谷子穗顶端败育突变体sipaa1的基因定位和转录组分析

发布时间：2020-11-12 04:33

　　 谷子(Setaria italica(L.)P.Beauv)是禾本科狗尾草属的一年生作物,其种子去壳后即人们俗称的“小米”,是我国北方干旱半干旱地区主要的粮食作物。谷子中人体必需氨基酸含量远高于其他禾本科作物,如小麦、玉米和水稻等,且其中富含的微量元素也很丰富,是一种重要的健康营养杂粮。谷子为二倍体自花受粉的单子叶C_4作物,生育周期短(80—140天),基因组较小(约515Mb),实验室操作方便。同时,谷子基因组与水稻基因组具有较高的共线性,是除水稻之外的另一种具有较大潜力的模式作物~([1-2])。穗是谷子产量的最终形成部位,穗部形态与结构始终是遗传育种的重要性状,而穗顶端败育严重影响作物的产量及品质,因此对穗顶端败育突变体的研究有助于揭示穗顶端败育的遗传机制,对提高粮食产量具有积极的指导意义。本研究通过对野生型豫谷一号(Yugu1)进行甲基硫酸乙酯(Ethyl Methyl Sulfonate,EMS)化学诱变,从中发现了一个稳定遗传的穗顶端败育突变体,命名为sipaa1。通过对突变体进行植物学观察发现,与Yugu1相比,突变体的表型变异主要集中在穗部,表现为穗顶端小花败育,枝梗数显著减少,出现了明显的秃尖现象,导致谷穗产量大幅下降。对连续多代种植的突变体进行遗传分析鉴定发现,谷穗顶端败育是单基因控制的性状变异。在此基础上,以突变体sipaa1母本和SSR41父本构建的F_2定位群体的隐性单株为材料,对突变基因进行BSA混池测序法基因定位发现,突变基因定位于1号染色体Indel标记In1-9.23与In1-9.322之间约110Kb的范围内。对突变体进行高通量测序,结果在该定位区间内发现了12个候选基因,其中6个在谷子穗部高表达。突变体sipaa1和野生型Yugu1的转录组测序结果显示,突变体与野生型之间存在2768个上调基因,507个下调基因,且差异基因主要存在于激素信号转导、外界胁迫响应、植物-病原互作等通路中,该结果暗示突变体中目的基因的变异可能激活了植物对激素和胁迫的响应。将RNA-Seq结果以及基因组织表达特异性数据分析,在该定位区间内确定了2个与植物花器官发育及胁迫响应密切相关的穗部高表达候选基因。本研究初步探索了与谷子穗顶端败育相关的遗传因素,为下一步禾本科作物穗顶端败育相关的通路研究提供了基础。
【学位单位】：山西大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S515
【部分图文】：

图 1.1 RNA-Seq 测序流程图Fig1.1 Flow chart of RNA Sequencing1.4.3 转录组测序技术的应用1.4.3.1 基因的挖掘和和功能预测高通量转录组测序的最终目标是对获取的生物体或生物组织表达的全列进行鉴定，从中获得有参考注释的基因或发掘新基因并预测其生物学功丰富已知物种的基因注释内容。姚坚强[55]在幼穗分化期的糯玉米中发现了育相关基因，这些基因存在 35 处碱基的突变，导致了 18 个氨基酸的差异。等从‘晋谷 21’中鉴定出 1.74%（614 个）的蛋白质编码新基因，其中高表比约为 7.17%（44 个），低表达基因占比约为 19.87%（122 个），500nt 以本约占 93.32%。Vega-Arreguín 等[57]从墨西哥地方玉米品种 Palomero Tolu到了约 5.67％（86069 个）新转录本。Yeonhwa[58]等对韩国谷子品种 Taejin重头组装发现其中包含有 145332 个差异表达基因，可能导致 82925 个蛋白

第三章 结果与分析第三章 结果与分析3.1 突变体 sipaa1 表型特征与野生型相比，突变体 sipaa1 的谷穗和叶片发生了较大变化，在穗部尤其明显在穗发育的早期，突变体就出现了顶端穗秃尖黄化现象，随着谷穗分化的进行，从下往上一级分枝数逐渐递减，其上的二、三级分枝数也相应的减少，导致穗发育完成后，从下往上谷穗数量逐渐稀疏（图 1-D），大小显著变小(图 1-E)，谷穗明显变细，其形状由原来的圆筒形变为鸡嘴形（图 1-B），且穗颈明显变长，其形状也由原来的勾形变为中弯（图 1-A）。突变体的叶长（倒二叶）较 Yugu1 显著变长。突变体与 Yugu1 的株高没有明显差异，但 Yugu1 平均茎节数为 14，突变体平均茎节数较Yugu1 少一节（13 节）。

著（表 3.1、图 3.2-A）；野生型叶长 45.33cm，较突变体（40.50cm）长 10.66%（表3.1、图 3.2-B)差异极显著；野生型叶宽 3.54mm，较突变体（3.36mm）降低了 5.08%，差异不显著（表3.1、图3.2-C）。对穗部主要性状进行统计发现，野生型穗长为23.67cm，突变体（20.98mm）略有降低，二者差异不显著（表 3.1、图 2-E）；野生型 Yugu1穗粗 30.64mm，突变体（25.70mm）降低了 16.12%（表 3.1、图 3.2-F）；野生型谷码数为 104.20，突变体（70.25）减少了 32.58%（表 3.1、图 3.2-H）; 野生型千粒重为 2.64g，突变体（3.12g）增加 18.18%（表 3.1，图 3.2-J）。总之
【参考文献】

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本文编号：2880252