玉米育种群体重要农艺性状遗传基础解析

发布时间：2018-02-24 23:15

  本文关键词： 玉米 基因组 重测序 全基因组关联分析 群体结构 核糖体图谱　出处：《中国农业大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：玉米(Zea mays ssp.mays)是全世界最重要的粮食作物之一,在保障我国粮食安全的过程中发挥着不可替代的作用。大约一万年前,玉米在南墨西哥的巴尔萨斯河流域从大刍草驯化而来。之后伴随着玉米的种植和扩散过程,育种家们在提高其产量和品质上付出了巨大的努力,尤以近代的科学育种过程对于杂种优势的利用和分子辅助选择育种达到了玉米育种的高潮。伴随着此过程,玉米育种群体积累了丰富的遗传变异,这些变异有的从野生玉米中继承而来,也有一部分来源于育种过程中新产生的有利突变。解析玉米育种群体中的遗传变异和群体结构将有助于我们更好的理解农艺性状的遗传基础和杂种优势的分子机理。本研究通过对来自温带的777份玉米育种自交系材料进行全基因组重测序,结合玉米hapmap2发表的102份重测序数据,构建了高密度的SNP变异图谱,并分析了现代育种群体的群体结构。我们进一步利用全基因组关联分析对重要农艺性状的遗传基础进行了解析,并分析了遗传变异能解释表型变异的比例。通过本研究的分析,我们主要得到了以下结论:1.基于879份自交系的重测序数据,我们共鉴定了6千5百万个SNP。非同义突变/同义突变比例的分析证明作物育种过程中经历了强烈的淘汰选择,同时驯化和育种过程都伴随着遗传多样性的瓶颈效应。群体结构的分析将879份自交系分成了 12个亚群,亚群之间存在明显的表型分化;2.利用遗传瓶颈效应和CLR的方法鉴定了玉米驯化、改良和现代育种过程中的受选择位点和基因,并发现三个过程针对不同的基因集合。大量不存在蛋白编码基因的受选择区域存在非编码的转录本以及活跃的染色质修饰;3.重要农艺性状的全基因组关联分析鉴定了 9个存在显著关联位点的表型和16个候选区间。我们对6个候选位点的候选基因进行了鉴定,并发现8号染色体的123.0 Mb到123.5 Mb的区间存在控制开花期、吐丝期、株高穗位高比值和脱水速率的遗传热点,进化分析进一步缩小了功能位点的范围到100 Kb,并推测ZCN8为此区域的候选基因;4.全基因组的SNP可以解释农艺性状高达80%的表型变异,然而跟表型有微弱相关(-logP≥6)的SNP仅能解释平均13%的表型变异,说明农艺性状的遗传力并未消失,而是由于其微效多基因的遗传背景无法被GWAS的方法有效检出。另外,本研究还对玉米幼苗的核糖体图谱(ribosome profiling)数据进行了生物信息学分析。Ribosome profiling数据的比对效率大约为12%,RPF的长度峰值为30 bp。RPF在CDS的起始和终止密码子附近存在很强的3 nt周期性,并且有相对更高的RPF丰度。我们在玉米中建立了一套分析ribosome profiling数据的流程。综上,我们解析了玉米育种群体重要农艺性状的遗传学基础,并分析了玉米进化过程不同阶段的受选择基因,同时还揭示了现代玉米育种自交系之间的群体结构。以上结果对于未来更高效、科学的玉米育种具有指导意义。
[Abstract]:Maize ( Zea mays ssp . mays ) , one of the most important food crops in the world , played an irreplaceable role in guaranteeing food security in China . The scientific corn breeding has guiding significance .

【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
，

本文编号：1532102