發(fā)布時間：2020-04-11 03:11

【摘要】：抽穗期是小麥生長發(fā)育過程中的一個重要階段,是決定小麥生態(tài)適應(yīng)性最重要的指標之一。春化和光周期基因是影響小麥抽穗期的主要基因,但此外還存在著對抽穗期有重要影響的其它基因。本研究以163份黃淮海麥區(qū)種質(zhì)資源(主栽品種和高代品系)、205份來自全國的重要種質(zhì)資源和兩個高代重組自交系(UC 1110×PI610750和Proteo×Chaja)為主要材料,采用全基因組關(guān)聯(lián)分析(GWAS)與QTL連鎖分析等手段,結(jié)合同源克隆、熒光定量PCR和轉(zhuǎn)基因等技術(shù),對抽穗期新基因位點進行挖掘,并對春化和光周期等位基因進行鑒定與分析,主要結(jié)果如下:1.利用90K SNP芯片對關(guān)聯(lián)群體在13個環(huán)境下對抽穗期和開花期進行了全基因組關(guān)聯(lián)分析,檢測到306個與抽穗期和開花期相關(guān)的SNP位點,主要分布在2A、2B、2D、5A、5B、6A、6D、7A和7B染色體。結(jié)果表明有13個穩(wěn)定性較好和顯著性較高的SNP位點,并對其進行功能預測分析,結(jié)果顯示有10個SNP位點注釋到與轉(zhuǎn)運蛋白、抗病蛋白以及細胞色素等相關(guān)。2.通過春化基因的多態(tài)性鑒定,在Vrn-D1位點發(fā)現(xiàn)一個新的等位基因,將其命名為Vrn-D1c。與隱性等位基因vrn-D1相比,Vrn-D1c在啟動子區(qū)域有175 bp堿基的插入。啟動子功能預測分析表明,插入序列中有5個順式作用元件(BoxII-like、3-AF1結(jié)合位點、TC重復序列、Box-W1和CAT-box),推測其對Vrn-D1c基因功能有重要影響。對參試材料的抽穗期調(diào)查結(jié)果顯示,含有顯性等位基因Vrn-D1c的材料其抽穗期顯著早于隱性等位基因材料。熒光定量結(jié)果表明,Vrn-D1c基因表達量顯著高于vrn-D1,表明175 bp堿基的插入引起基因上調(diào)表達進而縮短了小麥的抽穗期和開花期。3.對4個春化位點(vrn-A1、vrn-B1、vrn-D1和vrn-B3)進行多態(tài)性分析,共鑒定出13種等位基因(vrn-A1、Vrn-A1a、Vrn-A1b、vrn-B1、Vrn-B1a、Vrn-B1b、vrn-D1、Vrn-D1a、Vrn-D1b、Vrn-D1c、vrn-D3、Vrn-D3a和Vrn-D3b),在這些位點隱性等位基因的分布頻率最高。這四個春化基因位點在所有參試材料中共形成19種等位基因組合,其中基因組合vrn-A1/vrn-B1/vrn-D1/vrn-B3的頻率最高,占43.9%,且含有該等位基因組合的小麥抽穗期和開花期較長。4.對光周期基因的鑒定結(jié)果表明,Ppd-D1位點在所有參試材料中共鑒定出3種多態(tài)性,形成6種單倍型(Ppd-D1_Hapl_I-Ppd-D1_Hapl_XI)。其中,單倍型Ppd-D1_Hapl-I在所有參試材料中占主導地位,頻率高達90.24%,該單倍型小麥屬于光周期不敏感類型。此外,單倍型Ppd-D1_Hapl_IX和Ppd-D1_Hapl_X均在小麥中首次發(fā)現(xiàn)。Ppd-B1位點共鑒定出三種Ppd-B1a等位基因,共形成8種單倍型(Ppd-B1_Hapl-I-Ppd-B1_Hapl-Ⅷ)。其中,單倍型Ppd-B1_Hapl-VI材料的抽穗期(179天)和開花期(184天)最短,而單倍型Ppd-B1_Hapl-I材料的抽穗期(184天)和開花期(190天)最長。5.基于7個春化和光周期基因位點及關(guān)聯(lián)分析中挖掘出的顯著SNP位點,并結(jié)合不同群體在多個環(huán)境中的抽穗期和開花期,建立了預測抽穗期和開花期的最優(yōu)多元回歸方程。分析結(jié)果表明,將Vrn-B1、Vrn-D1和Ppd-D1基因以及RAC875_c41145_189、Excalibur_c60164_137和RAC875_c50422_299位點對小麥抽穗和開花期影響較大。通徑分析進一步表明,光周期Ppd-D1基因?qū)Τ樗肫诤烷_花期影響最大。Vrn-B1、Vrn-D1和Ppd-D1基因作為芯片標記進行GWAS分析,結(jié)果也表明Ppd-D1基因與抽穗期和開花期顯著相關(guān)。對PC群體進行QTL定位,結(jié)果表明Ppd-D1位點不僅影響小麥的抽穗期和開花期,還與穗長、可育小穗數(shù)、穗下節(jié)長、凍害脅迫和分蘗數(shù)等性狀顯著相關(guān)。6.對UP群體進行QTL定位,結(jié)果顯示7DS染色體上存在一個調(diào)控抽穗期的主效QTL,位于SSR標記barc154-7D和barc126之間,遺傳距離為3.0cM,其LOD值為5.30-12.79,表型貢獻率為8.34%-25.94%。轉(zhuǎn)錄組分析結(jié)果表明該區(qū)段內(nèi)有一個與擬南芥FT和小麥Vrn-B3高度同源的基因,將其命名為Vrn-D3。對UP群體親本進行測序,結(jié)果表明Vrn-D3基因在UC1110中沒有發(fā)生突變,將其命名為Vrn-D3a;在PI610750中發(fā)生移碼突變,造成氨基酸序列延長60個堿基,將其命名為Vrn-D3b。蛋白亞細胞定位結(jié)果顯示Vrn-D3基因在細胞核中表達。Vrn-D3轉(zhuǎn)基因結(jié)果表明,在不同春化和光照處理下,轉(zhuǎn)基因擬南芥比野生型擬南芥提早開花,并且轉(zhuǎn)Vrn-D3b基因擬南芥開花早于轉(zhuǎn)Vrn-D3a基因;在不同春化處理下,轉(zhuǎn)基因小麥植株比野生型提早抽穗和成熟,且轉(zhuǎn)基因小麥與野生型小麥在株型、株高和其它性狀上也存在顯著差異。綜上所述,本研究對小麥抽穗期和開花期進行全基因組關(guān)聯(lián)分析,鑒定出大量顯著性SNP位點,并對重要SNP位點進行了進一步分析研究;對春化和光周期基因進行多態(tài)性鑒定,在Vrn-D1位點上發(fā)現(xiàn)了一個新的等位基因,并對其進行序列分析和功能預測,鑒定出了春化位點多種等位基因以及光周期位點多種單倍型,并分析不同等位基因(組合)及單倍型對小麥抽穗期和開花期的影響;建立了多元回歸方程,證明了Ppd-D1基因是影響抽穗期最關(guān)鍵的基因;利用RIL群體結(jié)合轉(zhuǎn)錄組分析及同源基因比對鑒定出新的Vrn-D3基因型,并對其進行功能研究。
【圖文】：

圖 1-1. 光周期和春化基因?qū)π←滈_花期的調(diào)控途徑g 1-1. Pathway of photoperiod and vernalization on wheat flow參照了水稻和高粱中開花調(diào)控途徑，進而整合了下的抽穗期調(diào)控途徑，分為 A、B、C、D 四個途徑

圖 1-2. 小麥開花期的綜合調(diào)控途徑Fig 1-2. Pathways on wheat flowering time分析（GWAS）是利用大量 SNP 標記進行全基因組上基全面系統(tǒng)的分析復雜性狀的遺傳分子基礎(chǔ)，得益于
【學位授予單位】：河南農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：S512.1

【參考文獻】

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本文編號：2623070