小麦籽粒缺陷型QTL定位和候选基因分析

发布时间：2020-06-01 06:10

【摘要】：籽粒正常发育是小麦产量形成的基本保障,籽粒表型的遗传研究对于解析小麦籽粒形态建成和产量形成的分子机理具有重要意义。在育种过程中我们鉴定到一批籽粒缺陷型(Defective kernel,Dek)小麦材料,其成熟籽粒凹陷严重,对小麦产量及品质都有严重影响。本研究选用一对小麦Dek近等基因系BL31和BL33杂交构建遗传作图群体,利用高通量的SNP芯片结合经济灵活的SSR标记实现了Dek QTL的定位,并依据小麦参考基因组的基因注释和生化分析预测了候选基因,为Dek控制基因的图位克隆奠定了良好基础。本研究的主要结果如下:1.本研究利用缺陷型籽粒的百分率(Dek率)界定籽粒表型。亲本BL31的Dek率为0,BL33的Dek率为100%。表型相关性分析显示遗传群体在不同环境间的相关系数0.70 0.92(P0.01);方差分析显示Dek率在株系间差异显著,在环境间差异极显著,其广义遗传力为0.95。遗传群体在3个环境中的Dek率分布均呈明显的“峰-谷”模式,表明在群体中存在控制Dek的主效QTL。2.通过对BL31和BL33进行Wheat660K SNP芯片检测,发现染色体1A、1B、2A、3A、3B、4A、4B、5A、6B和7B上多态性SNP频率相对较高,判定它们更有可能包含Dek QTL;通过筛选分布于这些染色体上的783个SSR标记,发掘到35个在亲本、基因池和极端群体间表现一致的多态性SSR标记;利用这些标记对F_2群体进行基因分型,有15个被整合到3B和4A两个连锁群上,结合表型数据共检测到3个稳定的QTL,分别命名为QDek.caas-3BS.1、QDek.caas-3BS.2和QDek.caas-4AL,解释的表型变异率分别为14.78% 18.17%、16.61% 21.83%和19.08% 28.19%。3.为了对目标QTL区段进行标记加密,共将60个双亲间多态性的SNP转化为CAPS标记,其中3个CAPS标记成功把QDek.caas-3BS.2和QDek.caas-4AL的遗传距离分别缩小到14.01 cM和13.18 cM。另外,AX-110042240和AX-108996126进一步增加了QDek.caas-3BS.1和QDek.caas-4AL的标记密度。4.生化分析显示,籽粒缺陷型株系BL33成熟籽粒的淀粉含量低于正常株系BL31,但是几乎整个灌浆期BL33的籽粒蔗糖含量要高于BL31,这意味着缺陷型株系蔗糖和淀粉代谢通路异常。根据中国春的参考基因组,QDek.caas-3BS.1、QDek.caas-3BS.2和QDek.caas-4AL相应的物理区间为11.24 Mb、1.16 Mb和1.13 Mb,分别包含206、14和13个编码基因。其中9个与碳水化合物代谢通路或籽粒发育相关,转录组和定量PCR分析显示,仅有4个基因在发育的籽粒中有较高的表达活性,分别命名为TaFba-3B、TaBff-3B、TaABA4-3B和TaSus-4A,推测它们是控制Dek的候选基因。
【图文】：

中国农业科学院硕士学位论文 第一章 引言成熟的小麦籽粒主要分为种皮（Seed coat）、胚乳（Endosperm）和胚（Embryo）三个部分，其中，胚又包括盾片（Scutellum）、胚芽（Plumule）和胚根（Radicle）三部分（图 1.1）。种皮是一层具有保护功能的外皮层，是由果皮和种皮紧贴在一起形成的复合组织，约占籽粒干重的14%；发育完整的胚占籽粒干重的 3% 左右；胚乳是小麦籽粒中含量最多和最主要的储能组织占籽粒干重的 83% 左右，其中有 80% 90% 左右为淀粉，因此胚乳中淀粉含量是小麦籽粒产量和面粉品质的主要决定因素（White and Edwards, 2008; Shewry and Morell, 2001）。

中国农业科学院硕士学位论文 第一章 引言们以重复的方式聚集，使得分支频率相对较高的区域与几乎没有分支的区域交替（Keeling andMyers, 2010）。直链淀粉的含量较支链淀粉低，两者在籽粒淀粉中的含量比大约是 1:3。直链淀粉和支链淀粉通过形成淀粉粒贮存在胚乳中，，淀粉直接由这些半结晶的淀粉颗粒组成，经萃取干燥后形成白色粉末状。淀粉粒的微观结构是直径约为 0.5 100 μM 的球形、椭圆形或多面体。淀粉粒的大小和形态由产生淀粉粒的器官的特征决定（Jane et al., 1994）。淀粉粒在大多数环境条件下都可以被认为是中等惰性的，几乎不能保持水分，这些特性使它们成为理想的储存和运输物质。研究证明，支链淀粉合成过程受阻会导致淀粉粒形态的改变，而直链淀粉不是正常淀粉粒形成的必要条件，因此即便直链淀粉含量变化很大，淀粉粒形态都不会发生很大变化。
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S512.1

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本文编号：2691064