结合连锁与关联分析剖析玉米耐低锌、铁胁迫的遗传机制
发布时间：2017-12-09 16:07
本文关键词：结合连锁与关联分析剖析玉米耐低锌、铁胁迫的遗传机制
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【摘要】：锌与铁是植物不可或缺的营养元素,但其溶解性低而难于被植物吸收利用。缺锌与缺铁均会造成作物产量与质量的下降,而玉米作为三大粮食作物之一,解析玉米耐低锌、耐低铁胁迫差异的遗传机制对农业生产与发展有重要的实际意义。本研究在分别利用20与18个玉米自交系系统研究了不同玉米自交系耐低锌、耐低铁胁迫差异,并根据前期材料筛选结果,选用6个亲本构建的4个重组自交系群体和由来自全球508份玉米自交系组成的关联群体为遗传材料,结合连锁及全基因组关联分析,对玉米耐低锌、耐低铁胁迫差异的遗传结构进行剖析,为玉米耐低锌、耐低铁胁迫的遗传改良提供指导、基因来源与材料来源。主要研究结果如下:1.Ye478与CI7未表现出缺锌症状,为耐低锌自交系。Wu312与K22缺锌症状显著,为锌敏感自交系。株高、地上部与根系干物重、根冠比、地上部与根系锌效率、锌累积量均是评价玉米自交系耐低锌胁迫能力的良好指标。在低锌条件下,玉米能通过地上部能够将自身的光合产物优先分配给根系,以促进根系生长。不同玉米自交系间锌效率差异不是由吸收效率引起的,而可能与锌的转运效率有关。2.本研究结合连锁群体 Wu312×Ye478、K22×Dan340、K22×By815、K22×CI7,以及不同低锌水平下两批关联群体试验,针对玉米耐低锌胁迫相关表型进行分析。结果显示,4个RIL群体共定位到136个QTL,在8条染色体上有20个不同群体共同定位区间,包括2个3群体共定位区间,18个2群体共定位区间。在全基因组显著水平下,检测到25个独立位点与玉米耐低锌胁迫显著关联,其中13个位点位于4个连锁群体的定位区间内。通过对显著位点上下游50 kb范围内所包括的78个候选基因进行功能注释,除6个未知功能的基因外,发现6个调控乙烯、ABA、IAA等生长素的基因;3个锌结合转录因子(锌指蛋白);23个编码参与不同生物学代谢途径的功能酶的候选基因;其余候选基因与编码逆境胁迫相关转录因子以及跨膜蛋白等相关。其中,9号染色体上位于2个连锁群体共定位区间内的chr9.S_59587835(P=7.63E-10)对应的GRMZM2G034015;以及在2号染色体上位于2个连锁群体共定位区间内(R2=63.5%,LOD=19.8)的chr2.S_7292809(P=2.03E-08)对应的GRMZM2G042055与位于2号染色体上关联与连锁共定位区间内的chr2.S_16948365(P=1.17E-08)对应的GRMZM2G039455,为后续重点研究的候选基因。3.在铵硝比1:1的供氮条件下,根系产生根系分泌物以抑制生长,pH下降显著;调整铵硝比为1:7后,pH环境得到改善,植株生长正常。当BPDS-F(Ⅱ)浓度为0.1μmol L-1时,Wu312被竞争致死,Ye478仍能维持生长。但当BPDS-Fe(Ⅱ)水平较高时,新叶脉间仍旧出现不同程度的黄化症状,且根系分泌物仍无法彻底消除,说明根系无法与BPDS竞争以获得充足的铁元素。与EDTA-Fe(Ⅱ)以及1,10-菲罗啉-Fe(Ⅱ)相比,Ye478地上部与根系生长在2-2'-联吡啶-Fe(Ⅱ)供铁条件下均占优势,不同供铁条件对Wu312生物量累积无显著影响,因此,2-2'-联吡啶是构建稳定持续Fe(Ⅱ)体系的最优螯合剂。4.Chang7-2、KUI3与Ye478缺铁症状并不显著,表现为耐低铁自交系;Wu312缺铁症状最为显著,表现为铁敏感自交系。叶片SPAD值、株高、地上部与根系干物重、根冠比与相对根冠比、铁累积量均是平均玉米耐低铁胁迫差异的良好指标。地上部与根系铁效率均与铁转运效率显著相关,而转运效率显著受到地上部对铁的需求量的影响。然而,不同玉米自交系铁效率差异与铁吸收效率无关,可能与铁在地上部中的再分配有关。5.本研究分别利用RIL群体Wu312×Ye478在2个供铁水平下,对耐低铁胁迫相关性状进行连锁分析。结果显示,2批试验共定位到50个QTL,在6条染色体上有9个不同批次试验共同定位区间。在全基因组显著水平下(P3.16E-05),检测到61个独立位点与耐低铁性状显著关联,这61个显著关联SNP位点中的14个位于2批连锁群体试验的定位区间内。通过对61个显著位点对应的166个候选基因进行功能注释,发现约54个编码参与不同生物学代谢途径的功能酶,除13个功能未知的基因外,剩余候选基因功能为编码转录因子、逆境响应因子等。其中,介导甲硫氨酸的生物合成并对玉米等机理Ⅱ植物合成植物铁载体具有关键作用的GRMZM2G113873为后续功能验证的重要基因。综上所述,本研究在优化营养液供应体系的基础上,结合连锁及关联分析,鉴定玉米耐低锌、铁胁迫显著关联的位点,挖掘到自然群体中的有利等位基因。并初步剖析了玉米耐低锌、铁胁迫的遗传学基础,为该复杂数量性状的遗传解析提供有益信息。
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S513
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 印志同;秦秋霞;阚欣;陈雅楠;成前;邓德祥;;玉米快速叶绿素荧光参数全基因组关联分析[J];江苏农业学报;2016年04期
2 龙文靖;万年鑫;辜涛;g，
本文编号：1271000
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