玉米碳氮代谢相关性状的遗传分析及QTL定位

发布时间：2016-11-14 13:34

  本文关键词：玉米碳氮代谢相关性状的遗传分析及QTL定位，由笔耕文化传播整理发布。

《沈阳农业大学》 2015年

玉米碳氮代谢相关性状的遗传分析及QTL定位

杨双  

【摘要】：碳氮代谢是玉米生长发育过程中主要代谢途径,碳氮代谢水平反应植株生长发育状态,在很大程度上决定籽粒的产量和品质。为探索玉米碳氮代谢遗传规律,为玉米碳氮代谢遗传改良奠定理论基础,开展了玉米碳氮代谢相关性状的遗传分析及QTL定位研究。本研究以玉米自交系沈3336(P1)和沈3265(P2)及其F1代和F2：3代为研究对象,应用主基因+多基因混合遗传模型4世代联合分离分析方法研究大喇叭口期和灌浆期碳氮代谢相关性状的遗传特性,确定各性状的遗传模型及相关参数。应用完备区间作图法对具有主基因的性状进行QTL初级定位。在初级定位基础上,根据MaizeGDB提供的玉米基因组相关数据,分析碳氮代谢的相关基因。获得的主要研究结果如下：1.遗传分析研究了不同时期功能叶片的7个碳氮代谢相关性状的遗传特性,包括光合速率、叶绿素含量、PEPC活性、SPS活性、NR活性、可溶性蛋白含量、全氮含量。结果表明,在大喇叭口期,光合速率、叶绿素含量、可溶性蛋白含量、全氮含量均为多基因控制,没有明显主效基因,多基因遗传率分别为85.7%、65.7%、84.8%、80.7%；NR活性为D-0模型(1对加性-显性主基因+加性-显性-上位性多基因)模型,主基因遗传率为42.8%,多基因遗传率为42.2%。在灌浆期,可溶性蛋白含量、叶绿素含量都为B-1模型(2对加性一显性-上位性主基因),主基因遗传率分别为33.8%和34.4%；NR活性为E-2模型(2对加性-显性主基因+加性-显性多基因),主基因遗传率45.0%,多基因遗传率为52.4%。灌浆期PEPC和SPS活性遗传模型分别为B-1模型(2对加性-显性-2：位性主基因)和E-1模型(2对加性-显性-上位性主基因+加性-显性多基因),PEPC活性的主基因遗传率为36.5%,SPS主基因遗传率为17.7%,多基因遗传率为35.9%。光合速率和叶片全氮含量在灌浆期与在大喇叭口期一样,都为多基因模型,多基因遗传率分别为41.3%和91.8%。单株籽粒产量为多基因模型,多基因遗传率为85.0%。2.QTL定位通过参考MaizeGDB的IBM2 2008 Neighbors整合图谱绘制沈3336×沈3265的4、5、6、7、8号染色体的SSR分子标记连锁图谱。图谱全长957cM,标记间平均距离24.5cM,可用于初级定位,初步判断QTL位点。研究结果表明,灌浆期可溶性蛋白含量、大喇叭口期和灌浆期的NR活性检测到相关QTL。可溶性蛋白含量的3个QTL位点分别位于6和8号染色体,qpro-6-1在6号染色体标记bnlg1740-umc1063之间、qpro-8-1在8号染色体标记bnlg240-umc2361之间、qpro-8-2在8号染色体标记umc2361-bnlg1823之间,3个QTL均为超显性效应,qpro-6-1表型贡献率最大,为48.97%。大喇叭口期硝酸还原酶活性的QTL位点共20个,其中13个为超显性效应,主要位于6和8染色体,显性势最高的QTL为qnrt-8-4,位于8号染色体bnlg1823-umc1069之间,表型贡献率为60.36%。灌浆期硝酸还原酶活性的QTL位点16个,显性势最高的为qnrf-8-1位于8号染色体的umc1460-bnlg240之间,可解释表现变异的66.06%。在6号染色体umc1002-phil26之间存在大喇叭口期NR活性的特异QTL, bnlg1740-nc013之间存在灌浆期NR活性的特异QTL。3.遗传分析与QTL定位结果对比本研究将经遗传分析确定含有主基因的性状进行QTL定位,结果发现,遗传分析和QTL定位结果具有一定耦合性。灌浆期可溶性蛋白含量发现3个QTL,作用方式都为超显性,其中位于6号染色体的qpro-6-1的遗传特性与遗传分析结果中的超显性主基因类似。NR活性QTL位点很多,且大部分作用方式为超显性,这与其遗传分析结果类似,即大喇叭口期和灌浆期都存在多基因且灌浆期主基因和多基因的作用方式为超显性。PEPC和SPS活性未检测到QTL位点,但从SPS活性效应曲线可见,存在较多的微效正向加性效应和微效负向显性效应,这与SPS活性的多基因效应一致。4.碳氮代谢相关基因分析6号染色体的bnlg1740-umc1063区间同时存在灌浆期NR活性特异QTL和灌浆期可溶性蛋白含量的表型贡献率最高且遗传效应与相应遗传分析结果相似的QTL。根据MaizeGDB的玉米整合图谱IBM2 2008 Neighbors标注的信息,在bnlg1740-umc1063 区间共找到14个基因,结合NCBI的注释,发现其中1个基因(AY104289)编码泛素结合蛋白酶E2,该酶与蛋白质降解及细胞衰老相关,该基因可能与可溶性蛋白含量变化相关。此外,还发现1个编码光合系统Ⅰ亚基的基因(psah1)及1个ATP合成酶基因(atp2),这两个基因可能参与NR活性调节。这些推测还需要进一步的研究论证。

【关键词】：
【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S513
【目录】：

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