甘蔗与河八王杂交后代的遗传、DNA甲基化及抗旱基因挖掘

发布时间：2020-04-08 06:39

【摘要】：选育高产、高糖、抗旱性强、宿根性强的甘蔗新品种是我国蔗糖产业可持续发展的需求。亲本遗传基础狭窄是现代甘蔗育种的主要限制因素之一,加强种质创新,丰富亲本基因库,是选育突破性品种的关键。甘蔗近缘属植物河八王具有抗旱、抗病、宿根性强等优异性状,是甘蔗遗传改良的重要种质资源。目前在甘蔗远缘杂交利用中,对野生基因在后代中的传递效率、基因组变异规律以及杂交的遗传机理研究等不够深入,限制了甘蔗野生种质的利用效率。本研究利用AFLP结合荧光毛细管电泳技术分析河八王种质资源的遗传多样性;以系谱来源清楚的河八王杂交后代F1、BC1及其亲本为研究对象,分析染色体在后代中的传递;利用AFLP技术分析亲本特异位点在后代中的遗传;利用MSAP技术分析亲本及后代基因组DNA甲基化水平和遗传模式变化;利用高通量测序技术挖掘河八王的抗旱相关基因。结果发现:1.采用AFLP标记结合毛细管电泳技术,对来源于广西不同地区的15份河八王无性系进行了遗传多样性分析,并构建了分子身份证。25对AFLP引物组合在供试材料中共扩增出2208个位点,其中多态性位点1914个,多态性比率为87.11%;河八王种质资源的遗传相似系数变化范围在0.656-0.878,在相似系数为0.690时,可划分为3个类群,表明供试河八王种质具有较丰常的遗传多样性。基于3对AFLP引物组合104条谱带构建的15份河八王种质分子身份证具有唯一性。2.利用染色体计数进行了甘蔗与河八王杂交F1、BC1的染色体传递行为分析,推断出甘蔗与河八王杂交F1染色体传递行为有“n+n”和“n+2n”方式,BC1是“n+n”方式。3.利用AFLP标记结合毛细管电泳技术开展了河八王野生基因在F1、BC1后代中的遗传分析。24对AFLP引物组合对4个河八王F1后代、9个BC1后代及其双亲进行了扩增,共检测到总条带数1774个,其中多态性条带1690个,多态性检出率为95.26%,各引物组合多态性变幅为87.04%-100%。进一步分析表明,母本桂糖05-3256特异位点传递给F1后代的比例是63.92%-71.65%,父本广西河八王1特异位点传递给F1后代的比例是8.66%-12.85%。母本崖城94-46特异位点传递给BC1后代的比例是35.19%-48.50%,父本T6-3特异位点传递给BC1后代的比例是33.97%-59.33%;广西河八王1特异位点传递到BC1后代时,比例仅是1.12%-3.35%,已处于很低水平。另外,F1、BC1的特异位点保持了较高水平。4.利用MSAP标记结合毛细管电泳技术分析了河八王F1、BC1杂交种及其相应亲本DNA甲基化水平和模式差异。杂交种F1甲基化敏感扩增多态性(MSAP)比率是56.4%-59.0%,均低于双亲;BC,的MSAP比率是56.9%-69.8%,整体平均为62.8%,平均值高于双亲。BC1世代总甲基化水平略高于F1世代水平。F1、BC1基因组CCGG位点发生甲基化的方式整体上以内部胞嘧啶双链甲基化为主。在F1、BC1中均检测到71种甲基化类型,并进一步分为5种变化类型:A类,杂交种与其亲本甲基化模式相同;B类,去甲基化,表示杂交种相应于其亲本的甲基化减弱;C类,超甲基化,表示杂交种相应于其亲本的甲基化增强;D类:次甲基化,杂交种甲基化程度均低于双亲;E类,为不定类型。其中A类是亲本向杂交种的甲基化遗传类型,B、C、D、E是杂交种的甲基化变异类型。结果显示F1的甲基化遗传类型(A类)比例明显低于BC1,但变异类型B、C、D、E高于BC1;杂交形成F1、BC1过程中,基因组DNA均主要发生了超甲基化。5.开展了河八王抗旱相关基因挖掘研究。使用单端和双末端测序技术首次对河八王叶片进行干旱胁迫下的转录组研究,在组装后获得的104644个基因中(N50=1605 bp),38721可以注释到相关数据库,如NR、UniProt、KEGG和GO库。在DTS和CK的样本中,发现有30297个基因表达量大于5 TPM,有3389个转录本(1772个上调和1617个下调)在双端测序和单端测序中表达是一致的。功能分析结果表明,这些差异基因参与了“蓝光响应”、“代谢途径”和“植物激素信号转导”等途径。在此基础上进一步分析获得了水分缺失胁迫下的几个基因家族表达模式,如水通道蛋白、LEA蛋白、生长素相关蛋白、TF蛋白、热休克蛋白、LHCB蛋白、抗病蛋白和核糖体蛋白。河八王叶片响应水分缺失胁迫下编码NIP和PIP水通道蛋白的基因表达是上调的,然而编码TIP水通道蛋白基因表达是下调的。与对照相比,DTS中编码30S和50S核糖体蛋白的基因表达上调,而编码60S核糖体蛋白的基因下调。首次发现报道了在河八王叶片缺水胁迫下编码LHCB、DIVARICATA和热应激转录因子的基因。
【图文】：

河八王,聚类图,无性系

Ｎａｒｅｎｇａ邋ｐｏｒｐｈｙｒｏｃｏｍａ邋（Ｈａｎｃｅ）邋Ｂｏｒ．邋Ｇｅｍｉｐｌａｓｍ（ｓａｍｅ邋ａｓ邋Ｔａｂｌｅ邋２－１）逡逑２．２．４主效应分析逡逑在遗传相似性系数的基础上进行进行ＰＣＡ主效应分析，图２－２显示了河八逡逑王无性系的位置及亲缘关系，与分子聚类结果一致。除了部分河八王无性系灵川逡逑３和永福１外，来自同一区域的无性系如三河河八王、其它灵川河八王等，大多逡逑较紧密的集中在一起，表明所采集的河八王无性系中，来源区域相近的无性系间逡逑亲缘关系较近，来源区域较远的则较疏远。另外，在相对集中区域内部，河八王逡逑无性系的分布也较为分散，排列不是非常紧密，说明了采集区域相近的河八王无逡逑性系间存在较为丰富的遗传变异。逡逑２１逡逑

河八王,主效应分析

逦姐逡逑Ｃｏｓｆｅｉａｔ逡逑图２－１邋１５份河八王无性系的ＵＰＧＭＡ聚类图逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋Ｄｅｎｄｒｏｇｒａｍ邋ｏｆ邋１５邋ａｃｃｅｓｓｉｏｎｓ邋ｏｆ邋Ｎａｒｅｎｇａ邋ｐｏｒｐｈｙｒｏｃｏｍａ邋（Ｈａｎｃｅ）邋Ｂｏｒ．邋ｂｙ逡逑ＵＰＧＭＡ逡逑１＿１５：邋１５份河八王种质资源编号（材料同表２－１）邋１－１５：邋Ｎｏｍｂｅｒ邋ｏｆ邋１５邋ａｃｃｅｓｓｉｏｎｓ邋ｏｆ逡逑Ｎａｒｅｎｇａ邋ｐｏｒｐｈｙｒｏｃｏｍａ邋（Ｈａｎｃｅ）邋Ｂｏｒ．邋Ｇｅｍｉｐｌａｓｍ（ｓａｍｅ邋ａｓ邋Ｔａｂｌｅ邋２－１）逡逑２．２．４主效应分析逡逑在遗传相似性系数的基础上进行进行ＰＣＡ主效应分析，图２－２显示了河八逡逑王无性系的位置及亲缘关系，与分子聚类结果一致。除了部分河八王无性系灵川逡逑３和永福１外，来自同一区域的无性系如三河河八王、其它灵川河八王等，大多逡逑较紧密的集中在一起，表明所采集的河八王无性系中，来源区域相近的无性系间逡逑亲缘关系较近，来源区域较远的则较疏远。另外，在相对集中区域内部，，河八王逡逑无性系的分布也较为分散，排列不是非常紧密，说明了采集区域相近的河八王无逡逑性系间存在较为丰富的遗传变异。逡逑２１逡逑
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S566.1

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