發(fā)布時間：2017-12-09 16:07

  本文關鍵詞：結合連鎖與關聯(lián)分析剖析玉米耐低鋅、鐵脅迫的遺傳機制

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【摘要】：鋅與鐵是植物不可或缺的營養(yǎng)元素,但其溶解性低而難于被植物吸收利用。缺鋅與缺鐵均會造成作物產量與質量的下降,而玉米作為三大糧食作物之一,解析玉米耐低鋅、耐低鐵脅迫差異的遺傳機制對農業(yè)生產與發(fā)展有重要的實際意義。本研究在分別利用20與18個玉米自交系系統(tǒng)研究了不同玉米自交系耐低鋅、耐低鐵脅迫差異,并根據前期材料篩選結果,選用6個親本構建的4個重組自交系群體和由來自全球508份玉米自交系組成的關聯(lián)群體為遺傳材料,結合連鎖及全基因組關聯(lián)分析,對玉米耐低鋅、耐低鐵脅迫差異的遺傳結構進行剖析,為玉米耐低鋅、耐低鐵脅迫的遺傳改良提供指導、基因來源與材料來源。主要研究結果如下:1.Ye478與CI7未表現出缺鋅癥狀,為耐低鋅自交系。Wu312與K22缺鋅癥狀顯著,為鋅敏感自交系。株高、地上部與根系干物重、根冠比、地上部與根系鋅效率、鋅累積量均是評價玉米自交系耐低鋅脅迫能力的良好指標。在低鋅條件下,玉米能通過地上部能夠將自身的光合產物優(yōu)先分配給根系,以促進根系生長。不同玉米自交系間鋅效率差異不是由吸收效率引起的,而可能與鋅的轉運效率有關。2.本研究結合連鎖群體 Wu312×Ye478、K22×Dan340、K22×By815、K22×CI7,以及不同低鋅水平下兩批關聯(lián)群體試驗,針對玉米耐低鋅脅迫相關表型進行分析。結果顯示,4個RIL群體共定位到136個QTL,在8條染色體上有20個不同群體共同定位區(qū)間,包括2個3群體共定位區(qū)間,18個2群體共定位區(qū)間。在全基因組顯著水平下,檢測到25個獨立位點與玉米耐低鋅脅迫顯著關聯(lián),其中13個位點位于4個連鎖群體的定位區(qū)間內。通過對顯著位點上下游50 kb范圍內所包括的78個候選基因進行功能注釋,除6個未知功能的基因外,發(fā)現6個調控乙烯、ABA、IAA等生長素的基因;3個鋅結合轉錄因子(鋅指蛋白);23個編碼參與不同生物學代謝途徑的功能酶的候選基因;其余候選基因與編碼逆境脅迫相關轉錄因子以及跨膜蛋白等相關。其中,9號染色體上位于2個連鎖群體共定位區(qū)間內的chr9.S_59587835(P=7.63E-10)對應的GRMZM2G034015;以及在2號染色體上位于2個連鎖群體共定位區(qū)間內(R2=63.5%,LOD=19.8)的chr2.S_7292809(P=2.03E-08)對應的GRMZM2G042055與位于2號染色體上關聯(lián)與連鎖共定位區(qū)間內的chr2.S_16948365(P=1.17E-08)對應的GRMZM2G039455,為后續(xù)重點研究的候選基因。3.在銨硝比1:1的供氮條件下,根系產生根系分泌物以抑制生長,pH下降顯著;調整銨硝比為1:7后,pH環(huán)境得到改善,植株生長正常。當BPDS-F(Ⅱ)濃度為0.1μmol L-1時,Wu312被競爭致死,Ye478仍能維持生長。但當BPDS-Fe(Ⅱ)水平較高時,新葉脈間仍舊出現不同程度的黃化癥狀,且根系分泌物仍無法徹底消除,說明根系無法與BPDS競爭以獲得充足的鐵元素。與EDTA-Fe(Ⅱ)以及1,10-菲羅啉-Fe(Ⅱ)相比,Ye478地上部與根系生長在2-2'-聯(lián)吡啶-Fe(Ⅱ)供鐵條件下均占優(yōu)勢,不同供鐵條件對Wu312生物量累積無顯著影響,因此,2-2'-聯(lián)吡啶是構建穩(wěn)定持續(xù)Fe(Ⅱ)體系的最優(yōu)螯合劑。4.Chang7-2、KUI3與Ye478缺鐵癥狀并不顯著,表現為耐低鐵自交系;Wu312缺鐵癥狀最為顯著,表現為鐵敏感自交系。葉片SPAD值、株高、地上部與根系干物重、根冠比與相對根冠比、鐵累積量均是平均玉米耐低鐵脅迫差異的良好指標。地上部與根系鐵效率均與鐵轉運效率顯著相關,而轉運效率顯著受到地上部對鐵的需求量的影響。然而,不同玉米自交系鐵效率差異與鐵吸收效率無關,可能與鐵在地上部中的再分配有關。5.本研究分別利用RIL群體Wu312×Ye478在2個供鐵水平下,對耐低鐵脅迫相關性狀進行連鎖分析。結果顯示,2批試驗共定位到50個QTL,在6條染色體上有9個不同批次試驗共同定位區(qū)間。在全基因組顯著水平下(P3.16E-05),檢測到61個獨立位點與耐低鐵性狀顯著關聯(lián),這61個顯著關聯(lián)SNP位點中的14個位于2批連鎖群體試驗的定位區(qū)間內。通過對61個顯著位點對應的166個候選基因進行功能注釋,發(fā)現約54個編碼參與不同生物學代謝途徑的功能酶,除13個功能未知的基因外,剩余候選基因功能為編碼轉錄因子、逆境響應因子等。其中,介導甲硫氨酸的生物合成并對玉米等機理Ⅱ植物合成植物鐵載體具有關鍵作用的GRMZM2G113873為后續(xù)功能驗證的重要基因。綜上所述,本研究在優(yōu)化營養(yǎng)液供應體系的基礎上,結合連鎖及關聯(lián)分析,鑒定玉米耐低鋅、鐵脅迫顯著關聯(lián)的位點,挖掘到自然群體中的有利等位基因。并初步剖析了玉米耐低鋅、鐵脅迫的遺傳學基礎,為該復雜數量性狀的遺傳解析提供有益信息。
【學位授予單位】：中國農業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：S513

【參考文獻】

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1 印志同;秦秋霞;闞欣;陳雅楠;成前;鄧德祥;;玉米快速葉綠素熒光參數全基因組關聯(lián)分析[J];江蘇農業(yè)學報;2016年04期

2 龍文靖;萬年鑫;辜濤;g�溃�

本文編號：1271000