大豆炸荚性及其相关基因功能的初步分析

发布时间：2020-11-22 06:02

　　 炸荚是一种重要农艺性状。大豆成熟收割前,炸荚会造成巨大的减产。育种家通过杂交等方法选育出抗炸荚能力强的大豆,以减少炸荚所造成的产量损失。目前,虽有部分大豆炸荚相关基因已经被挖掘了出来,但仍不能全面诠释大豆炸荚的作用机制,且大豆炸荚的调控网络也有待进一步完善。本研究评估了包括野生、地方和育成品种在内的56份大豆的炸荚特性。在此基础上筛选出5份抗炸荚和5份易炸荚大豆为材料;分析已知大豆炸荚基因的序列变异和表达模式;通过转录组分析获取抗炸荚和易炸荚大豆间的差异表达基因,筛选可能参与大豆炸荚的长链非编码RNA,构建mRNAs与长链非编码RNA的共表达网络;通过荧光定量PCR进一步验证转录组测序结果,利用炸荚表型和豆荚开裂QTLs的位置关系对差异表达基因进行筛选,获取大豆炸荚候选基因。主要研究结果如下:(1)56种大豆的炸荚特性测定了包括野生、地方和育成共56份大豆的炸荚力和炸荚率,发现它们的平均炸荚力在5.592 N~18.109 N之间,平均炸荚率分布在0.67%~99.29%之间,野生大豆的平均炸荚力(5.741 N)显著低于地方大豆(11.366 N)和育成大豆(11.569 N),且野生大豆的平均炸荚率(91.03%)显著高于地方大豆(40.01%)和育成大豆(45.01%)。通过进一步筛选,获取了炸荚特性稳定的抗炸荚和易炸荚大豆各5份,将它们作为深入研究炸荚的候选品种。(2)抗炸荚和易炸荚大豆中已知炸荚基因的序列变异与表达模式对10份抗炸荚和易炸荚大豆中的已知炸荚基因SHAT1-5和Pdh1的基因表达和序列变异进行分析,结果显示SHAT1-5启动子区20bp碱基缺失、SHAT1-5表达量和炸荚表型间没有显著的关联性,而Pdh1的基因型和基因表达量完全符合大豆炸荚的表型。(3)抗炸荚和易炸荚大豆的转录组分析对10份抗炸荚和易炸荚大豆的转录组进行分析,共获得了225个差异表达基因;除去营养代谢相关的基因外,基因本体富集的分子功能模块中最主要的基因功能与水解酶活性有关,包括水解O-糖基化合物和作用于糖基键;通过对差异表达基因的筛选,获得抗炸荚和易炸荚大豆中16个表达差异相对显著且基因功能与炸荚关系未知的基因,作为大豆炸荚的候选基因;此外通过分析差异表达基因和豆荚开裂QTLs的位置关系,发现18个基因位于豆荚开裂QTLs区。一个编码α/β-水解酶的基因-Glyma19G231900,在抗炸荚和易炸荚大豆中基因表达量差异显著且位于豆荚开裂QTLs区,是一个非常理想的大豆炸荚候选基因。通过对转录组数据筛选,我们获得了670个长链非编码RNA,并构建了69个mRNAs和长链非编码RNA的共表达网络模块,其中模块darkorchid2的基因表达模式与抗炸荚与易炸荚大豆炸荚表型非常类似,是一个研究大豆炸荚的理想资源。本研究获得了大量与大豆炸荚相关的基因资源,为进一步完善大豆炸荚调控网络提供参考,同时为大豆抗炸荚的分子育种提供新思路。
【学位单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S565.1
【部分图文】：

第 3章 结果与分析P109 是野生大豆），具有很好的群体代表性，因此 G1 和 G2 的大豆可作为理想的炸荚研究材料。在长期大豆抗炸荚机理的研究过程中，研究者已经发现了一些大豆炸荚基因，包括 SHAT1-5和 Pdh1。因此，我们对 10种抗炸荚和易炸荚大豆的已知炸荚基因序列及表达量进行了调查。

图 3.7 抗炸荚与易炸荚大豆中 SHAT1-5 基因表达量分析Fig 3.7 Expression analysis of SHAT1-5 in selected soybean accessions.3.2.2 Pdh1 基因表达和序列分析Funatsuki 等人通过图位克隆获得了另一个大豆炸荚基因 Pdh1，它编码一个 dirigent 蛋白，参与细胞木质化的过程。Pdh1 在豆荚壁中大量表达，促进豆荚中木质素沉积，引起豆荚壁扭曲，导致大豆炸荚。但 Pdh1 的等位基因 pdh1存在一个碱基的突变，此突变会造成翻译的提前终止，因此 pdh1基因型的大豆品种更抗炸荚。本研究对 Pdh1 的基因进行测序，结果发现在抗炸荚大豆都属于 pdh1 基因型，而易炸荚大豆则为 Pdh1 基因型（图 3.8）。此外本研究也调查了 Pdh1 的基因表达水平，结果显示 Pdh1 的基因表达模式与大豆抗炸荚表型完全一致，即抗炸荚大豆中 Pdh1 表达量显著低于易炸荚大豆（两个样本独立 t检验，p <0.01）（图 3.9）。这说明 Pdh1是一个调控大豆炸荚的主效基因。

图 3.8 抗炸荚与易炸荚大豆 Pdh1蛋白编码区 SNP的分析字母表示 SNP 和产生的氨基酸残基或终止信号。Fig. 3.8 SNP analysis of Pdh1 protein coding region in selected soybean accessionsed letters mean the SNP and the resulting amino acid residue or termination signal.+84bp…CCA TGC TAG CAC TTA…+99bp (P071)P C * H L+84bp…CCA TGC TAG CAC TTA…+99bp (P060)P C * H L易炸荚品种+84bp…CCA TGC AAG CAC TTA…+99bp (P055)P C K H L+84bp…CCA TGC AAG CAC TTA…+99bp (P072)P C K H L+84bp…CCA TGC AAG CAC TTA…+99bp (P038)P C K H L+84bp…CCA TGC AAG CAC TTA…+99bp (P109)P C K H L+84bp…CCA TGC AAG CAC TTA…+99bp (P092)P C K H L
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本文编号：2894244