玉米Rubisco活化酶基因ZmRCAβ的eQTL分析

发布时间：2018-06-26 01:32

  本文选题：玉米[Zea + Mays(L.)Merr.]　； 参考：《扬州大学》2016年硕士论文

【摘要】：核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶／加氧酶(Rubisco)是植物光合作用的关键酶,在植物体内其羧化活性很低,受到Rubisco活化酶(Rubisco activase简称RCA)的调节。RCA在植物光能利用和产量建成方面具有重要作用,已经成为作物高产育种的潜在靶点。研究调控RCA基因表达的遗传机理对于解析作物光合作用和产量建成的遗传基础,培育高产品种具有重要的理论意义和应用价值。前期我们从玉米中克隆了2个RCA基因,即ZmRCAα和ZmRCAβ,这两个基因的表达量在来自沿江地区农科所的123份玉米自交系中与产量呈显著正相关关系,其中ZmRCAβ的表达量与产量的相关系数高于ZmRCAα和3个C4高光效基因。因此,本研究首先以RA和M53构建的242份玉米重组自交系群体(RIL)为材料,连续两年在大田种植条件下,测定灌浆期ZmRCAβ的表达水平和产量,结合RIL群体的916个标记信息进行连锁分析,定位产量QTL和调控RCA基因表达的eQTL;然后以235份玉米自交系为材料,测定灌浆期ZmRCAβ的表达水平和产量,结合558629个SNP标记信息进行全基因组关联分析,定位产量QTL和调控RCA基因表达的eQTL;并在235份自交系中筛选调控ZmRCAβ表达的最优启动子。主要研究结果如下：1.连锁分析共检测到5个控制mRCAβ基因表达的eQTL和4个产量QTL (LOD2.5).5个eQTL分别位于2号和4号染色体,我们将其命名为qRCA2.1、qRCA4.1、qRCA4.2、qRCA4.3和qRCA4.4, LOD值为3.11-4.96,贡献率为5.31%-7.5%：在两年试验中我们重复检测到qRCA4.2、qRCA4.3和qRCA4.4,且qRCA4.2是ZmRCAβ的cis-eQTL,其余eQTL是trans-eQTL。4个产量QTL分别位于1号、8号和9号染色体,我们将其命名为qSY1.1、qSY1.2、qSY8.1和qSY9.1,LOD值为2.68-3.23,贡献率为4.68%%o-5.69%。2.全基因组关联分析共检测到9个控制ZmRCAβ基因表达的eQTL和2个产量QTL (-logP4.54)。9个eQTL分别位于2号、4号、5号、8号和10号染色体,我们将其命名为qNRCA2.1、qNRCA2.2、qNRCA2.3、qNRCA4.1、qNRCA4.2、qNRCA5.1、qNRCA5.2、qNRCA8.1和qNRCA10.1,-logP值为4.54-5.73；其中NRCA4.1是ZmRCAβ的cis-eQTL,其余eQTL是trans-eQTL。2个产量QTL均位于5号染色体,我们将其命名为qNSY5.1和‘qNSY5.2,-logP值均是4.54。3.启动子分析将ZmRCAβ表达水平与ZmRCAβ启动子序列进行候选基因关联分析,结果3个核苷酸多态位点被检测到与ZmRCAβ表达水平显著相关,依据这3个位点将启动子分成4种类型,分别是Type1、Type2、Type3和Type4,其中具有Type4启动子的自交系的基因表达水平最高,Type4启动子是235份自交系中ZmRCAβ基因的最优启动子。
[Abstract]:Nuclear ketone carbohydrate -1,5- two phosphate carboxylase / oxygenase (Rubisco) is the key enzyme in plant photosynthesis, its carboxylation activity is very low in plants, and is regulated by Rubisco Activase (Rubisco Activase for short RCA).RCA in the use of light energy and production of plants. It has become a potential target for high yield breeding in crops. The genetic mechanism of regulating the expression of RCA gene is of great theoretical and practical value for the analysis of the genetic basis of crop photosynthesis and production and the cultivation of high yield varieties. 2 RCA genes, ZmRCA A and ZmRCA beta, were cloned from maize in the earlier period, and the amount of the two genes was reached in 123 maize from the Agricultural Institute along the river region. In the inbred lines, there was a significant positive correlation with yield, and the correlation coefficient of ZmRCA beta expression and yield was higher than that of ZmRCA A and 3 C4 high photosynthetic efficiency genes. Therefore, 242 maize inbred lines (RIL) were first constructed with RA and M53 as the material, and the expression level of ZmRCA beta during the filling period was measured for two years in the field of field planting. Linkage analysis was carried out with 916 labeling information of RIL population to locate yield QTL and eQTL to regulate RCA gene expression. Then, 235 maize inbred lines were used as materials to determine the expression level and yield of ZmRCA beta during grain filling period, and combined with 558629 SNP marker information to carry out all gene group association analysis to locate the yield QTL and regulate the expression of RCA gene. The optimal promoter of ZmRCA beta expression was screened in 235 inbred lines. The main results were as follows: 1. linkage analysis detected a total of 5 eQTL controlling mRCA beta gene expression and 4 Yield QTL (LOD2.5).5 eQTL on chromosome 2 and 4 respectively. The value is 3.11-4.96, and the contribution rate is 5.31%-7.5%: in the two years of experiment, we repeated qRCA4.2, qRCA4.3 and qRCA4.4, and qRCA4.2 is the cis-eQTL of ZmRCA beta, and the other eQTL is QTL on chromosome 1, 8 and 9. %%o-5.69%.2. whole genome association analysis detected 9 eQTL and 2 QTL (-logP4.54).9 eQTL for controlling the expression of ZmRCA beta gene in 2, 4, 5, 8 and 10, respectively. NRCA4.1 is the cis-eQTL of ZmRCA beta, and the other eQTL is trans-eQTL.2 on chromosome 5. We name it qNSY5.1 and qNSY5.2, and -logP values are 4.54.3. promoter analysis, and the ZmRCA beta expression level is associated with the candidate gene of the ZmRCA beta promoter sequence, and the results of the 3 nucleotide polymorphisms are detected and detected. The expression level of RCA beta is significantly correlated. The promoter is divided into 4 types based on these 3 sites, which are Type1, Type2, Type3 and Type4, among which the gene expression level of the inbred line with Type4 promoter is the highest, and the Type4 promoter is the best promoter of the ZmRCA beta gene in the 235 inbred lines.
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S513

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本文编号：2068455