胡杨根系生长动态对盐胁迫响应的QTL定位和上位性分析

发布时间：2020-06-05 20:21

【摘要】：根系是植物吸收养分和水分的重要器官,其构型和生长发育机制等问题在发育生物学中占据重要地位。作为我国西北地区重要的生态树种,胡杨(Populus euphratica)的抗逆生态适应性的遗传机理研究尚较为薄弱。开展胡杨根系耐盐性状遗传定位与基因解析研究,不仅可以揭示胡杨耐盐机制,还能发现耐盐能力强、根系发育稳定的优秀胡杨种质资源,对胡杨耐盐良种的筛选有重要实践指导意义。为此,本研究对构建好的胡杨F1作图群体进行组培无性系化,并进行盐处理实验。通过360°拍照获得胡杨根系14个时间点的根系表型生长动态数据,建立功能作图模型分析对照和盐胁迫环境中胡杨根系生长动态性状的显著QTL位点,从动态和发育角度研究胡杨耐盐表型变化的遗传机制。利用2HIGWAS数学模型定位相关的遗传位点,系统阐述基因互作对胡杨根系生长的影响。主要研究结果及结论如下:1.整个观测期,盐胁迫对胡杨不定根的伸长生长呈现抑制作用,而对侧根的抑制作用主要发生在生长的中后期。盐胁迫对胡杨不定根和侧根表面积和体积均呈现抑制作用,且生长进入中后期时抑制作用更显著。在整个观测期,盐胁迫对胡杨不定根数量的抑制作用较弱;而对侧根数量的抑制作用较为显著,且主要发生在生长的中后期。残差分析和拟合优度结果表明,两种环境条件下逻辑斯蒂方程能很好的对根系表型的个体进行拟合,且个体间多样性较强。从群体平均生长曲线发现,不同根系表型的生长发育起始时间,指数增长期持续时间各不相同,在不同根级上,不定根与侧根和总根的生长曲线差别较大。2.通过功能作图发现,对照条件下定位到238个QTLs,相关基因参与AIP合成、细胞分裂素调控、碳代谢等生长相关的生物学过程;盐胁迫条件下定位到248个QTLs,相关基因参与盐胁迫、脱落酸信号转导和细胞氧化解毒等胁迫相关的生物学过程。对照和盐胁迫下共同定位到14个相同的QTLs位点。此外,在不同生长环境中,相同QTL影响下的根系表型生长曲线的最大加速度时刻、最大减速度时刻、生长速率转折点和线性增长持续时间均不相同,表明QTL对根系生长的影响具有环境异质性。3.基于2HIGWAS对初筛后的SNPs和两个生长环境条件下的胡杨根系性状分别进行主效应QTL定位,对照和盐胁迫条件下分别定位到229个和184个显著位点。在对照条件下,两种分析方法之间没有定位到相同的主效位点,但盐胁迫条件下,两种分析方法下共定位到5个相同的显著位点。对在2HIGWAS方法下发掘的主效位点进行功能注释发现,对照条件下成功注释到27条注释信息,盐胁迫条件下成功注释到10条注释信息。4.运用2HIGWAS对显著QTL和主效位点进行基因互作分析发现,对照条件下共检测出QTL-QTL互作158对,其中AA互作类型有134对,AD互作类型有24对,DD互作类型有3对。盐胁迫条件下共检测出QTL-QTL互作118对,其中AA互作类型有93对,AD互作类型有21对,DD互作类型有1对。每对互作QTL随时间呈现出不同的效应方向(正向和负向)和效应强度。14个根系表型中互作QTL的遗传力强度随时间而改变。两种环境条件下,侧根长度、侧根数量、总根长度、总根数量单个互作QTL的遗传力大于5%,其他根系性状均小于5%。与盐胁迫不同,对照条件下根系分支比单个互作QTL的遗传力大于5%,且侧根长度遗传力显著强于盐胁迫条件下。本研究获取了与胡杨根系生长和耐盐相关的遗传位点和主效位点,解析了关键基因的生物学功能以及对根系生长的动态过程和关键时间节点进行了解析,分析了基因间互作对根系表型动态生长过程的影响,这些发现对于揭示胡杨抗逆遗传机制及其耐盐良种选育具有重要的理论实践意义。
【图文】：

图１－１实验技术路线图逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ邋ｆｌｏｗ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｐｒｅｓｅｎｔ邋ｓｔｕｄｙ逡逑

接着在７５％的酒精中刷洗枝条，在每种溶液中将枝条每面刷４－７次，注意不逡逑要损坏枝条表皮，清洗好后在浓度为３％的次氯酸钠中浸泡４０＿，浸泡结束后在流逡逑水下冲洗５ｍｉｎ后浸泡在清水中待用（图２－２邋Ａ）：逡逑（３）外植体接种：外植体茎段在无菌台中先在７５％酒精中浸泡５ｍｍ－８ｍｉｎ，然后逡逑在搅拌器上盛有３５％次氯酸钠溶液的烧杯中浸泡８ｍｉｎ￣１２ｍｍ，浸泡时间依据胡杨枝逡逑条的老嫩程度进行估计，灭菌后用手术刀切成丨－２邋ｃｍ小段，保证每小段有１－２个腋逡逑芽，将茎段生物学下端插入配置好的培养基中0．５ｃｍ左右，，每个组培瓶接种将３－４个逡逑茎段，每个系号接种５－８瓶，共２５－３５个茎段（图２－２邋Ｂ）；逡逑（４）经过１０ｄ左右，茎段腋芽萌发，部分半木质化茎段下端会产生不定根，约１５－逡逑２０邋ｄ腋芽会长大成ｌ－１．５ｃｍ，此时将腋芽剪下接种到新的生根培养基组培瓶中（图２－２逡逑Ｃ
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S792.11


本文编号：2698562