冬小麦光合及产量性状的SSR标记和候选基因Rubisco Activase的关联分析

发布时间：2018-03-15 19:57

  本文选题：小麦　切入点：TaRca2-α　出处：《西北农林科技大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：随着人口的增加及饮食结构的改变,小麦增产尤为重要。此外,作物应对环境条件改变及水分胁迫日益严重的潜力亟待提升。作物生长、生物量、产量的基础——光合作用是初级生理代谢过程之一,受干旱和热等非生物逆境影响。越来越多的研究表明,可用种质中存在光合速率的遗传变异,并且近年来生产中谷物产量的增加和光合效率的提升有关。为了更深入了解小麦中光合作用性状的遗传调控,以59份冬小麦种质为材料来研究光合利用效率的遗传控制。首先,用269个全基因组SSR分子标记对其基因型进行检测,通过关联分析发现其在2012 13年和2013 14年水分胁迫和充分灌溉条件下的光合和产量相关性状及其抗旱指数相关联的QTL位点。然后,研究候选基因TaRca2 α的表达对光合性状影响,研究TaRca2 α的3个部分同源拷贝TaRca2 α 4AL,TaRca2 α 4BS和TaRca2 α 4DS在2014 15年田间种植的59份冬小麦种质的拔节期(Z55)、开花期(Z67)和灌浆期(Z73)的表达水平,测定1,5 二磷酸核酮糖加氧酶(Rubisco Activase)活性,分析其与相应时期的净光合速率以及单株生物量,单株产量的相关性。主要结果如下:1.SSR分子标记与光合作用相关性状的关联分析对这些种质在两年的水分胁迫和充分灌溉条件下所有光合及产量相关表型性状的方差分析表明,光合和产量性状受水分胁迫影响,并且在不同基因型间存在显著差异。在两年的两个水分条件下,净光合速率与单株生物量、千粒重和单株产量有显著的正相关(P0.05,0.01),且单株生物量、千粒重和单株产量之间也显著正相关。2012 13和2013 14年各品种的抗旱系数与其对应性状之间也呈显著正相关(P0.05,0.01),且两年的试验中含有高STI和低SSI的基因型表现出更好的表型性状。根据SSR标记进行的群体结构分析将59份材料分成3个亚组,组1含有4个材料,组2含有25个材料,组3含有30个材料。总共有36046对标记对供试材料进行检测,发现了1670对连锁标记,其中有119对的LD值在P0.001水平。在全基因组中估算的LD衰减距离为2.2cM,在A、B和D基因组中分别是2.2、0.9、8.7cM。对两年的两种水分处理下的性状及其抗性指数进行关联分析显示有大量的标记 性状关联,然而,在进行了邦费罗尼校正(Bonferroni correction(FPDR))检测(05/269=0.00018)后,有显著关联的位点数大量降低。邦费罗尼校正后,一个标记Xpsp3123-7D在两个水分处理下与多个性状关联,并且在两年的试验中均与所有性状表现出一致的关联性。Xgwm182-5D在2012-13和2013-14的水分胁迫条件下与千粒重稳定相关联,而在充分灌溉条件下与单株产量稳定相关联。另外,标记Xcfd33-6D在2012-13和2013-14的充分灌溉条件下与单株生物量相关联。其余的12个标记在邦费罗尼校正后仅在单个水分条件下与单一性状相关联。邦费罗尼校正后,共检测到28个标记与表型性状的抗旱指数关联,其中Xpsp3123-7D与两年所有表型性状的抗旱指数相关联。两个标记Xwmc707-4A和Xgwm182-5D分别与STI-BMPP和STI-TKW相关联。其余显著的MTAs均仅在单个指标或者一年试验中检测出来的。2.TaRca2-α的表达特性与激酶活性及与光合相关性状的相关性在三个生育时期中,TaRca2-α基因的三个拷贝的表达模式不同但相似,在灌浆期的表达量最高。在三个生育时期中,TaRca2-α-4BS的表达量均较TaRca2-α-4AL和TaRca2-α-4DS高。Rubisco Activase(1,5 二磷酸核酮糖加氧酶)活性在各生育时期的表现明显不同,灌浆期最高(0.13),抽穗期最低(0.05)。回归分析表明,抽穗期、开花期和灌浆期的TaRca2-α表达量与同时期的酶活性呈极显著线性回归,灌浆期的回归关系更加显著(R2=0.502)。依据TaRca2-α基因的三个拷贝在三个生育时期的表达水平可以把59份材料可以分成高(7份)、中(41份)和低(11份)表达3种类型。这3类材料间在净光合速率、单株生物量和单株产量均存在显著差异(P0.01),通常,TaRca2-α表达量高的材料的表型性状值也较高。TaRca2-α基因的三个拷贝在抽穗期、开花期和灌浆期的表达量与净光合速率、单株生物量和单株产量及显著正相关(P0.01),TaRca2-α-4BS在灌浆期的表达量显著性更强。Rubisco Activase活性也与净光合速率、单株生物量和单株产量正相关,灌浆期的相关性更强(净光合速率R2=0.493,单株生物量R2=0.304,单株产量R2=0.261)总之,在小麦种质中观察到了净光合速率、产量构成要素和抗旱指数的丰富变异,关联分析发现了新的位点和净光合速率、单株生物量和单株产量相关联,TaRca2 α基因的三个拷贝的表达表达水平与酶活力、净光合速率、单株生物量和单株产量等正相关。这些结果将促进普通小麦光合效率和产量的调控和改良。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S512.11

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