玉米粒长qKL1.07和粒宽qKW7b的精细定位和候选基因挖掘
发布时间：2021-11-13 17:48
玉米（Zm mays L.）籽粒大小是影响产量的关键因素,也是驯化和改良过程中重要的目标性状。籽粒大小属于复杂数量性状、由微效多基因控制。随着现代分子生物学的发展,人们对自然变异控制玉米籽粒大小关键基因的研究报道逐渐增多。本实验室前期研究分别在玉米第1染色体bin 1.07和第7染色体bin 7.02上定位到控制粒长的主效QTL qKL1.07和粒宽的主效QTL qKW7。在此基础上,本研究分别构建两个目标QTL的高代回交群体,结合分子标记辅助选择和高密度SNP芯片筛选目标QTL近等基因系,构建大规模分离群体,精细定位了这两个目标QTL,结合连锁分析、关联分析、转录组测序、比较基因组学和遗传转化等方法确定了候选基因,并进行了功能验证。主要研究结果如下:1)玉米粒长QTLqKL1.07精细定位和候选基因分析。利用粒长近等基因系构建8375个F2单株,将qKL1.07精细定位在B73参考基因组48 kb区间,区间内注释有细胞色素P450（Zm00001d032035）和羧酸酯酶（Zm00001d032036）2个基因。在精细定位区间,作图群体双亲Mo17和黄早四的参考基因组分别有131 k...
【文章来源】：中国农业科学院北京市
【文章页数】：110 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
Zm00001d032035蛋白质序列分析
本研究技术路线的基本思路:根据课题组前期籽粒大小QTL初定位和精细定位的结果,构建高代回交群体验证目标QTL的遗传效应,并利用分子标记辅助选择筛选出包含目标QTL的近等基因系,构建大规模的分离群体,采用图位克隆和功能基因组学的方法完成候选基因的挖掘与生物学功能验证,为阐明玉米籽粒大小形成的分子机制奠定基础。粒长是玉米籽粒大小遗传改良的重要目标性状之一,与单株产量显著正相关,是构成玉米产量的重要组成因子(李永祥等,2009)。精细定位和克隆粒长关键基因,有助于揭示籽粒产量形成的分子生物学基础,为开展分子设计育种提供理论指导和基因资源。目前已克隆的水稻粒长基因有GS3、DEP1、GL3.1/OsPPKL1、TGW3/qTGW3/GL3.3等负调控基因,qL GY3/OsLG3b、GW6a、WG7、GL7/GW7等正调控基因(LI et al.,2020)。然而,利用自然变异开展玉米粒长关键基因图位克隆的研究还未见报道。在课题组前期研究中,利用黄早四为共同亲本和其他11个骨干自交系杂交后构建的多重RIL群体和覆盖全基因组的757个SNP标记对粒长进行QTL初定位,在第1染色体bin 1.07定位到1个在不同环境下3个RIL群体(郑58、Mo17和Pa405)均稳定表达的主效QTL,命名为qKL1.07,该位点在黄早四和Mo17的RIL群体中可以解释29.1%的粒长表型变异,且没有检测到粒宽和百粒重QTL(LI et al.,2013)308-312。利用2个粒长差异显著的骨干自交系Mo17和黄早四为亲本构建的RIL群体和基于简化基因组测序(genotyping by sequencing,GBS)构建的高密度遗传图谱对粒长进行QTL重定位,结果表明q KL1.07在2009北京、2009新疆、2010新疆3个环境下均能定位到,其LOD(logarithm of odds)值和可以解释的表型变异分别为7.54和23.35%,7.35和21%、3.3和10.63%,物理位置在玉米第1染色体209.23-211.89 Mb之间,与低密度图谱相比高密度遗传图谱定位精度大约提高10倍(秦伟伟等,2015)。同时,以黄早四为轮回亲本,Mo17为供体亲本,构建BC3F1、BC3F2、BC3F3和BC3F4高代回交群体,结合单株的粒长表型鉴定和基因型,在BC3F4群体中将qK L1.07目标区段缩小到1.6 Mb(QIN et al.,2016)。在此基础上,本研究利用高代回交群体在不同环境进一步验证qKL1.07的遗传效应,通过高密度基因芯片筛选含目标QTL的近等基因系,构建大规模分离群体,结合重组家系的基因型和表型,对qKL1.07进行精细定位和候选基因挖掘、验证候选基因的生物学功能,为阐明玉米籽粒大小差异形成的分子机制奠定基础。
本研究qKL1.07精细定位的基本思路是根据多个高代回交群体多环境粒长QTL的定位结果,利用分子标记筛选出包含qKL1.07的粒长近等基因系,通过构建目标QTL区段的大规模分离群体筛选重组单株并利用自交和分子标记辅助选择得到覆盖目标QTL区间的跨叠系,结合目标区段的基因型分析和多环境粒长表型精准鉴定,完成q KL1.07的精细定位和候选基因发掘。2.1.3 基因型分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]玉米籽粒形成的分子生物学基础[J]. 赵然,蔡曼君,杜艳芳,张祖新. 中国农业科学. 2019(20)
[2]玉米株高主效QTL qPH3.2精细定位及遗传效应分析[J]. 刘忠祥,杨梅,殷鹏程,周玉乾,何海军,邱法展. 作物学报. 2018(09)
[3]玉米育种行业创新现状与发展趋势[J]. 赵久然,王帅,李明,吕慧颖,王道文,葛毅强,魏珣,杨维才. 植物遗传资源学报. 2018(03)
[4]基于高密度遗传图谱的玉米籽粒灌浆特性遗传解析[J]. 高星,李永祥,杨明涛,李琲琲,李春辉,宋燕春,张登峰,王天宇,黎裕,石云素. 中国农业科学. 2017(21)
[5]中国重要玉米自交系种质资源子粒性状特征分析[J]. 李鑫,李永祥,吴迅,白娜,宋燕春,张登峰,王天宇,黎裕,石云素. 植物遗传资源学报. 2016(01)
[6]基于高密度遗传图谱的玉米籽粒性状QTL定位[J]. 秦伟伟,李永祥,李春辉,陈林,吴迅,白娜,石云素,宋燕春,张登峰,王天宇,黎裕. 作物学报. 2015(10)
[7]我国玉米育种种质基础与骨干亲本的形成[J]. 黎裕,王天宇. 玉米科学. 2010(05)
[8]玉米籽粒构型与产量性状的关系及QTL作图[J]. 李永祥,王阳,石云素,宋燕春,王天宇,黎裕. 中国农业科学. 2009(02)
[9]玉米籽粒性状的遗传效应分析[J]. 李玉玲,张泽民,许自成,席章营. 遗传. 2000(03)
[10]玉米籽粒性状的遗传模型研究[J]. 张红伟,孔繁玲. 遗传学报. 2000(01)
博士论文
[1]玉米穗行数、雄穗分枝数及叶片冠层结构性状的QTL定位[D]. 唐登国.四川农业大学 2018
[2]转录因子ABP7在玉米籽粒发育过程中的功能及其分子机理分析[D]. 刘浩.中国农业大学 2017
硕士论文
[1]玉米粒长主效QTL qKL9的遗传剖析[D]. 李淑桢.华中农业大学 2017
[2]玉米籽粒产量相关性状QTL qKW7的精细定位[D]. 李鑫.中国农业科学院 2015
本文编号：3493442
【文章来源】：中国农业科学院北京市
【文章页数】：110 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
Zm00001d032035蛋白质序列分析
本研究技术路线的基本思路:根据课题组前期籽粒大小QTL初定位和精细定位的结果,构建高代回交群体验证目标QTL的遗传效应,并利用分子标记辅助选择筛选出包含目标QTL的近等基因系,构建大规模的分离群体,采用图位克隆和功能基因组学的方法完成候选基因的挖掘与生物学功能验证,为阐明玉米籽粒大小形成的分子机制奠定基础。粒长是玉米籽粒大小遗传改良的重要目标性状之一,与单株产量显著正相关,是构成玉米产量的重要组成因子(李永祥等,2009)。精细定位和克隆粒长关键基因,有助于揭示籽粒产量形成的分子生物学基础,为开展分子设计育种提供理论指导和基因资源。目前已克隆的水稻粒长基因有GS3、DEP1、GL3.1/OsPPKL1、TGW3/qTGW3/GL3.3等负调控基因,qL GY3/OsLG3b、GW6a、WG7、GL7/GW7等正调控基因(LI et al.,2020)。然而,利用自然变异开展玉米粒长关键基因图位克隆的研究还未见报道。在课题组前期研究中,利用黄早四为共同亲本和其他11个骨干自交系杂交后构建的多重RIL群体和覆盖全基因组的757个SNP标记对粒长进行QTL初定位,在第1染色体bin 1.07定位到1个在不同环境下3个RIL群体(郑58、Mo17和Pa405)均稳定表达的主效QTL,命名为qKL1.07,该位点在黄早四和Mo17的RIL群体中可以解释29.1%的粒长表型变异,且没有检测到粒宽和百粒重QTL(LI et al.,2013)308-312。利用2个粒长差异显著的骨干自交系Mo17和黄早四为亲本构建的RIL群体和基于简化基因组测序(genotyping by sequencing,GBS)构建的高密度遗传图谱对粒长进行QTL重定位,结果表明q KL1.07在2009北京、2009新疆、2010新疆3个环境下均能定位到,其LOD(logarithm of odds)值和可以解释的表型变异分别为7.54和23.35%,7.35和21%、3.3和10.63%,物理位置在玉米第1染色体209.23-211.89 Mb之间,与低密度图谱相比高密度遗传图谱定位精度大约提高10倍(秦伟伟等,2015)。同时,以黄早四为轮回亲本,Mo17为供体亲本,构建BC3F1、BC3F2、BC3F3和BC3F4高代回交群体,结合单株的粒长表型鉴定和基因型,在BC3F4群体中将qK L1.07目标区段缩小到1.6 Mb(QIN et al.,2016)。在此基础上,本研究利用高代回交群体在不同环境进一步验证qKL1.07的遗传效应,通过高密度基因芯片筛选含目标QTL的近等基因系,构建大规模分离群体,结合重组家系的基因型和表型,对qKL1.07进行精细定位和候选基因挖掘、验证候选基因的生物学功能,为阐明玉米籽粒大小差异形成的分子机制奠定基础。
本研究qKL1.07精细定位的基本思路是根据多个高代回交群体多环境粒长QTL的定位结果,利用分子标记筛选出包含qKL1.07的粒长近等基因系,通过构建目标QTL区段的大规模分离群体筛选重组单株并利用自交和分子标记辅助选择得到覆盖目标QTL区间的跨叠系,结合目标区段的基因型分析和多环境粒长表型精准鉴定,完成q KL1.07的精细定位和候选基因发掘。2.1.3 基因型分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]玉米籽粒形成的分子生物学基础[J]. 赵然,蔡曼君,杜艳芳,张祖新. 中国农业科学. 2019(20)
[2]玉米株高主效QTL qPH3.2精细定位及遗传效应分析[J]. 刘忠祥,杨梅,殷鹏程,周玉乾,何海军,邱法展. 作物学报. 2018(09)
[3]玉米育种行业创新现状与发展趋势[J]. 赵久然,王帅,李明,吕慧颖,王道文,葛毅强,魏珣,杨维才. 植物遗传资源学报. 2018(03)
[4]基于高密度遗传图谱的玉米籽粒灌浆特性遗传解析[J]. 高星,李永祥,杨明涛,李琲琲,李春辉,宋燕春,张登峰,王天宇,黎裕,石云素. 中国农业科学. 2017(21)
[5]中国重要玉米自交系种质资源子粒性状特征分析[J]. 李鑫,李永祥,吴迅,白娜,宋燕春,张登峰,王天宇,黎裕,石云素. 植物遗传资源学报. 2016(01)
[6]基于高密度遗传图谱的玉米籽粒性状QTL定位[J]. 秦伟伟,李永祥,李春辉,陈林,吴迅,白娜,石云素,宋燕春,张登峰,王天宇,黎裕. 作物学报. 2015(10)
[7]我国玉米育种种质基础与骨干亲本的形成[J]. 黎裕,王天宇. 玉米科学. 2010(05)
[8]玉米籽粒构型与产量性状的关系及QTL作图[J]. 李永祥,王阳,石云素,宋燕春,王天宇,黎裕. 中国农业科学. 2009(02)
[9]玉米籽粒性状的遗传效应分析[J]. 李玉玲,张泽民,许自成,席章营. 遗传. 2000(03)
[10]玉米籽粒性状的遗传模型研究[J]. 张红伟,孔繁玲. 遗传学报. 2000(01)
博士论文
[1]玉米穗行数、雄穗分枝数及叶片冠层结构性状的QTL定位[D]. 唐登国.四川农业大学 2018
[2]转录因子ABP7在玉米籽粒发育过程中的功能及其分子机理分析[D]. 刘浩.中国农业大学 2017
硕士论文
[1]玉米粒长主效QTL qKL9的遗传剖析[D]. 李淑桢.华中农业大学 2017
[2]玉米籽粒产量相关性状QTL qKW7的精细定位[D]. 李鑫.中国农业科学院 2015
本文编号：3493442
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