谷子(Setaria italica(L.)P.Beauv)是禾本科狗尾草屬的一年生作物,其種子去殼后即人們俗稱的“小米”,是我國北方干旱半干旱地區(qū)主要的糧食作物。谷子中人體必需氨基酸含量遠(yuǎn)高于其他禾本科作物,如小麥、玉米和水稻等,且其中富含的微量元素也很豐富,是一種重要的健康營養(yǎng)雜糧。谷子為二倍體自花受粉的單子葉C_4作物,生育周期短(80—140天),基因組較小(約515Mb),實(shí)驗(yàn)室操作方便。同時,谷子基因組與水稻基因組具有較高的共線性,是除水稻之外的另一種具有較大潛力的模式作物~([1-2])。穗是谷子產(chǎn)量的最終形成部位,穗部形態(tài)與結(jié)構(gòu)始終是遺傳育種的重要性狀,而穗頂端敗育嚴(yán)重影響作物的產(chǎn)量及品質(zhì),因此對穗頂端敗育突變體的研究有助于揭示穗頂端敗育的遺傳機(jī)制,對提高糧食產(chǎn)量具有積極的指導(dǎo)意義。本研究通過對野生型豫谷一號(Yugu1)進(jìn)行甲基硫酸乙酯(Ethyl Methyl Sulfonate,EMS)化學(xué)誘變,從中發(fā)現(xiàn)了一個穩(wěn)定遺傳的穗頂端敗育突變體,命名為sipaa1。通過對突變體進(jìn)行植物學(xué)觀察發(fā)現(xiàn),與Yugu1相比,突變體的表型變異主要集中在穗部,表現(xiàn)為穗頂端小花敗育,枝梗數(shù)顯著減少,出現(xiàn)了明顯的禿尖現(xiàn)象,導(dǎo)致谷穗產(chǎn)量大幅下降。對連續(xù)多代種植的突變體進(jìn)行遺傳分析鑒定發(fā)現(xiàn),谷穗頂端敗育是單基因控制的性狀變異。在此基礎(chǔ)上,以突變體sipaa1母本和SSR41父本構(gòu)建的F_2定位群體的隱性單株為材料,對突變基因進(jìn)行BSA混池測序法基因定位發(fā)現(xiàn),突變基因定位于1號染色體Indel標(biāo)記In1-9.23與In1-9.322之間約110Kb的范圍內(nèi)。對突變體進(jìn)行高通量測序,結(jié)果在該定位區(qū)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)了12個候選基因,其中6個在谷子穗部高表達(dá)。突變體sipaa1和野生型Yugu1的轉(zhuǎn)錄組測序結(jié)果顯示,突變體與野生型之間存在2768個上調(diào)基因,507個下調(diào)基因,且差異基因主要存在于激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、外界脅迫響應(yīng)、植物-病原互作等通路中,該結(jié)果暗示突變體中目的基因的變異可能激活了植物對激素和脅迫的響應(yīng)。將RNA-Seq結(jié)果以及基因組織表達(dá)特異性數(shù)據(jù)分析,在該定位區(qū)間內(nèi)確定了2個與植物花器官發(fā)育及脅迫響應(yīng)密切相關(guān)的穗部高表達(dá)候選基因。本研究初步探索了與谷子穗頂端敗育相關(guān)的遺傳因素,為下一步禾本科作物穗頂端敗育相關(guān)的通路研究提供了基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：山西大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：S515
【部分圖文】：

圖 1.1 RNA-Seq 測序流程圖Fig1.1 Flow chart of RNA Sequencing1.4.3 轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)的應(yīng)用1.4.3.1 基因的挖掘和和功能預(yù)測高通量轉(zhuǎn)錄組測序的最終目標(biāo)是對獲取的生物體或生物組織表達(dá)的全列進(jìn)行鑒定，從中獲得有參考注釋的基因或發(fā)掘新基因并預(yù)測其生物學(xué)功豐富已知物種的基因注釋內(nèi)容。姚堅(jiān)強(qiáng)[55]在幼穗分化期的糯玉米中發(fā)現(xiàn)了育相關(guān)基因，這些基因存在 35 處堿基的突變，導(dǎo)致了 18 個氨基酸的差異。等從‘晉谷 21’中鑒定出 1.74%（614 個）的蛋白質(zhì)編碼新基因，其中高表比約為 7.17%（44 個），低表達(dá)基因占比約為 19.87%（122 個），500nt 以本約占 93.32%。Vega-Arreguín 等[57]從墨西哥地方玉米品種 Palomero Tolu到了約 5.67％（86069 個）新轉(zhuǎn)錄本。Yeonhwa[58]等對韓國谷子品種 Taejin重頭組裝發(fā)現(xiàn)其中包含有 145332 個差異表達(dá)基因，可能導(dǎo)致 82925 個蛋白

第三章 結(jié)果與分析第三章 結(jié)果與分析3.1 突變體 sipaa1 表型特征與野生型相比，突變體 sipaa1 的谷穗和葉片發(fā)生了較大變化，在穗部尤其明顯在穗發(fā)育的早期，突變體就出現(xiàn)了頂端穗禿尖黃化現(xiàn)象，隨著谷穗分化的進(jìn)行，從下往上一級分枝數(shù)逐漸遞減，其上的二、三級分枝數(shù)也相應(yīng)的減少，導(dǎo)致穗發(fā)育完成后，從下往上谷穗數(shù)量逐漸稀疏（圖 1-D），大小顯著變小(圖 1-E)，谷穗明顯變細(xì)，其形狀由原來的圓筒形變?yōu)殡u嘴形（圖 1-B），且穗頸明顯變長，其形狀也由原來的勾形變?yōu)橹袕潱▓D 1-A）。突變體的葉長（倒二葉）較 Yugu1 顯著變長。突變體與 Yugu1 的株高沒有明顯差異，但 Yugu1 平均莖節(jié)數(shù)為 14，突變體平均莖節(jié)數(shù)較Yugu1 少一節(jié)（13 節(jié)）。

著（表 3.1、圖 3.2-A）；野生型葉長 45.33cm，較突變體（40.50cm）長 10.66%（表3.1、圖 3.2-B)差異極顯著；野生型葉寬 3.54mm，較突變體（3.36mm）降低了 5.08%，差異不顯著（表3.1、圖3.2-C）。對穗部主要性狀進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，野生型穗長為23.67cm，突變體（20.98mm）略有降低，二者差異不顯著（表 3.1、圖 2-E）；野生型 Yugu1穗粗 30.64mm，突變體（25.70mm）降低了 16.12%（表 3.1、圖 3.2-F）；野生型谷碼數(shù)為 104.20，突變體（70.25）減少了 32.58%（表 3.1、圖 3.2-H）; 野生型千粒重為 2.64g，突變體（3.12g）增加 18.18%（表 3.1，圖 3.2-J）�？傊�
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2880252