【摘要】：為研究玉米o(hù)2,o16和wx基因聚合提高賴氨酸含量的分子機(jī)理,本論文利用分子標(biāo)記輔助選擇技術(shù)和回交育種技術(shù),選育了o2基因滲入糯玉米材料2份,o2和o16基因滲入糯玉米材料2份,o2、o16和wx基因滲入普通玉米材料7份。以此為材料,在籽粒乳熟期,利用轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù),篩選與輪回親本相比,轉(zhuǎn)錄水平表達(dá)差異基因。利用Label-free技術(shù)進(jìn)行蛋白表達(dá)差異分析及轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)關(guān)聯(lián)分析,揭示玉米o(hù)2、o16和wx不同基因聚合提高賴氨酸含量、增加營養(yǎng)品質(zhì)的分子機(jī)制。主要研究結(jié)果如下:1、材料創(chuàng)制:利用分子標(biāo)記輔助選擇技術(shù),選育出玉米o(hù)2基因滲入糯玉米的材料2份(QCL8004-1/o2wx和QCL8004-2/o2wx),基于SNP分子標(biāo)記背景恢復(fù)率分別為93.16%和93.28%。玉米o(hù)2和o16基因滲入糯玉米的材料2份(QCL8006-1/o2o16wx和QCL8006-2/o2o16wx),基于SNP分子標(biāo)記背景恢復(fù)率分別為95.22%和95.12%。玉米o(hù)2、o16和wx基因滲入普通玉米回交6代的近等基因系7份(QCL8013-1/o2o16wx、QCL8013-2/o2o16、QCL8013-3/o2wx、QCL8013-4/o16wx、QCL8013-5/o2、QCL8013-6/o16和QCL8013-7/wx),理論背景恢復(fù)率為99.22%,這些材料均是進(jìn)行遺傳研究的基礎(chǔ)材料。2、品質(zhì)分析:玉米o(hù)2基因滲入糯玉米的材料QCL8004-1/o2wx和QCL8004-2/o2wx,其籽粒賴氨酸含量分別為0.37%和0.38%,比糯玉米親本QCL5013提高15.63%和18.75%。玉米o(hù)2和o16基因滲入糯玉米的材料QCL8006-1/o2o16wx和QCL8006-2/o2o16wx,其籽粒賴氨酸含量分別為0.49%和0.54%,比糯玉米親本QCL5019提高68.97%和86.21%。玉米o(hù)2、o16和wx基因滲入普通玉米的近等基因系材料,其籽粒賴氨酸含量比普通玉米CML539均有不同程度的增加,其中,QCL8013-1/o2o16wx賴氨酸含量為0.5043%,比普通玉米親本CML539提高111.22%。3、表型觀察及細(xì)胞亞顯微結(jié)構(gòu)分析:玉米o(hù)2基因滲入糯玉米的材料QCL8004-1/o2wx和QCL8004-2/o2wx,果穗錐形,與輪回親本QCL5013相似,籽粒種皮光滑有光澤,籽粒飽滿,胚乳粉質(zhì)程度略有增加。玉米o(hù)2和o16基因滲入糯玉米的材料QCL8006-1/o2o16wx和QCL8006-2/o2o16wx,果穗與輪回親本QCL5019相似,籽粒種皮有不同程度皺褶,無光澤,籽粒皺縮不飽滿,胚乳粉質(zhì)程度顯著增加,籽粒完全不透明。玉米o(hù)2、o16和wx基因滲入普通玉米的近等基因系材料,獲得的o2o16wx-NIL,o2o16-NIL,o2wx-NIL,o16wx-NIL,o2-NIL和o16-NIL 6種不同基因類型近等基因系材料,籽粒均不透明,胚乳粉質(zhì)程度顯著增加,而wx-NIL籽粒也不透明,為蠟質(zhì)胚乳。掃描電鏡觀察表明:獲得的玉米o(hù)2、o16和wx不同基因聚合材料,籽粒胚乳淀粉顆粒多呈不規(guī)則形狀,體積差別比較大,大小不均勻,排列無規(guī)律。同時,基質(zhì)蛋白密度大,多聚集在一起,散布與淀粉顆間隙中。而輪回親本籽粒胚乳淀粉顆粒大多呈橢球狀或圓球狀,大小比較均勻,基質(zhì)蛋白密度小,緊密包裹著淀粉顆粒。4、玉米o(hù)2基因滲入糯玉米轉(zhuǎn)錄分析:o2基因滲入糯玉米后,在胚乳發(fā)育時期,引起49個基因表達(dá)水平發(fā)生顯著變化,其中,編碼EF-1α的基因Zm00001d029385、編碼LHT1的基因Zm00001d012262和編碼ZmDHN13蛋白的基因Zm00001d033483上調(diào)表達(dá),編碼富硫蛋白家族(大多為醇溶蛋白)的基因Zm00001d011063下調(diào)表達(dá),從而提高玉米籽粒的賴氨酸含量。此外,色氨酸合成代謝通路中,編碼鄰氨基苯甲酸磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶(APT)的基因Zm00001d030185上調(diào)表達(dá),促進(jìn)色氨酸合成,從而提高籽粒色氨酸含量。5、玉米o(hù)2和o16基因滲入糯玉米轉(zhuǎn)錄分析:o2和o16基因滲入糯玉米后,在胚乳發(fā)育時期,引起272個基因表達(dá)水平發(fā)生顯著變化,其中,編碼蔗糖合酶的基因Zm00001d010801、編碼葡萄糖-1磷酸轉(zhuǎn)移酶的基因sh2和bt2以及編碼淀粉分支酶的基因ae1等表達(dá)上調(diào),利于淀粉合成及支鏈淀粉比重增加。同時,引起編碼丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶的基因alt4和Zm00001d030557以及編碼谷草轉(zhuǎn)氨酶的基因got3的表達(dá)上調(diào),促進(jìn)氨基酸轉(zhuǎn)化,利于干物質(zhì)積累。尤其是引起賴氨酸降解代謝中編碼LKR/SDH的基因lkrsdh1,編碼肌氨酸氧化酶的基因Zm00001d020984下調(diào)表達(dá),抑制賴氨酸降解。同時,也會引起編碼19kDa和22kDaα-zein的基因下調(diào)表達(dá),降低玉米籽粒醇溶蛋白含量,從而提高玉米籽粒賴氨酸含量。6、玉米o(hù)2、o16和wx基因聚合的轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組分析表明:淀粉代謝過程中,編碼葡萄糖1-磷酸腺苷轉(zhuǎn)移酶(AGPase)的基因Sh2和Bt2及相關(guān)蛋白,在α-D-葡萄糖-1-磷酸轉(zhuǎn)變?yōu)锳DP-α-D-葡萄糖過程中,上調(diào)表達(dá),利于淀粉合成。編碼顆粒結(jié)合淀粉合成酶(GBSS)基因Wx1,在ADP-α-D-葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)橹辨湹矸圻^程中,下調(diào)表達(dá),致使直鏈淀粉合成受阻。編碼異淀粉酶(ISA)的基因及相關(guān)蛋白,在α(1,6)-α-D-葡糖基-(1,4)-α-高分支葡聚糖轉(zhuǎn)變?yōu)閚(1,6)-α-D-葡糖基-(1,4)-α-中分支葡聚糖過程中,上調(diào)表達(dá),致使支鏈淀粉比重增加。在色氨酸代謝過程中,關(guān)聯(lián)到的差異基因/蛋白主要被注釋到色氨酸降解通路,編碼色氨酸丙酮酸氨基轉(zhuǎn)移酶(TAA)基因,在色氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)檫胚岜徇^程中,下調(diào)表達(dá)。另外,編碼吲哚-3-丙酮酸單加氧酶(IPMO)的基因和蛋白,在吲哚丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)檫胚岽姿徇^程中,下調(diào)表達(dá),抑制色氨酸降解。在賴氨酸代謝過程中,編碼天門冬氨酸激酶(AK)的基因Zm00001d035282及相關(guān)蛋白,在天冬氨酸(L-aspartate)轉(zhuǎn)變?yōu)長-天冬氨酰4磷酸(L-aspartyl-4-phosphate)過程中,上調(diào)表達(dá)。同時,編碼肌氨酸氧化酶/L-甲基哌啶氧化酶(L-PO)的基因Zm00001d020984及相關(guān)蛋白,在賴氨酸降解L-甲基哌啶轉(zhuǎn)變?yōu)檫哙?6-羧酸過程中,下調(diào)表達(dá)。編碼賴氨酸酮戊二酸還原酶/酵母氨酸脫氫酶(LKR/SDH)的基因Zm00001d052079及相關(guān)蛋白,在賴氨酸降解通路賴氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)?-氨基乙二酸-6半醛過程中,下調(diào)表達(dá),抑制賴氨酸降解。另外,編碼19kDa/22kDaα-zein、15kDaβ-zein和18 kDaδ-zein的基因,在胚乳發(fā)育時期,下調(diào)表達(dá),降低玉米籽粒醇溶蛋白含量,從而提高玉米籽粒賴氨酸含量。
【圖文】：

貴州大學(xué) 2019 屆博士研究生學(xué)位論文i061、phi027和phi022對糯玉米QCL5013和高賴氨酸玉米太系19進(jìn)行多態(tài)性，結(jié)果o2基因內(nèi)標(biāo)記phi112、umc1066和phi057在QCL5013和太系19之間均好的多態(tài)性，，wx基因內(nèi)標(biāo)記phi027和phi061在QCL5013和太系19間有很好的性（圖2.1）。本實驗選用SSR標(biāo)記umc1066和phi027對o2和wx靶基因在BC12F1和BC2F2分離世代進(jìn)行前景選擇。

體 BC2F3 世代遺傳背景選擇膠圖 R 為 QCL5013 ，phoresis pattern of background selection for BC2F3. R, Q表 2.2 23 個 BC2F3 家系背景恢復(fù)率和賴氨酸含量分析2 Background recovery rates and Lys contents of 23 BC2-17F1-19F1-2F1-20F1-22F1-25F1-3F93 0.935 0.939 0.94 0.91 0.939 0.941 03 0.284 0.307 0.281 0.32 0.309 0.29 0-9 F3-10 F3-14 F3-17 F3-4 F3-7 F6-23 F97 0.924 0.903 0.938 0.96 0.951 0.915 031 0.28 0.292 0.295 0.39 0.333 0.314 0 rate after backcrossing of g generations, G (g) = [L+x(g)]/2L; Xnt; g, generations of backcrossing; L, total number of tested mar
【學(xué)位授予單位】：貴州大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：S513

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2648044