玉米抗倒伏相关性状Meta-QTL及候选基因分析

发布时间：2020-04-13 15:08

【摘要】：倒伏是影响玉米产量和品质的一个重要因素。玉米倒伏不仅会对植株的输导组织产生影响,还会在空间上改变植株整体叶片分布,降低叶片的光合作用效率;茎秆倒伏发生部位还极易引起病虫害的感染,加剧玉米产量和茎秆质量的降低。抗倒伏性状是一个复杂的数量性状,随着分子标记技术的快速发展,大量玉米抗倒伏相关QTL被定位出来,但由于不同研究者所用的定位群体不同、群体大小和作图密度普遍较小等原因,很难找到与玉米抗倒伏紧密连锁的分子标记,能够应用于育种过程的有效标记较少。元分析技术可以在整合不同来源QTL的基础上,获得更为准确的连锁标记位点,对玉米抗倒伏育种具有一定辅助作用。本文在收集玉米抗倒伏相关性状QTL的基础上,对基于不同分子标记定位的QTL分别整合到IBM MaizeSNP50参考图谱和IBM2 2008 Neighbors参考图谱上;通过元分析技术和水稻同源性对比来挖掘玉米抗倒伏相关候选基因。主要结果如下:1.共收集到128篇与玉米抗倒伏相关性状的QTL定位文章,涉及164个定位群体,共2381个抗倒伏相关性状QTL。有1610个抗倒伏相关性状QTL映射到IBM2 2008Neighbors图谱上,经元分析分别得到90个株型相关、42个茎秆相关、39个根系相关、73个抗病虫害相关性状Meta-QTL。有771个抗倒伏相关性状QTL映射到IBM MaizeSNP50参考图谱上,经元分析分别得到82个株型相关、51个茎秆相关、43个根系相关性状Meta-QTL。不同相关性状Meta-QTL在不同染色体上分布的位置较为集中,且置信区间的重叠区域较为密集。2.两张参考图谱上株型相关、茎秆相关、根系相关性状Meta-QTL区域内共同包含的基因分别有909、1769、865个。映射到IBM2 2008 Neighbors参考图谱上抗病虫害相关性状Meta-QTL与基于第三代分子标记技术定位的23个QTL区域内共同包含的基因有2359个。3.对四个相关性状共同包含的基因分别进行功能分析发现,株型相关性状共同基因主要涉及维持植株正常生长发育及代谢调控的泛素连接酶复合物和油菜素内酯代谢通路;茎秆相关性状共同基因主要涉及纤维素合成和抗病虫害相关的糖类合成、丙酸代谢通路、次生代谢产物等过程;根系相关性状共同基因主要涉及胞内、细胞器、鞘脂代谢等细胞形成发育过程;抗病虫害相关性状共同基因主要涉及抗病虫害物质合成,包括萜烯合酶活性、萜类化合物和次生代谢产物的形成等过程。GO富集分析和Pathway富集分析进一步明确了相关性状共同基因在玉米抗倒伏过程中发挥的功能及参与的代谢通路。4.共收集到水稻已克隆的抗倒伏相关基因141个、玉米根系抗倒伏候选基因3个。利用NCBI网站将水稻已克隆抗倒伏相关基因与玉米基因组进行同源性对比,在两张参考图谱的四个相同的相关性状共同基因内挖掘出27个玉米同源抗倒伏候选基因,在IBM22008Neighbors参考图谱四个相关性状共同基因内挖掘出1个玉米抗倒伏候选基因。
【图文】：

对株型相关性状共同基因进行ＧＯ富集分析，结果有１个ＧＯ邋ｔｅｒｍ逡逑被富集，涉及泛素连接酶复合物（ｕｂｉｑｕｉｔｉｎ丨ｉｇａｓｅｃｏｍＰｌｅｘ）。茎秆相关逡逑性状共同基因有４７个ＧＯ邋ｔｅｒｍ被富集，主要涉及胞质外体（核糖核酸逡逑酶复合体）（ｃｙｔｏｐｌａｓｍｉｃ邋ｅｘｏｓｏｍｅ邋（ＲＮａｓｅ邋ｃｏｍｐｌｅｘ））、线粒体邋ＲＮＡ邋３邋’邋端逡逑加工（ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌ邋ＲＮＡ３’＿ｅｎｄ邋ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）、线粒体降解体逡逑（ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌ邋ｄｅｇｒａｄｏｓｏｍｅ）和胞内细胞器（ｉｎｔｒａｃｅｌｌｕｌａｒ邋ｏｒｇａｎｅｌｌｅ）逡逑等。根系相关性状共同基因有９个ＧＯ邋ｔｅｒｍ被富集，主要包括细胞质逡逑（ｃｙｔｏｐｌａｓｍ）、细胞（ｃｅｌｌ）、细胞内（ｉｎｔｒａｃｅｌｌｕｌａｒ）、细胞部分（ｃｅｌｌ逡逑ｐａｒｔ）等。抗病虫害相关性状共同基因有５个ＧＯ邋ｔｅｒｍ被富集，，主要包逡逑括}P稀合酶活性（ｔｅｒｐｅｎｅ邋ｓｙｎｔｈａｓｅ邋ａｃｔｉｖｉｔｙ邋）、聚丙基二甲苯酷甲基转移逡逑酶活性（ｐｏｌｙｐｒｅｎｙｌｄｉｈｙｄｒｏｘｙｂｅｎｚｏａｔｅ邋ｍｅｔｈｙｌｔｒａｎｓｆｅｒａｓｅ邋ａｃｔｉｖｉｔｙ邋）、碳氧逡逑裂合酶活性，作用于a愃嵫危ǎ悖幔颍猓铮睿�ｏｘｙｇｅｎ邋ｌｙａｓｅ邋ａｃｔｉｖｉｔｙ，邋ａｃｔｉｎｇ邋ｏｎ逡逑ｐｈｏｓｐｈａｔｅｓ）、Ｓ－山青素合成酶活性（（＋）－ｄｅｌｔａ－ｃａｄｉｎｅｎｅ邋ｓｙｎｔｈａｓｅ逡�

本文编号：2626126