木薯高通量基因组和表观组分析及重要复杂性状QTL和表观QTL解析

发布时间：2022-07-04 20:41

　　许多物种的研究大多基于复杂性状。在拟南芥和大豆等模式植物中进行了许多可遗传变异研究,但目前基于复杂性状的全基因组遗传群体DNA甲基化在非模式作物中还没有相关研究。因此本研究中我们以木薯这种具有高度杂合且较大基因组的物种的遗传群体为研究对象。木薯（Manihot esculenta Crantz）是一种块根淀粉作物,可以作为饲料,也是生物乙醇的重要来源,冷害是制约其种植区分布面积、单位面积块根产量及繁殖能力的重要因素。在低温下保持较高产量、较高淀粉积累特性的木薯品种被迫切需要。我们对耐寒性、产量和品质均存在较大差异的木薯亲本杂交构建的木薯群体的甲基化和基因组结构进行了分析。对木薯耐寒、产量品质等复杂性状进行QTL和QTL^epi定位,发掘耐寒性、产量品质相关标记及优异等位基因,为木薯耐寒、高产、高淀粉品种育种,提供理论基础。1、构建木薯高密度遗传连锁图谱、比较基因组图谱。利用扩增片段单核苷酸多态性和甲基化检测技术（amplified-fragment single nucleotide polymorphism and methylation,AFSM）对木薯遗传群体... 

【文章页数】：166 页

【学位级别】：博士

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摘要
Abstract
缩略词表
1 综述
    1.1 课题提出
    1.2 植物DNA甲基化研究
        1.2.1 植物中DNA甲基化建立机制
        1.2.2 植物中DNA甲基化维护机制
        1.2.3 植物DNA去甲基化机制
        1.2.4 DNA甲基化在植物进化、遗传及基因表达调控方面的作用
        1.2.5 DNA甲基化测序技术
        1.2.6 DNA甲基化与作物育种
    1.3 植物利用遗传图谱定位QTL研究进展
        1.3.1 植物遗传连锁图谱构建的基础与策略
        1.3.2 植物遗传图谱定位QTL在作物育种中的应用
    1.4 作物基因组选择(Genomic Selection)育种
    1.5 高通量测序技术平台及应用
        1.5.1 高通量测序技术平台
        1.5.2 基因组测序
        1.5.3 全基因组转录组测序(RNA-Seq)
        1.5.4 高通量测序技术在基因组和转录组中应用
    1.6 低温胁迫机制研究
        1.6.1 低温胁迫对植物细胞渗透调节影响
        1.6.2 低温胁迫对植物光合作用影响
        1.6.3 低温胁迫对植物抗氧化作用影响
        1.6.4 低温胁迫信号途径
        1.6.5 低温胁迫受植物激素调节影响
2 材料和方法
    2.1 木薯实验群体材料与表型鉴定分析
        2.1.1 木薯实验群体的种植与取样
        2.1.2 木薯KS群体温室耐寒指数(CTIG)和田间耐寒指数(CTIF)的测定和统计
        2.1.3 木薯KS群体田间落叶指数(LFIF)的测定和统计
        2.1.4 木薯KS群体温室恢复指数(RIG)和田间恢复指数(RIF)的测定和统计
        2.1.5 木薯KS群体相对块根产量(rSRY)的测定和统计
        2.1.6 木薯KS群体块根产量(SRY)的测定和统计
        2.1.7 木薯KS群体块根数(NSR)的测定和统计
        2.1.8 木薯KS群体块根干物率(DW)的测定和统计
        2.1.9 木薯KS群体块根淀粉率(FSC)的测定和统计
        2.1.10 主成分分析(PCoA)
    2.2 AFSM库的构建与测序
    2.3 RNA-seq库的构建与测序
    2.4 AFSM数据分析
    2.5 甲基化分析
    2.6 RNA-seq数据处理和分析
    2.7 功能注释
    2.8 木薯遗传连锁图谱构建
    2.9 木薯比较图谱构建
    2.10 木薯表观遗传QTL分析
    2.11 QTL分析
3 结果分析
    3.1 木薯高密度遗传图谱和基因组比较图谱构建
        3.1.1 AFSM文库Sanger测序
        3.1.2 AFSM文库Ion Torrent测序
        3.1.3 AFSM文库Illumina Hiseq2500 测序
        3.1.4 木薯KS群体高密度遗传连锁图谱和比较图谱构建
    3.2 木薯甲基化图谱构建
        3.2.1 木薯KS群体甲基化位点检测、甲基化水平及甲基化密度
        3.2.2 木薯KS群体甲基化遗传类型分类
        3.2.3 木薯KS群体纯合甲基化及多态性甲基化
    3.3 木薯群体中DNA甲基化与基因表达
    3.4 木薯KS群体的耐寒相关性状(CTRTs)和产量品质相关性状(YQRTs)的复杂表型
    3.5 木薯耐寒性、产量品质QTL定位及其相关QTL候选基因挖掘
    3.6 木薯遗传群体耐寒性和产量品质表观QTL及相关候选基因
4 讨论
    4.1 木薯有相对较高的CHG甲基化水平及保守的纯合甲基化
    4.2 木薯遗传群体中甲基化遗传分类
    4.3 木薯耐寒性相关候选基因
        4.3.1 木薯耐寒性与其维持细胞器稳定性相关
        4.3.2 木薯耐寒性与其光合作用系统相关
        4.3.3 木薯耐寒性与其保护酶低温下抗氧化作用系统相关
        4.3.4 木薯耐寒性与其冷胁迫信号途径中信号转导及转录调控机制相关性
        4.3.5 木薯耐寒性与植物激素调节相关
    4.4 木薯产量品质相关候选基因
        4.4.1 木薯通过DNA甲基化调控光呼吸作用和光合作用相关基因而具有高光合和运输能力
        4.4.2 木薯通过DNA甲基化调控表现出高光合产物储存能力
        4.4.3 木薯蔗糖和淀粉代谢重要基因定位
5 结论
6 展望
参考文献
附录
在校期间研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]植物果糖激酶的研究进展[J]. 崔娜,王卫平,林凤,白丽萍,张玉龙.  中国农学通报. 2010(14)
[2]苦参碱对小麦旗叶中蔗糖磷酸合成酶活性的调节[J]. 王宁宁,朱建新,王淑芳,朱亮基.  南开大学学报(自然科学版). 2000(01)



本文编号：3655891