大豆生育期数量性状位点克隆及功能验证

发布时间：2020-08-22 16:39

【摘要】：大豆[Glycine Max(L.)Merr.]作为重要的粮食和经济作物,其产量是生产中亟待解决问题之一。开花期作为影响大豆产量的一个重要因素,成为大豆育种的主要内容之一。本试验旨在利用不同的作图群体进行开花期QTL(Quantative trait locus)检测,从而找到目的基因,通过克隆等手段验证基因的功能,最终为大豆的开花期提供理论依据。利用TK780和H4杂交产生的重组自交系在长日照条件下进行开花期QTL检测。在E1背景下检测到了q FT-B1和q FT-H。结合两个亲本基因组的重测序结果和生物信息学技术分别找到q FT-B1和q FT-H的候选基因FL1和FL2,并进行克隆。结果表明,和H4相比,FL1基因在TK780上有单碱基的缺失,FL2基因在TK780上有单碱基的突变,从而导致了FL1和FL2的TK780基因型缺少CCT模块。通过大豆遗传转化直接证明这两个基因控制大豆的晚花性状。此外,这两个基因定位于细胞核中,且在转录水平上不仅受E1、E2、E3和E4调控,而且受生物钟的调控。利用Harosory和BR121的F2代群体在短日照条件下进行开花期QTL检测,在LG C1(Gm 04)染色体上定位到q FT-C1。通过与拟南芥的开花期基因进行比对找到唯一候选基因,Gm ELF3。通过克隆发现,与Harosory相比,BR121因为缺失10个碱基而导致提前终止,从而缺失了三个保守区域。与此同时,通过克隆不同长青春期品种的Gm ELF3基因,以及大豆遗传转化证明Gm ELF3基因就是大豆J基因。通过酵母双杂交,发现J基因能够与Gm ELF4和Gm LUX基因形成复合物。E1、E2、E3和E4在长日照和短日照条件下通过不同机制调控J基因,从而参与大豆光周期的调控。此外,我们还利用AGS292和K3杂交产生的91个重组自交系进行图谱构建和QTL分析。图谱覆盖大豆基因组2546.7厘摩,并且包含了52个新的启动子特异标记和9个外显子特异性标记。并将该群体种植在4个短日照和5个长日照条件下检测花期。在4个短日照条件下,我们一共检测到7个QTL。其中5个是和长青春期性状相关的。在五个长日照条件下,包含E2的q FT-O和包含E3的q FT-L被检测到,说明E2和E3对大豆适应长日照条件具有重要的作用。利用9个环境进行联合分析时,我们检测到9个加性QTL和9对上位性QTL,且大部分都存在与环境的相互作用。总之,一共有5个QTL(q FT-B2-1、q FT-C1-1、q FT-K、q FT-D2和q FT-F)可能代表了新的与开花期有关的QTL。本试验检测到的QTL对于丰富大豆的遗传机制具有重要作用。综上,本试创新点是以QTL定位为基础,不仅首次克隆了短日照条件下诱导大豆开花的J基因,而且克隆了拟南芥生物钟PRR基因的同源基因FL1和FL2,并通过研究证明它们参与大豆E1、E2、E3和E4构成的大豆开花期的调控网络,并通过大豆遗传转化明确了这三个基因对大豆开花期的影响。本试验的研究结果有利于丰富大豆开花期的调控途径,对大豆开花的分子机制以及分子辅助育种具有重要的意义。
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（东北地理与农业生态研究所）
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S565.1
【图文】：

8（Blázquez 和 Weigel，2000；Komeda，2004）图 1-1 拟南芥生物钟模型Fig 1-1 The circadian clock model for Arabidopsis4. AP1 基因AP1 基因作为 FT 的下游基因，具有促进植物开花的作用。AP1 在拟南芥中达，在持续光照条件下，10 天就可见花芽，远远早于野生型（Weigel 和 Nilss1995）。在矮牵牛、柑橘和番茄中，转入 AP1 都会表现提前开花的功能（Ellul 2004；Pe a 等，2001；安利忻和刘荣维，2001）。AP1 的这种保守功能和它基因结保守性有关。AP1是植物特有的MADS-box基因并含有多内含子结构。AP1不仅促物的开花，而且和花器官的形成有密切的关系。主要调控花朵发育的萼片和花瓣可以通过时空表达调控分生组织的形成和花器官的发育（Weige 和 Nilsson，1995）

图 2-1 96 个个体条件下存在的 QTLFigure 2-1 Four linkage groups harbored QTLs in 96 RILs（二）E1 背景下 60 个个体的 QTL 检测利用 96 个个体进行 QTL 检测时，我们发现含有 E1 基因的主效 QTL，qFT-C2解释 57.1%以上的表型变异率，这与前人的研究一致，即 E1 对于大豆的开花就的作用（Bernard，1971；Yamada 等，2001）。E1 基因的效应掩盖了其它基因，测到更多的 QTL，我们将 96 个群体按照 E1 基因型的不同分成两个亚群体：由下 60 个个体组成的一个群体和 e1 背景下 36 个个体组成的一个群体。用 60 个型数据我们重新构建了一个图谱，该图谱包含了 292 个标记，覆盖 2255.4 厘摩体较小且标记有限，一些连锁群被分成两个部分：如第 02、04、13 和 15 号染成了两部分。以该连锁群图谱为基础，我们利用 MQM 和 MCIM 进行 QTL 分析）。首先，我们利用 MQM 进行花期检测（表 2-4）。Sapporo-2004 和 Sapporo-C

大豆生育期数量性状位点克隆及功能验证其次，为了检测加性效应以及加性效应和环境之间的关系，我们综合了Sapporo-2004、Sapporo-2005 和 Harbin-2010 的花期数据，利用 MCIM 进行 QTL 分析。此分析检测到了三个加性 QTL：qFT-B1、qFT-C1 和 qFT-O（表 2-5）。只有 qFT-B1 在极显著的水平（p<0.001）上检测出来，表明它是一个主要的 QTL，此结果与 MQM 分析一致（表 2-4）。这三个 QTL：qFT-B1、qFT-C1 和 qFT-O 的表型变异率为 5.55%、2.45%和 3.47%。加性 QTL 与环境的互作可以分别解释 2.42%、4.63%和 4.65%的表型变异率。qFT-B1 的表型变异率大于与环境互作的表型变异率，说明相对于环境效应而言，基因背景对 qFT-B1 的影响更为显著。另外两个加性 QTL：qFT-C1 和 qFT-O 只在显著水平（p<0.05）上检测到，且加性效应与环境互作的表型变异率大于加性效应的表型变异率，说明环境对 qFT-C1 和 qFT-O 的影响更为显著。

本文编号：2800903