及无性系为亲本开展了杂交育种。但是,利用传统育种方法育成一个品种周期较长,而且对于杜仲重要性状的遗传基础研究比较薄弱,限制了杜仲育种的进程。分子育种方法,尤其是分子标记辅助选择,可以提高选择效率,加速育种进程。本研究利用多种分子标记技术检测了杜仲主要栽培品种及无性系的遗传差异,构建了一张杜仲高密度遗传连锁图谱;在连续5年表型性状测定的基础上,对杜仲生长、物候、叶片形态、叶片产量、药用有效成分及胶含量等性状进行了QTL分析;并探讨了杜仲杂交亲本分子标记遗传距离与子代生长性状之间的关系。相关研究结果为在分子水平开展杜仲遗传改良工作奠定基础,对深刻理解杜仲重要经济性状的遗传机制具有重要意义。主要研究结果如下:1.利用SRAP、AFLP、ISSR三种分子标记技术,评价了杜仲主要栽培品种及无性系的遗传多样性及其亲缘关系。19个杜仲主要栽培品种及无性系具有较高的DNA多态性,采用的10对SRAP引物组合、10对AFLP引物组合、10条ISSR引物分别产生240个、192个、150个DNA片段,其中多态性DNA片段分别为214个、125个、132个,多态性比率分别为89.2%、65.1%、88.0%。聚类分析结果表明,秦仲3号、小叶(雄)、秦仲1号、秦仲2号独自聚为一类,说明这4个种质之间及与其它15个种质之间具有明显的遗传差异;其他15个种质聚为两大类,每类内部表现出较高的遗传相似度;这为杜仲基因组作图和杂交育种的亲本选配提供参考。另外,SRAP是一种高效率的分子标记技术,可以产生较多的多态性标记,在杜仲高密度遗传连锁图谱构建中可以作为主要的分子标记技术。2.以152株“小叶×秦仲1号”F1子代为作图群体,利用SRAP、AFLP、ISSR、SSR四种分子标记技术构建杜仲遗传连锁图谱。182个引物(或引物组合)总共产生2142个多态性标记,平均每个引物(或引物组合)产生11.8个多态性标记;其中,623个多态性标记偏分离(p≤0.05),占总多态性标记的29.0%。利用Join Map 4.0对符合孟德尔分离比的1519个标记进行连锁分析,构建了一张杜仲高密度遗传连锁图谱。该图谱包含706个标记,分属25个主要连锁群,总图距2133 c M;每个连锁群的标记数目从5个到106个不等;每个连锁群的图距从19.9 c M到194.0 c M不等,平均为85.3 c M;两个相邻标记之间的平均间距为3.1 c M,图谱覆盖率为89%。这为杜仲重要经济性状的QTL定位以及深入研究杜仲基因组的结构和功能提供了基础。3.在作图群体表型变异分析的基础上,对苗(树)高、地径、萌芽期、展叶期、冠幅、分枝数、分枝角、枝长、枝径共9个杜仲生长与物候相关性状进行了QTL分析。这9个性状总共检测到97个QTL,每个QTL分别解释表型变异的8.7%~70.5%。达到基因组水平LOD阈值的QTL有60个,占QTL总数的61.9%;其它的QTL虽然没有达到基因组水平LOD阈值,但是其LOD值都大于或等于3。单标记分析法的结果表明这97个QTL的侧翼标记中有58个与性状显著相关(p≤0.1),占总数的59.8%。在遗传连锁图谱的14个连锁群上(LG1、LG3、LG5、LG7、LG9、LG10、LG12、LG14、LG18、LG20、LG21、LG22、LG23、LG24),分布有24个QTL聚集区域,每个QTL区域至少包含有两个不同生长或物候相关性状的QTL。4.在作图群体表型变异分析的基础上,对叶面积、叶长、叶宽、叶长宽比、叶柄长、叶脉数、单叶重、叶片数、产叶量、绿原酸含量、芦丁含量、杜仲胶含量等涉及杜仲叶片形态、产量、次生代谢物含量的12个性状进行了QTL分析。这12个性状总共检测到133个QTL,每个QTL分别解释表型变异的8.7%~73.7%。达到基因组水平LOD阈值的QTL有62个,占QTL总数的46.6%;其它的QTL虽然没有达到基因组水平LOD阈值,但是其LOD值都大于或等于3。单标记分析法的结果表明这133个QTL的侧翼标记中有72个与性状显著相关(p≤0.1),占总数的54.1%。在遗传连锁图谱的12个连锁群上(LG1、LG2、LG3、LG5、LG7、LG9、LG10、LG14、LG15、LG18、LG20、LG22),分布有25个QTL聚集区域,每个QTL区域至少包含有两个不同叶片相关性状的QTL。这种QTL的聚集现象是基因组区域“一因多效”的体现,也有可能是QTL之间的连锁而形成。QTL在不同年份间存在不稳定表达的现象,这是基因时空表达、树木的成熟效应、环境影响等多种因素共同作用的结果。检测到3个控制绿原酸含量和芦丁含量的QTL区域在年份间表现稳定,连锁群LG1上的QTL区域包含Dca2-2、Dca3-2、Dru3-2、Dru4-1、Dru5-1;连锁群LG7上的QTL区域包含Dca3-3、Dru3-3、Dru4-2、Dru5-2;连锁群LG9上的QTL区域包含Dca2-3、Dca4-1、Dca5-1、Dru2-3、Dru3-5。在连锁群LG1上检测到1个控制杜仲胶含量的QTL区域在年份间表现稳定,该QTL区域包含Deur2-1、Deur3-1、Deur4-1、Deur5-1。5.以5×5析因交配设计获得的24个杜仲F1家系为材料,估算了苗高和地径性状的家系平均值、变异系数、配合力等遗传参数,利用SRAP、AFLP、ISSR三种分子标记技术估计了10个杂交亲本之间的遗传距离,分析了杜仲亲本分子标记遗传距离与杂交子代生长性状的表现、家系变异系数、特殊配合力之间的相关性。结果表明,SRAP分子标记遗传距离、基于三种分子标记的遗传距离与杂交子代苗高生长表现之间存在显著的线性关系。这对于杜仲杂交育种的亲本选配及杂交子代生长表现的早期预测具有一定的指导意义,如果以高生长作为育种目标,要尽量选择遗传距离较大的亲本进行人工杂交。亲本分子标记遗传距离与杂交子代家系变异系数、特殊配合力之间的相关性均没有达到显著水平,这表明利用亲本分子标记遗传距离来预测生长性状的特殊配合力和家系变异大小具有一定的局限性。对于其它杜仲重要经济性状,还是应该通过检测与QTL紧密连锁的分子标记,并进一步利用分子标记辅助选择的途径来进行早期选择。