玉米（Zm mays L.）籽粒大小是影響產(chǎn)量的關(guān)鍵因素,也是馴化和改良過程中重要的目標(biāo)性狀。籽粒大小屬于復(fù)雜數(shù)量性狀、由微效多基因控制。隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)的發(fā)展,人們對自然變異控制玉米籽粒大小關(guān)鍵基因的研究報(bào)道逐漸增多。本實(shí)驗(yàn)室前期研究分別在玉米第1染色體bin 1.07和第7染色體bin 7.02上定位到控制粒長的主效QTL qKL1.07和粒寬的主效QTL qKW7。在此基礎(chǔ)上,本研究分別構(gòu)建兩個(gè)目標(biāo)QTL的高代回交群體,結(jié)合分子標(biāo)記輔助選擇和高密度SNP芯片篩選目標(biāo)QTL近等基因系,構(gòu)建大規(guī)模分離群體,精細(xì)定位了這兩個(gè)目標(biāo)QTL,結(jié)合連鎖分析、關(guān)聯(lián)分析、轉(zhuǎn)錄組測序、比較基因組學(xué)和遺傳轉(zhuǎn)化等方法確定了候選基因,并進(jìn)行了功能驗(yàn)證。主要研究結(jié)果如下:1)玉米粒長QTLqKL1.07精細(xì)定位和候選基因分析。利用粒長近等基因系構(gòu)建8375個(gè)F2單株,將qKL1.07精細(xì)定位在B73參考基因組48 kb區(qū)間,區(qū)間內(nèi)注釋有細(xì)胞色素P450（Zm00001d032035）和羧酸酯酶（Zm00001d032036）2個(gè)基因。在精細(xì)定位區(qū)間,作圖群體雙親Mo17和黃早四的參考基因組分別有131 k... 

【文章來源】：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京市

【文章頁數(shù)】：110 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

Zm00001d032035蛋白質(zhì)序列分析

本研究技術(shù)路線的基本思路:根據(jù)課題組前期籽粒大小QTL初定位和精細(xì)定位的結(jié)果,構(gòu)建高代回交群體驗(yàn)證目標(biāo)QTL的遺傳效應(yīng),并利用分子標(biāo)記輔助選擇篩選出包含目標(biāo)QTL的近等基因系,構(gòu)建大規(guī)模的分離群體,采用圖位克隆和功能基因組學(xué)的方法完成候選基因的挖掘與生物學(xué)功能驗(yàn)證,為闡明玉米籽粒大小形成的分子機(jī)制奠定基礎(chǔ)。粒長是玉米籽粒大小遺傳改良的重要目標(biāo)性狀之一,與單株產(chǎn)量顯著正相關(guān),是構(gòu)成玉米產(chǎn)量的重要組成因子(李永祥等,2009)。精細(xì)定位和克隆粒長關(guān)鍵基因,有助于揭示籽粒產(chǎn)量形成的分子生物學(xué)基礎(chǔ),為開展分子設(shè)計(jì)育種提供理論指導(dǎo)和基因資源。目前已克隆的水稻粒長基因有GS3、DEP1、GL3.1/OsPPKL1、TGW3/qTGW3/GL3.3等負(fù)調(diào)控基因,qL GY3/OsLG3b、GW6a、WG7、GL7/GW7等正調(diào)控基因(LI et al.,2020)。然而,利用自然變異開展玉米粒長關(guān)鍵基因圖位克隆的研究還未見報(bào)道。在課題組前期研究中,利用黃早四為共同親本和其他11個(gè)骨干自交系雜交后構(gòu)建的多重RIL群體和覆蓋全基因組的757個(gè)SNP標(biāo)記對粒長進(jìn)行QTL初定位,在第1染色體bin 1.07定位到1個(gè)在不同環(huán)境下3個(gè)RIL群體(鄭58、Mo17和Pa405)均穩(wěn)定表達(dá)的主效QTL,命名為qKL1.07,該位點(diǎn)在黃早四和Mo17的RIL群體中可以解釋29.1%的粒長表型變異,且沒有檢測到粒寬和百粒重QTL(LI et al.,2013)308-312。利用2個(gè)粒長差異顯著的骨干自交系Mo17和黃早四為親本構(gòu)建的RIL群體和基于簡化基因組測序(genotyping by sequencing,GBS)構(gòu)建的高密度遺傳圖譜對粒長進(jìn)行QTL重定位,結(jié)果表明q KL1.07在2009北京、2009新疆、2010新疆3個(gè)環(huán)境下均能定位到,其LOD(logarithm of odds)值和可以解釋的表型變異分別為7.54和23.35%,7.35和21%、3.3和10.63%,物理位置在玉米第1染色體209.23-211.89 Mb之間,與低密度圖譜相比高密度遺傳圖譜定位精度大約提高10倍(秦偉偉等,2015)。同時(shí),以黃早四為輪回親本,Mo17為供體親本,構(gòu)建BC3F1、BC3F2、BC3F3和BC3F4高代回交群體,結(jié)合單株的粒長表型鑒定和基因型,在BC3F4群體中將qK L1.07目標(biāo)區(qū)段縮小到1.6 Mb(QIN et al.,2016)。在此基礎(chǔ)上,本研究利用高代回交群體在不同環(huán)境進(jìn)一步驗(yàn)證qKL1.07的遺傳效應(yīng),通過高密度基因芯片篩選含目標(biāo)QTL的近等基因系,構(gòu)建大規(guī)模分離群體,結(jié)合重組家系的基因型和表型,對qKL1.07進(jìn)行精細(xì)定位和候選基因挖掘、驗(yàn)證候選基因的生物學(xué)功能,為闡明玉米籽粒大小差異形成的分子機(jī)制奠定基礎(chǔ)。

本研究qKL1.07精細(xì)定位的基本思路是根據(jù)多個(gè)高代回交群體多環(huán)境粒長QTL的定位結(jié)果,利用分子標(biāo)記篩選出包含qKL1.07的粒長近等基因系,通過構(gòu)建目標(biāo)QTL區(qū)段的大規(guī)模分離群體篩選重組單株并利用自交和分子標(biāo)記輔助選擇得到覆蓋目標(biāo)QTL區(qū)間的跨疊系,結(jié)合目標(biāo)區(qū)段的基因型分析和多環(huán)境粒長表型精準(zhǔn)鑒定,完成q KL1.07的精細(xì)定位和候選基因發(fā)掘。2.1.3 基因型分析

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號：3493442