玉米气生根后生木质部导管数量的全基因组关联分析

发布时间：2020-07-06 13:16

【摘要】：玉米作为人类的主要三大粮食作物之一,其产量在本世纪初已经超过了水稻和小麦的产量,一跃成为了三大粮食作物的榜首。在玉米生长的过程中,很多因素的影响使其产量减少,其中干旱胁迫是导致玉米减产的重要环境因子之一,这种非生物胁迫会极大程度上的制约大部分地区的农牧生产,也会不同程度的对粮食生产与经济发展造成严重的影响。在玉米生长发育的过程中,玉米对水的需求要远远的大于对其他物质的需求。在玉米植株中,负责吸收水分的器官是根系,根系作为植株的吸收器官在维系植株的生命、吸收养分和植株生长等方面都有着非常显著的作用。然而在根系中,主要负责运输水分和营养的部分是根的后生木质部,在后生木质部中导管又是直接负责植物体内运输水分和养分的管状结构,所以后生木质部的导管数量是直接影响植物气生根运输能力的因素。所以玉米的后生木质部部分的导管的数量与植物水分和营养的运输及玉米对干旱胁迫的响应有着密切的关系。本试验用全球搜集来的508份玉米自交系的关联群体为遗传材料,在海南、吉林和辽宁三个环境种植两个重复,通过对全基因组关联分析(GWAS)的手段,对气生根后生木质部的导管数量性状进行遗传基础剖析。主要研究结果如下:1.玉米气生根后生木质部导管数量的相关分析:所调查的目标性状呈现明显的连续分布趋势,且为正态分布,其广义遗传力为39%,呈现出中等水平。四个试验点自交系的玉米气生根后生木质部导管数量的均值差异不大,在36.9左右。四个试验点与四个试验点的数据计算所得的最佳无偏线性预测值五者之间的气生根后生木质部导管数量数据都有着相关性。气生根后生木质部导管数量的基因型方差出现了极显著的差异,环境方差和基因型与环境的互作方差都出现了显著的差异,然而基因型与环境的互作仅占总的变异的很小部分。2.玉米气生根后生木质部导管数量的GWAS分析试验使用MLM模型进行的全基因组关联分析,阈值为P1.04x10~(-5)的时候,共检测到17个显著的独立SNP位点,这17个显著的独立SNP位点分别位于1,2,3,4,6,10号染色体上,每个SNP的置信区间内对应的有3,4,1,2,6,1个与性状显著相关的SNP位点。在SNP置信区间内共找到55个候选基因,以拟南芥中同源基因作为候选基因功能注释,其中已知功能的候选基因被分为8个功能类型,包括信号传导途径,转录调控途径,细胞转运途径,代谢途径,分泌途径,RNA编辑途径和氧化-还原反应类,还有一部分的候选基因没有功能注释。一部分筛选出候选基因在根和维管组织中有着高度表达。再进一步的通过功能注释筛选出7个与玉米气生根后生木质部导管数量相关的候选基因。这7个候选基因调控的途径可分为两大类:转录调控途径、信号传导途径。转录调控途径类有5个候选基因,分别是GRMZM2G031200、GRMZM2G030710、GRMZM2G422670、GRMZM2G470422和GRMZM2G123029;信号传导途径类有2个候选基因,分别是GRMZM2G007914和GRMZM2G128315。
【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
【图文】：

亚群,群体,来源,百分比

图 2-1 关联群体来源和亚群百分比分布Fig. 2-1 Percentage distribution of sources and subpopulations of related groups国玉米种质资源创新项目；CIMMTY，国际玉米改良中心；CHINA，中国骨干自交系；SS，坚杆；NSS，TST，热带及亚热带；MIXED，混合

示意图,玉米根系,示意图

玉米根系示意图

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图 2-3 玉米根显微示意图图 2-4 番红染色剂染色的气生根切片ig. 2-3 Microscopic diagrammatic sketch of root Fig. 2-4 Microscopic map of maize stain aerial root本试验要测量的性状是后生木质部导管的数量(Metaxylem Vessel Number)。试验中使用徒手切片的方法来获取玉米气生根纵切片。试验材料浸泡在 FAA 固定液内存了 3-7 天后，外层的木质部会变得柔软易切割，我们选用单面刀片切去尽可能薄

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