【摘要】：根系是植物吸收養(yǎng)分和水分的重要器官,其構(gòu)型和生長發(fā)育機制等問題在發(fā)育生物學(xué)中占據(jù)重要地位。作為我國西北地區(qū)重要的生態(tài)樹種,胡楊(Populus euphratica)的抗逆生態(tài)適應(yīng)性的遺傳機理研究尚較為薄弱。開展胡楊根系耐鹽性狀遺傳定位與基因解析研究,不僅可以揭示胡楊耐鹽機制,還能發(fā)現(xiàn)耐鹽能力強、根系發(fā)育穩(wěn)定的優(yōu)秀胡楊種質(zhì)資源,對胡楊耐鹽良種的篩選有重要實踐指導(dǎo)意義。為此,本研究對構(gòu)建好的胡楊F1作圖群體進行組培無性系化,并進行鹽處理實驗。通過360°拍照獲得胡楊根系14個時間點的根系表型生長動態(tài)數(shù)據(jù),建立功能作圖模型分析對照和鹽脅迫環(huán)境中胡楊根系生長動態(tài)性狀的顯著QTL位點,從動態(tài)和發(fā)育角度研究胡楊耐鹽表型變化的遺傳機制。利用2HIGWAS數(shù)學(xué)模型定位相關(guān)的遺傳位點,系統(tǒng)闡述基因互作對胡楊根系生長的影響。主要研究結(jié)果及結(jié)論如下:1.整個觀測期,鹽脅迫對胡楊不定根的伸長生長呈現(xiàn)抑制作用,而對側(cè)根的抑制作用主要發(fā)生在生長的中后期。鹽脅迫對胡楊不定根和側(cè)根表面積和體積均呈現(xiàn)抑制作用,且生長進入中后期時抑制作用更顯著。在整個觀測期,鹽脅迫對胡楊不定根數(shù)量的抑制作用較弱;而對側(cè)根數(shù)量的抑制作用較為顯著,且主要發(fā)生在生長的中后期。殘差分析和擬合優(yōu)度結(jié)果表明,兩種環(huán)境條件下邏輯斯蒂方程能很好的對根系表型的個體進行擬合,且個體間多樣性較強。從群體平均生長曲線發(fā)現(xiàn),不同根系表型的生長發(fā)育起始時間,指數(shù)增長期持續(xù)時間各不相同,在不同根級上,不定根與側(cè)根和總根的生長曲線差別較大。2.通過功能作圖發(fā)現(xiàn),對照條件下定位到238個QTLs,相關(guān)基因參與AIP合成、細胞分裂素調(diào)控、碳代謝等生長相關(guān)的生物學(xué)過程;鹽脅迫條件下定位到248個QTLs,相關(guān)基因參與鹽脅迫、脫落酸信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和細胞氧化解毒等脅迫相關(guān)的生物學(xué)過程。對照和鹽脅迫下共同定位到14個相同的QTLs位點。此外,在不同生長環(huán)境中,相同QTL影響下的根系表型生長曲線的最大加速度時刻、最大減速度時刻、生長速率轉(zhuǎn)折點和線性增長持續(xù)時間均不相同,表明QTL對根系生長的影響具有環(huán)境異質(zhì)性。3.基于2HIGWAS對初篩后的SNPs和兩個生長環(huán)境條件下的胡楊根系性狀分別進行主效應(yīng)QTL定位,對照和鹽脅迫條件下分別定位到229個和184個顯著位點。在對照條件下,兩種分析方法之間沒有定位到相同的主效位點,但鹽脅迫條件下,兩種分析方法下共定位到5個相同的顯著位點。對在2HIGWAS方法下發(fā)掘的主效位點進行功能注釋發(fā)現(xiàn),對照條件下成功注釋到27條注釋信息,鹽脅迫條件下成功注釋到10條注釋信息。4.運用2HIGWAS對顯著QTL和主效位點進行基因互作分析發(fā)現(xiàn),對照條件下共檢測出QTL-QTL互作158對,其中AA互作類型有134對,AD互作類型有24對,DD互作類型有3對。鹽脅迫條件下共檢測出QTL-QTL互作118對,其中AA互作類型有93對,AD互作類型有21對,DD互作類型有1對。每對互作QTL隨時間呈現(xiàn)出不同的效應(yīng)方向(正向和負向)和效應(yīng)強度。14個根系表型中互作QTL的遺傳力強度隨時間而改變。兩種環(huán)境條件下,側(cè)根長度、側(cè)根數(shù)量、總根長度、總根數(shù)量單個互作QTL的遺傳力大于5%,其他根系性狀均小于5%。與鹽脅迫不同,對照條件下根系分支比單個互作QTL的遺傳力大于5%,且側(cè)根長度遺傳力顯著強于鹽脅迫條件下。本研究獲取了與胡楊根系生長和耐鹽相關(guān)的遺傳位點和主效位點,解析了關(guān)鍵基因的生物學(xué)功能以及對根系生長的動態(tài)過程和關(guān)鍵時間節(jié)點進行了解析,分析了基因間互作對根系表型動態(tài)生長過程的影響,這些發(fā)現(xiàn)對于揭示胡楊抗逆遺傳機制及其耐鹽良種選育具有重要的理論實踐意義。
【圖文】：

圖１－１實驗技術(shù)路線圖逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ邋ｆｌｏｗ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｐｒｅｓｅｎｔ邋ｓｔｕｄｙ逡逑

接著在７５％的酒精中刷洗枝條，在每種溶液中將枝條每面刷４－７次，注意不逡逑要損壞枝條表皮，清洗好后在濃度為３％的次氯酸鈉中浸泡４０＿，浸泡結(jié)束后在流逡逑水下沖洗５ｍｉｎ后浸泡在清水中待用（圖２－２邋Ａ）：逡逑（３）外植體接種：外植體莖段在無菌臺中先在７５％酒精中浸泡５ｍｍ－８ｍｉｎ，然后逡逑在攪拌器上盛有３５％次氯酸鈉溶液的燒杯中浸泡８ｍｉｎ￣１２ｍｍ，浸泡時間依據(jù)胡楊枝逡逑條的老嫩程度進行估計，滅菌后用手術(shù)刀切成丨－２邋ｃｍ小段，保證每小段有１－２個腋逡逑芽，將莖段生物學(xué)下端插入配置好的培養(yǎng)基中0．５ｃｍ左右，，每個組培瓶接種將３－４個逡逑莖段，每個系號接種５－８瓶，共２５－３５個莖段（圖２－２邋Ｂ）；逡逑（４）經(jīng)過１０ｄ左右，莖段腋芽萌發(fā)，部分半木質(zhì)化莖段下端會產(chǎn)生不定根，約１５－逡逑２０邋ｄ腋芽會長大成ｌ－１．５ｃｍ，此時將腋芽剪下接種到新的生根培養(yǎng)基組培瓶中（圖２－２逡逑Ｃ
【學(xué)位授予單位】：北京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：S792.11


本文編號：2698562