利用GWAS剖析玉米叶片叶绿素衰减速率的遗传基础

发布时间：2020-03-30 21:55

【摘要】：目前由于种植面积的限制,我国玉米(Zea mays)总产量增长已经进入瓶颈阶段,培育出单位面积高产的优良品种则是有效解决我国玉米产量增长后劲不足的方法之一。灌浆期玉米叶片叶绿素含量变化会可通过影响其光合效率进而影响最终产量。本试验通过全基因组关联分析对辽宁和海南环境下玉米叶片叶绿素衰减速率进行研究,初步筛选出参与叶绿素衰减速率调控的候选基因,并进一步分析了环境变化与候选基因的关系,为培养出适宜种植环境的优良玉米品种提供了一定的理论基础。508份玉米自交系所构成的关联群体作为试验材料,分别于2015年11月和2016年5月在海南三亚以及辽宁沈阳两个地区进行种植,每个地区两个重复。使用SPAD-502型叶绿素仪进行叶片衰老阶段叶绿素含量变化的测定,计算叶片叶绿素衰减速率。以海南和辽宁环境间玉米叶绿素衰减速率的差值作为度量环境对该自交系表型影响程度的标准。并根据混合线性模型由两个环境间的表型数据所计算出的最佳无偏线性预测值(BLUP)作为消除环境影响的表型数据。分别对海南、辽宁两个环境叶绿素衰减速率、BLUP值以及差值进行了初步的数据分析,计算玉米叶绿素衰减速率的方差组成以及广义遗传力;根据混合线性模型(MLM)对四组数据进行关联分析作图确定显著SNP位点;参考B73 v2测序结果以及基因注释筛选与显著SNP位点连锁的候选基因。海南、辽宁两个环境叶绿素衰减速率、BLUP值以及差值均呈正态分布,且基因型以及基因型和环境互作均表现为极显著,广义遗传力为40%,不同亚群表型分析结果均与关联群体相似,但亚群之间显著差异。对海南、辽宁两个环境叶绿素衰减速率关联分析分别发现12个和21个显著位点,并分别筛选出16个和31个候选基因;对BLUP值和差值分析分别发现了17个和34个显著位点,筛选出的候选基因分别有20个和47个。四组候选基因中,与信号转导相关的依次占各自的43.75%、32.26%、38.10%和51.06%。这些与信号转导相关的基因可分为三类:与感受外界温度、光照以及体内活性氧含量变化相关的信号感应;与多种激素的合成和运输相关的信号传递;与参与多糖运输、转录调控以蛋白质降解相关的信号受体等。与差值相关的信号转导基因多为与信号感受器和信号受体相关。玉米主要通过信号转导途径来调控叶片叶绿素衰减速率,环境对自交系表型的影响程度与信号转导途径的信号感受器和信号受体的敏感程度有关。
【图文】：

谷氨酸-原卟啉Ⅸ通路Fig.1-1Glutamate-ProtoporphyrinIXpathway

原卟啉Ⅸ,叶绿素酸酯,粪卟啉,最后产物

第一章文献综述在黑暗条件下叶绿素酸酯积累不受影响，这与加入大量外源 ALA 的植株极为相似，由此可以确定 FlU 蛋白可在一定条件下抑制 GLuTR 并影响 ALA 的合成从而达到抑制叶绿素合成的目的(Meskauskiene et al，2001；Goslings et al，，2004)。1.1.1.2 原卟啉Ⅸ（proto Ⅸ）到叶绿素的生物合成不同于谷氨酸-原卟啉Ⅸ阶段与其他卟啉类物质共用，第二阶段属于叶绿素多有的代谢通路，这个阶段以原卟啉Ⅸ为起点，终产物有两个分别为叶绿素 a 和叶绿素 b(Bollivar et al，1994；Beale，2005)。另外还有一点与第一阶段不同，相对于第一阶的路径，第二阶段具有多条分支可达反应终点，详见图 1-2，图 1-3。
【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S513

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