SSR标记与长江流域小麦地方品种主要性状的关联分析及特异高分子量麦谷蛋白亚基基因1Dy12.6的克隆

发布时间：2018-03-13 11:17

本文选题：长江流域　切入点：小麦地方品种　出处：《华中农业大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：小麦是世界上最重要的粮食作物之一,是仅次于玉米和水稻的第三大粮食作物,在农业生产中有着举足轻重的地位。高产、优质、多抗一直是小麦遗传改良主要育种目标。科技的快速进步使得育种技术从传统的杂交育种向分子育种迈进,育种效率得到明显提高。但是近年来,我国小麦品种的遗传改良进度趋于缓慢,其中一个很重要的原因就是用于小麦育种的亲本材料的遗传基础越来越狭窄。小麦地方品种是长期人工选择的产物,具有丰富的遗传多样性和高度的地区适应性,对其进行遗传多样性分析和特异优良性状鉴定,发掘优异种质与特异基因,对小麦品质和抗性的遗传改良,具有非常重要的理论意义与实用价值。本研究对343份长江流域小麦地方品种的7个重要表型性状进行统计分析,利用56个SSR标记分析其遗传多样性和群体结构,并基此进行标记与性状的关联分析,探析优异的等位基因变异,以期为重要性状QTL发掘及分子标记辅助选择育种提供一些参考依据;同时,运用十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)、基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI-TOF-MS)的方法和PCR技术鉴定并克隆出了一个新的高分子量麦谷蛋白亚基(HMW-GS)基因1Dy12.6,主要研究结果如下:1. SSR标记与长江流域小麦地方品种主要性状的关联分析本研究共考察了株高、穗长、穗粒数和千粒重4个产量相关性状以及蛋白含量、沉淀值和硬度3个品质性状,其中硬度表现出最大的变异系数,达到了 86.6%;而蛋白含量的变异系数最小,为9.4%。56个SSR标记在343份材料中共检测到254个等位变异,变异范围为2-13个,平均每个标记可以检测出4.5357个等位变异,平均多态信息含量(PIC)的范围为0.0425-0.8957,平均值为0.5546,其中,PIC值大于0.7的有13个,表明所选材料具有丰富的遗传多样性。基于材料间遗传距离的UPGMA聚类和采用Structure软件的群体结构分析,343份材料被分为两大类群。在群体结构分析的基础上,对56个SSR标记与7个性状进行关联分析,共检测到24个标记与除硬度之外的6个性状有着显著性的关联(P0.01 )。在所检测到关联性的位点中,与蛋白含量相关联的位点最多(18个),与千粒重相关联的位点最少(2个)。单个位点对性状解释变异率最大的标记是Xwmc609-1DL(与蛋白含量相关联),达到了 22.49%。有4个标记被检测到至少与3个性状都具有显著性的关联,其中Xwmc594-3AL与穗粒数、穗长、千粒重、蛋白含量和沉淀值均呈显著关联。2.特异高分子量麦谷蛋白亚基基因1Dy12.6的克隆利用SDS-PAGE和MALDI-TOF-MS在其中一个材料'Huazhong830'中鉴定出一个迁移率与1Dy12相似且分子量为69,985 Da的HMW-GS,初步判定其为一个特异的亚基,并命名为1Dy12.6。根据HMW-GS编码基因起始子和终止子部分序列高度保守的特点,设计引物并利用PCR的技术对1Dy12.6编码基因进行扩增,获得了一个大小约为2000 bp的扩增片段,然后回收纯化和克隆测序得到了1Dy12. 的编码基因序列。结果显示1Dy12.6编码基因序列全长为2022 bp,共编码673个氨基酸,推导其编码的蛋白质相对分子量为70,165 Da,与MALDI-TOF-MS所鉴定的分子量仅相差180 Da,测定误差为0.26%,进一步的证实1Dy12.6亚基的氨基酸不存在翻译后修饰的现象。通过1Dy12.6基因全长序列推导出的氨基酸序列与y-型HMW-GS有着高度的同源性,具有典型的y-型HMW-GS一级结构特征。选取已被克隆的26个普通小麦HMW-GS编码基因进行比对,发现与1Dy基因序列的相似性都达到了90%以上。进一步选择相似性高达97.63%的1Dy12编码基因进行单核苷酸多态性(SNPs)和插入/缺失(InDels)对比分析,发现了 3个SNPs和1个45 bp序列的插入,这是导致两者氨基酸差异的主要原因。根据蛋白质的二级结构预测和分子进化分析,推测特异的1Dy12.6亚基极可能是一个与1Dy12相似的HMW-GS亚基新成员。
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【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S512.1

【参考文献】