木薯抗旱性关联分析和两个MYB基因自然变异分析

发布时间：2020-07-12 15:58

【摘要】：木薯是重要的粮食作物、能源作物,主要种植于热带、亚热带地区,常受到季节性干旱的影响,对间歇性干旱具有较强的耐受性。对木薯群体进行耐旱性评价、研究木薯耐旱机理并挖掘优良耐旱等位基因,可为木薯高产抗旱品种选育奠定基础。本研究以木薯自然群体(包括来自于13个国家和地区的150份木薯种质)为研究对象,调查与地上部鲜重和储藏根产量相关的性状,并收集了6个与干旱胁迫响应相关的生化指标的表型数据,分析评价干旱胁迫对木薯群体的影响,筛选木薯耐旱品种。通过EST-SSR标记和简化基因组测序两种通量的基因分型方法,我们获得了木薯群体的全基因组标记基因型。为了挖掘耐旱相关基因,我们将基因型与抗旱性状表型数据进行了全基因组关联分析,同时结合已报道的木薯转录组和蛋白组数据筛选耐旱相关的等位基因。另外,多个MYB家族成员被证实与木薯干旱胁迫响应有关,为了了解MYB基因的自然变异和抗旱性状之间的关系,为MYB基因的功能验证提供证据和方向,本研究对其中的两个R2R3-MYB转录因子基因进行了基因区DNA重测序,分析其自然变异及与木薯耐旱性状之间的相关性。论文主要结果如下:1.干旱胁迫对木薯群体性状平均值有显著性的影响,根据抗旱性度量值D值可将木薯群体成员的抗旱性划分为高抗、中抗和敏感三大类。处理组储藏根干物质率、脯氨酸-R等多个性状表型测定值,以及SOD-L、SRS-R、Proline-R等性状耐旱系数在3类抗旱性材料间均存在极显著差异,并且3个性状耐旱系数在两次实验中在3类抗旱性材料间重复检测到显著差异。2.使用107对EST-SSR标记引物对木薯群体进行检测,总共有98对引物扩增得到了特异性片段,获得了97个多态性位点,包含279个等位基因。种质材料两两间的遗传相似系数分布在0.21~0.82之间,平均为0.37。通过关联分析筛选到53个显著关联标记,对表型变异解释率分布在2.66~28.09%之间,平均为8.60%。对所筛选到的53个标记进行注释得到了50个基因,其中的4个基因在木薯干旱转录组和蛋白组中均有显著的表达差异,另有20个基因只在干旱胁迫相关转录组中有显著的表达差异。3.利用16,173个高质量木薯SNP进行了抗旱性全基因组关联分析,获得了1,990个SNP标记与木薯群体的性状耐旱系数显著关联。其中有256个功能SNP与耐旱性状显著关联,位于172个基因内。通过与已有的木薯干旱转录组和蛋白组数据进行比较,我们从172个基因中筛选到42个与干旱胁迫响应有关的基因。4.将组学筛选得到的66个干旱胁迫响应的关联基因,与目标性状关键基因进行功能互作预测分析,筛选得到了29个与目标性状关键基因可能存在功能互作的基因。对这29个基因进行q RT-PCR验证,结果表明,有9个基因表达模式与木薯干旱转录组结果一致。其中包括5个多效基因,分别为06G045100、10G078800、12G005000、12G074800和16G022700。除12G005000为负调控基因,干旱胁迫时表达量下调外,其他4个基因均上调表达。这5个多效基因可以作为今后木薯抗旱机理研究的重要候选基因。5.木薯MeMYB91基因的编码区SNP位点可划分为29种单倍型,包括7种主要单倍型。这7种主要的单倍型可归为两类,其中一类与橡胶木薯W14的MeMYB91亲缘关系更近,它们之间的Ka/Ks1,这说明在木薯育种过程中MeMYB91受到正向选择的作用。MeMYB91基因编码区内有12个功能SNP位点与CAT酶活、脯氨酸含量、SOD酶活、还原糖含量、地上部鲜重、储藏根数目和储藏根干物质率等性状显著关联,这表明该基因可能在木薯干旱胁迫响应过程中起重要的调控作用。木薯Me MYB26基因区总计发现21个SNP,其中的5个非同义突变SNP、1个提前终止突变SNP与CAT酶活、MDA含量、单株储藏根数目、脯氨酸含量、SOD酶活和单株地上部鲜重等性状耐旱系数显著关联。本研究通过全基因组关联结合转录组和蛋白组数据分析的方法来筛选木薯耐旱相关的等位基因,为高效、准确筛选木薯耐旱相关基因进行了数据准备和方法探索,对于进一步研究木薯耐旱分子机制具有重要的意义。
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S533
【图文】：

调控rd22的模型，如图2所示，干旱和盐胁迫导致ABA的合成，ABA作为信号分子诱导了bHLH类蛋白rd22BP1和AtMYB2的表达，rd22BP1和AtMYB2结合至干旱胁迫响应基因rd22启动子区的MYC和MYB结合位点上，调控rd22基因的表达(Abe 1997)。Yoo等报道AtMYB2可直接调控钙调蛋白，提高拟南芥抗盐胁迫能力(Yoo et al 2005)。AtMYB2响应磷缺乏信号，并且AtMYB2直接与miR399f基因的启动子区结合，调控miR399f的表达

本研究在木薯材料中对这两个基因的基因区进行重测序研究，分析其自然变异，并利用候选基因关联分析法研究其与抗旱性状的关联，为这两个基因的功能验证提供证据和方向。本研究技术路线如图3所示。图3本研究技术路线图Fig.3 The technology route of this study.

2.3.1 干旱对木薯材料的影响为了研究短期干旱胁迫对木薯材料的影响，本论文对两次干旱胁迫实验获得性状的表型数据进行描述性统计分析。结果如图4和附录3所示，在对照和干旱处理两个条件下，性状测定值变异系数最高的是POD含量（总计8组数据的变异系数平均为1.52），变异系数最低的是可溶性还原糖（总计8组数据的变异系数平均为0.23）。干旱胁迫会增加木薯群体性状的多样性，如两次实验叶和根的脯氨酸含量测定值的变异系数处理组均大于对照组的脯氨酸含量变异系数。此外，AGFW-2014、MDA-L-2014、MDA-R-2014、SRS-L-2014、SRS-R-2014、SRS-R-2015、SOD-L-2014、SOD-R-2014、POD-L-2015、POD-R-2015、CAT-L-2014和SRN-2014等，干旱处理组性状的测定值变异系数均大于对照组表型变异系数。同时，AGFW-2015、MDA-L-2015、MDA-R-2015、SRS-L-2015、SOD-L-2015、SOD-R-2015、POD-L-2014、POD-R-2014、CAT-R-2014、CAT-L-2015、CAT-R-2015以及干旱处理组储藏根相关SRFW-2014、SRDW-2014和SRDMP-2014的表型值变异系数比对照组的表型值变异系数小。为进一步了解干旱胁迫对木薯材料影响是否显著，本研究对同一次实验同一部位的干旱组和对照组数据进行了方差分析

本文编号：2752184