黄麻转录组测序、EST-SSR开发及纤维素含量QTL分析

发布时间：2020-10-11 23:21

　　 纤维素是黄麻纤维的主要化学成分之一。优良的纤维品质有利于纺织和造纸工业等多用途产品的需要。剖析黄麻纤维纤维素含量的遗传基础,有助于育种家选育纤维产量高且品质优良的新品种。为了提高黄麻纤维品质,需要通过转录组测序开发EST-SSR标记、构建高密度图谱遗传图谱,并进行纤维素含量QTL定位,从而来挖掘纤维品质相关基因资源。本研究以长果种黄麻宽叶长果为材料,进行转录组测序特征分析并开发EST-SSR标记,并评估与转录因子相关的EST-SSR的多态性;利用新开发的EST-SSR加密已有的SLAF连锁图谱的标记密度,并进行纤维素含量QTL定位。主要方法与结果如下:为了获得长果种黄麻的转录组数据,在黄麻植株生长旺盛期(播种后30天)采集了4个独立的组织样本(叶、根、茎杆和茎皮)进行总RNA提取,构建4个测序文库,利用Illumina技术进行RNA-seq。所获得的测序数据通过Trinity软件进行组装,并在NCBI公共数据库进行功能注释;通过MISA软件开发EST-SSR标记。为了评价新开发的EST-SSRs多态性,我们选取了110对位于转录因子(TFs)上的EST-SSR引物,以不同来源的24份黄麻材料,进行琼脂糖凝胶电泳进行PCR产物检测。为了丰富已有的SLAF遗传连锁图谱的标记密度,利用上述的新开发的EST-SSR,结合课题组前期开发的In Del和SLAF,利用Join-Map软件重新构建重组自交系的遗传连锁图谱。采用比色法(蒽酮法)对重组自交系的两个阶段(旺盛生长期和工艺成熟期)的纤维素含量进行了两年(2017年和2018年)鉴定。利用ICImapping软件进行纤维素含量QTL定位。由Illumina双末端测序获得128132782个clean读序(4Gb)。从头测序并装配了70792条平均长度为752bp的unigenes。通过序列相似性检索已知的蛋白质,27962(57.16%)的基因至少在一个公共数据库注释。在这些被注释的功能基因中,27930(39.45%)和3387(47.84%)unigenes分别在GO和KOG注释,有15201功能基因被映射到130 KEGG通路。其中,172基因参与与纤维素生物合成的淀粉和蔗糖的代谢途径。在此基础上,鉴定了纤维素生物合成相关基因,包括4个UGPase、10个CESA、55个CSL、14个SUS、1个KOR和4个COBRA。利用70792个unigene序列鉴定了1462对EST-SSR引物。其中,最丰富的重复类型是三核苷酸(53.6%)。三核苷酸和二核苷酸重复类型中以GA或AG重复为主,是黄麻基因组中最丰富的重复类型。利用包含转录因子的110对SSR引物分析其在24份黄麻种质中的多态性。在多态性检测中,102对引物在供试材料中扩增出带型且都存在多态性,说明这些新开发的SSR引物质量好。102对SSR的平均PIC值为0.38。102对多态性SSR引物成功地将24个黄麻种质分为5个类群,表明这些品种(系)间存在较大的遗传变异。整合课题组前期开发标记,利用585个SSR、5074个SLAFs和173个In Del标记重新构建104份F8重组自交系群体的遗传连锁图谱。结果表明,该遗传连锁图谱全长604.5c M,包含835个标记,平均间距为2.84cm,7条连锁群均发生偏分离现象。结合纤维素含量的表型数据,进行QTL定位,两年分别检测到5个QTL和4个QTL,分别解释14.46%和16.01%的表型变异。其中,q BFC1-1QTL在两年中均能被稳定检测到,表现为主效QTL。本研究中,使用高通量转录组测序获得黄麻旺盛生长期茎皮的表达序列标签并分析其特征;基于测序数据开发EST-SSR和识别黄麻茎皮旺盛生长期相关unigene;重新构建已有的遗传连锁图谱,定位一个纤维素含量主效QTL(q BFC1-1)。这些结果可为分子标记辅助育种提供资源,也可为黄麻纤维遗传剖析和次生细胞壁发育奠定基础。
【学位单位】：福建农林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S563.4
【部分图文】：

Figure 2-1Length distributions of the assembled transcripts and unigenesin Corchorus olitoriThe horizontal axis is the length of transcripts and unigenes, and the vertical axis is the numbertranscripts and unigenes.图 1-3 长果种黄麻的转录本和 unigenes 长度的频率分布。横轴是转录本和 unigenes 的长纵轴是转录本和 unigenes 的数量。Transcripts were de novo assembled into unigenes, producing 70792 unigenes withmean length of 752 bp and the N50 length of 1420 bp (Figure 2-1, Appendix 2). Tlength of these unigenes differed from 201bp to 13328bp. 43599 (61.58%) unigenwere in the length range of 201 to 500 bp and 11485 (16.2%) unigenes were in tlength range of 501 to 1000 bp, whereas15710 (22.2%) unigenes lengths were greathan1000 bp (Figure 2-1).To assess the quality of the assembled unigenes, de novo assembltranscriptome sequences by Trinity was considered as a reference sequence. All tclean sequence reads were mapped to the assembled unigenes by RSEM software[15

Figure 2- 2 Classification of most abundant annotated species.图 2-2 基因注释的主要物种分类2.3.3 GO annotationUnigenes assembled from GO annotated product combined with noninformation were obtained using blast2GO software[153]. The GO funccategorized according to the WEGO program[154]. As results, a tota(39.45%) unigenes based on GO, were categorized into 3 major categoriesfunction, biological process, and cellular component) and 56 subcategories3). Among the sub categories, the cellular process was most dominant unigenes, followed by, binding, metabolic process, catalytic activity , singlactivity, cell, and cell part with 15134, 14962, 12605, 12010, 8859, 615respectively. There were very few genes (less than 10) assigned to growthrhythmic process, extracellular matrix components, and nucleoid, synap

Figure 2- 3 Gene ontology classifications of assembled unigenes in jute.图 2-3 黄麻 unigenes 的 GO 功能分类2.3.4 KOG annotationTo evaluate the integrity and validity of the transcriptome sequence, 33873(47.84%) unigenes annotated in the Nr database were assigned to the KOG databaseto categorize potential role. In total, 16993 (24%) genes were grouped into 26 KOGcategorizations (Figure 2-4). Of these categorizations, R (general function with 2646(13.9%) was the most abundant followed by O (post-translational modification,protein turnover), T (signal transduction mechanisms), J (translation, ribosomal,structure and biogenesis), C (energy production and conversion),U (intracellulartrafficking, secretion and vesicular transport with 2277 (11.96 %), 1559 (8.19%),1462 (7.68%), 1051 (5.52%) and 1041 (5.47), 928 (4.87%), 914 (4.80%) and 883(4.69%) genes respectively), whereas N (cell motility) and X (unnamed protein)which were less represented with 7 (0.03%) and 1 (0.01%) genes respectively.
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本文编号：2837272