全基因组关联分析挖掘调控番茄叶片气孔形成的关键基因

发布时间：2023-08-25 20:05

　　番茄(Solanum lycopersicum)是重要的蔬菜作物,也是植物科学研究的模式植物。气孔是植物与外界进行气体和水分交换的通道,参与植物的光合作用、蒸腾作用、逆境响应。然而在番茄中对气孔发育的研究甚少。因此,研究植物气孔形成的分子机制具有重要的意义。本研究通过对500余份番茄重测序材料的全基因组关联分析(GWAS),得到调控番茄叶片气孔数量(密度/单位面积)的基因SlGMDH和SlALMT15,并对基因进行序列分析和功能互补验证,进一步通过相关基因转录调控和逆境胁迫等实验来探究SlGMDH和SlALMT15对番茄气孔发育的调控。主要研究结果如下:1.对500余份番茄重测序种质材料叶片的气孔数量存在显著差异。显微观察发现番茄叶片气孔数量存在广泛变异,在100倍视野下,气孔数量从最少为11个到最多81个。2.通过GWAS分析鉴定出调控番茄叶片气孔数量(密度/单位面积)两个基因。结合重测序获得的4.1M SNPs对叶片气孔数量进行了全基因组关联分析,分别在第3号染色体和第11号染色体鉴定到调控番茄叶片气孔数量的关键基因SlGMDH和SlALMT15。GMDH是一个甘露糖脱水酶,ALM...

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
缩略词表
1 前言
    1.1 课题提出
    1.2 GWAS研究进展
        1.2.1 GWAS的原理
        1.2.2 GWAS在植物中的应用
    1.3 气孔研究进展
        1.3.1 气孔发育过程
        1.3.2 转录因子对气孔发育的调控
        1.3.3 信号肽对气孔发育的调控
        1.3.4 MAPK对气孔发育的调控
        1.3.5 环境因素对气孔发育的调控
        1.3.6 植物激素对气孔发育的调控
    1.4 GMDH的研究进展
    1.5 ALMT的研究进展
    1.6 本研究的目的和意义
2 材料与方法
    2.1 实验材料
        2.1.1 植物材料
        2.1.2 主要菌株与载体
        2.1.3 主要试剂
    2.2 全基因组关联分析
    2.3 目的基因的扩增及序列分析
    2.4 组织表达分析
    2.5 表达载体构建以及遗传转化
        2.5.1 敲除载体CRISPR/Cas9 的构建
        2.5.2 超量表达载体的构建
    2.6 遗传转化和转基因植株的鉴定
    2.7 相关基因的表达分析
    2.8 干旱胁迫抗性实验
3 结果与分析
    3.1 GWAS关联得到控制番茄气孔发育的位点以及相关基因
    3.2 气孔发育候选基因的基因特性
        3.2.1 候选基因SlGMDH的分析
        3.2.2 候选基因SlALMT15 的分析
    3.3 候选基因的表达模式分析
    3.4 转基因功能互补验证
        3.4.1 CRISPR/Cas9 敲除SlGMDH基因导致叶片气孔数量减少
        3.4.2 CRISPR/Cas9 敲除SlALMT15 基因造成叶片气孔数量减少
        3.4.3 超表达SlGMDH基因不影响叶片气孔生成
        3.4.4 超表达SlALMT15 基因不影响气孔生成
    3.5 CRISPR/Cas9 敲除候选基因可提高植株抗旱性
        3.5.1 CRISPR/Cas9 敲除SlGMDH基因提高植株抗旱性
        3.5.2 CRISPR/Cas9 敲除SlALMT15 基因提高植物抗旱性
    3.6 SlGMDH和 SlALMT15 影响气孔发育过程中相关基因的表达
        3.6.1 SlGMDH影响气孔发育过程中相关基因的表达
        3.6.2 SlALMT15 影响气孔发育过程中相关基因的表达
4 讨论
    4.1 SlGMDH调控番茄叶片气孔数量
    4.2 SlALMT15 调控番茄叶片气孔数量
    4.3 总结与展望
参考文献
附录
附表
致谢



本文编号：3843231