本文關(guān)鍵詞： 水稻 干旱脅迫 表達(dá)譜 結(jié)構(gòu)變異 泛基因組　出處：《安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)》2016年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

【摘要】：干旱是影響水稻生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量的主要非生物脅迫,通過(guò)水稻基因芯片(57K探針)研究在干旱脅迫條件下全基因組表達(dá)譜的變化及共表達(dá)分析,探究具有不同QTL位點(diǎn)結(jié)構(gòu)的聚合系之間基因表達(dá)的差異,篩選功能相近表達(dá)模塊,對(duì)于發(fā)掘耐旱相關(guān)基因,探明基因之間的相互作用及遺傳網(wǎng)絡(luò),了解耐旱相關(guān)分子機(jī)理,并最終為水稻抗逆分子育種提供理論基礎(chǔ)。對(duì)已有參考基因組序列的物種進(jìn)行個(gè)體或群體的全基因組重測(cè)序可檢測(cè)各品種中存在的各類(lèi)變異信息及新基因,對(duì)該物種的遺傳變異和分子育種等研究具有重要的指導(dǎo)意義。本研究選用IR64為輪回親本,以BR24(孟加拉地方品種)和Binam(伊朗農(nóng)家品種)為供體培育的代表4類(lèi)組群基因型(group genotype,GG)的8個(gè)聚合系作為研究材料,從表型、基因型、基因組和轉(zhuǎn)錄組變異方面對(duì)耐旱聚合系中影響水稻耐旱性和產(chǎn)量的5個(gè)QTL關(guān)聯(lián)組(association group,AG)進(jìn)行了系統(tǒng)和深入的剖析,確定了大量水稻耐旱性QTL的候選基因及其參與的代謝途徑。該研究還比對(duì)了研究材料基因組的泛基因組和結(jié)構(gòu)變異與3000份水稻種質(zhì)資源重測(cè)序的結(jié)果,確定了各聚合系中存在的結(jié)構(gòu)變異數(shù)及其與耐旱QTL間的關(guān)系,探討了聚合系中各類(lèi)結(jié)構(gòu)變異及其攜帶的新基因?qū)Ω珊底饔脵C(jī)制的影響。一)干旱脅迫下各聚合系產(chǎn)量均顯著高于IR64,正常灌溉條件下,除GG1外,其它三個(gè)基因型組內(nèi)聚合系產(chǎn)量均低于IR64或與之持平;基因型組內(nèi)各聚合系抗旱表型基本接近,不同基因型組聚合系之間具有各自不同特點(diǎn),如GG1在嚴(yán)重干旱脅迫下的產(chǎn)量高于輕微脅迫下,推測(cè)存在更有效抗旱機(jī)制。二)聚合系中5個(gè)抗旱選擇關(guān)聯(lián)組,AG1和AG2位于調(diào)控網(wǎng)絡(luò)上游,在所有聚合系中均存在,多為DNA結(jié)合蛋白,參與應(yīng)激響應(yīng),轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)等過(guò)程,顯著富集在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白過(guò)程,植物病原菌互作和硫胺素合成等通路上,主要包括熱激蛋白家族基因,類(lèi)鈣調(diào)蛋白基因等;主要在GG1中存在的AG3,AG5相互協(xié)同表達(dá),與光合作用、ABA途徑、JA/生長(zhǎng)素、分裂素和絲氨酸/蘇氨酸磷酸化途徑、脂肪酸合成、硫胺素合成等通路相關(guān)。主要在GG2和GG3中存在的AG4主要為熱激蛋白,剪接體,谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶等。三)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白相關(guān)通路(osa04141)在所有導(dǎo)入系中均顯著表達(dá)。控制植物生物鐘的通路(osa04712)在GG1特異表達(dá),推測(cè)與縮短抽穗期和開(kāi)花時(shí)間有關(guān)。丙酸合成通路(osa00940)在GG1和GG3特異表達(dá),該通路中包含木質(zhì)素合成的重要單元,推測(cè)為干旱脅迫下控制株高的因素之一。四)基因共表達(dá)分析統(tǒng)計(jì)出多個(gè)功能類(lèi)似基因模塊,并篩選出與表型高相關(guān)性的模塊中的核心基因,其中與結(jié)果與差異基因分析相互吻合。五)聚合系及供體親本中與IR64比對(duì)后獲得大量結(jié)構(gòu)變異(SV),以缺失和易位為主,倒位和重復(fù)較少但是片段長(zhǎng)度很大。在供體親本和導(dǎo)入系中出現(xiàn)的SV主要涉及多種抗性蛋白家族,結(jié)合蛋白,轉(zhuǎn)錄因子等;在導(dǎo)入系特異存在的SV主要涉及凝集素,萌發(fā)素,細(xì)胞色素,蛋白激酶等。受SV影響的多數(shù)未知基因在高粱、玉米和小麥等中高度同源并保守,推測(cè)與同源基因結(jié)構(gòu)變異基因起源于祖先物種并在新物種進(jìn)化時(shí)發(fā)生復(fù)制有關(guān)。六)聚合系和IR64進(jìn)行泛基因分析,預(yù)測(cè)出近1萬(wàn)個(gè)新基因,其中導(dǎo)入系中特異存在的新基因明顯多于IR64,以種質(zhì)資源中的核心基因和秈稻組高頻基因?yàn)橹�。GG3中新基因最多,GG2最少。在聚合系中特異表達(dá)的日本晴基因和新基因是各基因組抗旱性及產(chǎn)量差異的主要來(lái)源,有待于進(jìn)一步大規(guī)模的功能驗(yàn)證。七)在R語(yǔ)言環(huán)境下,自行構(gòu)建org.Osativa.eg db軟件包,適用于基因芯片分析流程,版本0.1。
[Abstract]:騫叉棻鏄獎(jiǎng)鍝嶆按紼葷敓闀垮彂鑲插強(qiáng)浜ч噺鐨勪富瑕侀潪鐢熺墿鑳佽揩,閫氳繃姘寸ɑ鍩哄洜鑺墖(57K鎺㈤拡)鐮旂┒鍦ㄥ共鏃辮儊榪潯浠朵笅鍏ㄥ熀鍥犵粍琛ㄨ揪璋辯殑鍙樺寲鍙?qiáng)鍏辫〃杈惧垎鏋?鎺㈢┒鍏鋒湁涓嶅悓QTL浣嶇偣緇撴瀯鐨勮仛鍚堢郴涔嬮棿鍩哄洜琛ㄨ揪鐨勫樊寮，

本文編號(hào)：1542811