玉米硝酸还原酶活性的QTL定位和全基因组关联分析

发布时间：2020-07-24 02:38

【摘要】：玉米是我国主要农作物,其产量提高对于解决我国粮食问题有深远的影响。氮素作为植物生长所必需的养分,是土壤最易缺乏的元素之一。玉米氮素利用效率低,同时氮肥过度施用,致使大量养分流失到环境中,造成严重的环境问题。硝酸还原酶是植物氮素同化代谢过程中的关键酶,在植物氮素高效利用过程中具有重要作用。本文以139个自然群体和150个来自Xu178×K12杂交组合的重组自交系群体(Recombinant Inbred Lines,RIL)为材料,用SNP和SSR两种标记结合QTL定位和关联分析两种方法对玉米硝酸还原酶活性进行遗传分析。挖掘影响玉米硝酸还原酶活性的关键SNP位点和氮高效候选基因,为玉米氮高效分子育种奠定坚实的理论基础。试验结果如下:1.对RIL群体和自然群体中硝酸还原酶活性高低进行分析,表明母本Xu 178硝酸还原酶活性显著高于父本K12,且RIL群体具有超亲分离现象;硝酸盐含量高低会影响硝酸还原酶活性,较高硝酸盐含量可以提高硝酸还原酶活性。2.对RIL群体硝酸还原酶活性进行QTL定位,在两个氮水平下共检测到15个QTL,分布在除第9和10号染色体外的其余染色体上,大部分QTL都在单环境下被检测到,表明硝酸还原酶活性主要受微效基因控制;位于第1和第6染色体的qLNRA_1-1(qHNRA_1-1)和qHNRA_6-1(qHNRA_6-2)在2种处理下被检测到,是主要研究的QTL。位于第1染色体的qLNRA_1-1(qHNRA_1-1),标记区间为umc2151-umc1335,贡献率在7.47-14.56%之间,增效等位基因来自母本Xu 178。位于第6染色体的qHNRA_6-1(qHNRA_6-2),标记区间为umc2068-bnlg391,贡献率在16.32-18.65%之间,增效等位基因也来自母本Xu178。3.利用TASSEL软件对自然群体硝酸还原酶活性进行全基因组关联分析,在E2、E3环境下和利用BLUP值分别共检测到21、19和8个与硝酸还原酶显著关联的SNP标记,几乎所有SNP位点是在单环境下被检测到,以上结果均表明硝酸还原酶活性主要受微效基因控制。4.将QTL定位结果与全基因组关联分析结果相比较,发现SNP标记AX-86258733位点正好落在QTL定位检测到的QTL,qHNRA_6-1(qHNRA_6-2)位点的标记区间umc2068-bnlg391之内,该位点与基因Zm00001d035050相关联,该基因编码蛋白激酶超家族蛋白,贡献率为12.69%。进一步分析,发现该位点与其它位点连锁程度较低,存在基因型AA和GG变异,对基因型与表型进行分析,发现基因型AA与表型值具有正相关性,基因型AA变异有利于硝酸还原酶活性的提高。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S513
【图文】：

频率分布直方图,硝酸还原酶活性,环境条件,条染

图 3-1 2 个环境条件下硝酸还原酶活性值在 150 个 RIL 群体中的频率分布直方图Fig 3-1 Frequency distribution of NRA values among 150 RIL under 2 environments锁。通过以上对图片的分析，我们可以看出 qHNRA_5-1 和 qHNRA_8-1（qHNRA_8-2）是潜在的连锁位点，需要继续后续对其进行研究探讨。3.3 基于 SNP 标记的基因型分析3.3.1 群体遗传多样性分析利用在全基因组中平均分布、数据质量评估值高的 50,790 个 SNP 标记对全部 139个品种进行遗传多样性分析。结果如图 3-5 和图 3-6，图 3-5 展示 SNP 在 10 条染色体上的分布密度情况，SNP 在 10 条染色体上密度较均匀。图 3-6-B 展示 50,790

频率分布直方图,硝酸还原酶活性,环境条件,群体

18结合连锁和关联分析方法挖掘玉米硝酸还原酶的功能位点个 SNP 标记在 10 条染色体上的分布情况，其中，在第一条染色体上 SNP 分布最多，占 15.8%，第十染色体最少，仅占 7.3%，其余染色体 SNP 分布范围在 8.1-11.6% 之间，50,790 个 SNP 标记中，大约有 69.4% 的 SNP 最小等位基因频率大于 0.2（图3-6-A）。50,790 个 SNP 标记中共检测 100,158 个等位基因，平均每个位点 2 个等位基因。平均多态性信息含量为 0.30，变化范围为 0.09-0.38，主要分布在 0.3-0.4 之间（图3-6-C）。各位点的基因多样性平均为 0.37，范围为 0.10-0.51，主要分布在 0.45-0.5 之间（图 3-6-D）。

亚群,硝酸还原酶活性,混合群,自交系

ixture 软件结果相似，PCA 将 139 份自交系分成 7 个亚群（图ixture 软件获得的概率 Q 值和自交系遗传组分 60% 的标准，将每应亚群中，并将 7 个亚群命名为 P1、P2、P3、P4、P5、P6和 P7，到 60% 的将其归为混合群（Mixed）（图 3-7-B）。个亚群分析结果如下（表 3-5）：以 Lx9801、7381、郑 32、吉 63系被划入 P1亚群；P2亚群由 14 个自交系组成，典型玉米自交系3、TY6；有 12 个自交系被划入 P3亚群，代表系为 IRF314、J414亚群包括 8 份自交系组成，代表系有 Z141262、K12TC、昌 7-2、 6 份自交系组成，代表系为 07ks4、4F1、7884-4Ht、835a；P6亚成，典型系为 ye8001、1462、501、812；P7亚群由 4 个自交系组括 JY01、K14、L3180、LG001；其余 64 个自交系属于混合群。在P2和 P3占群体 37%，占据该群体除混合群之外绝大部分材料。可图群体不存在复杂的群体结构，适合后续进行关联分析。

【参考文献】