【摘要】：玉米(Zea mays L.)起源于墨西哥西南部的巴爾薩斯河流域,根據(jù)生長環(huán)境的不同,玉米可劃分為溫帶和熱帶兩大類群。對不同玉米類群遺傳差異解析,將有助于鑒定馴化和改良過程中與開花期性狀和光周期敏感性狀相關的基因和優(yōu)勢單倍型,同時為種質的引入、改良和應用提供遺傳基礎。本研究結合選擇信號分析、全基因組關聯(lián)分析、單倍型分析、GO富集分析對溫帶和熱帶玉米群的候選基因和優(yōu)勢單倍型進行解析。結論如下:由溫帶和熱帶玉米自交系構成的關聯(lián)群體種植在北京順義、河南新鄉(xiāng)以及海南三亞進行田間表型鑒定。溫帶和熱帶玉米群開花期相關性狀隨著緯度的降低均呈現(xiàn)出下降的趨勢,但熱帶玉米群具有相對更長的開花期。兩組近等環(huán)境(順義-三亞;新鄉(xiāng)-三亞)中光周期敏感性狀比較分析發(fā)現(xiàn),緯度差異與光周期敏感性差異正相關,即順義與三亞的光周期敏感性差異大于新鄉(xiāng)與三亞。相較于溫帶玉米群,熱帶玉米群具有更高的光周期敏感性。為了鑒定與開花期和光周期敏感性狀關聯(lián)的優(yōu)勢單倍型,本研究構建了與鄰近的標記LD系數(shù)大于0.8的所有連續(xù)SNP位點所構成的包含至少兩個SNP的單倍型座位。在39,350個高質量(最小等位基因頻率0.05,缺失率20%)SNP標記中發(fā)現(xiàn)了14,359個SNP位點構成4,166個單倍型座位,共包含11,707個單倍型等位基因,平均每個單倍型座位可檢測出2.8個單倍型等位基因和3.4個SNP,長度為26.2 kb。通過對溫帶和熱帶玉米群體進行選擇信號分析,在溫帶玉米群中檢測到106個選擇信號。對選擇信號區(qū)域內蛋白編碼基因進行GO富集分析,結果顯示候選基因主要富集于與生物調控、生物合成以及脅迫響應等相關的重要途徑中。由溫、熱帶玉米自交系構成的關聯(lián)群體檢測到78個與開花期顯著關聯(lián)信號(基于SNP的GWAS:63;基于單倍型的GWAS:15),35個與光周期敏感性顯著關聯(lián)信號(基于SNP的GWAS:24;基于單倍型GWAS:11)。與開花期性狀關聯(lián)單倍型座位分別解釋抽雄期、吐絲期和和散粉期表型變異的18.6%、17.5%和17.7%;與光周期敏感性關聯(lián)的單倍型座位分別解釋抽雄期相對差異、吐絲期相對差異和散粉期相對差異表型變異的14.8%、11.2%和15.5%。由多環(huán)境、多性狀共同鑒定的顯著關聯(lián)單倍型座位中,同一單倍型等位基因對同類性狀具有相同效應方向。具有單倍型等位基因GATT(一號染色體HapL499)的玉米自交系具有更短的開花期;而具有單倍型等位基因GTTGT(二號染色體HapL978)、CA(十號染色體HapL4054)以及TA(十號染色體HapL4055)的玉米自交系具有更低光周期敏感性。值得注意的是,十號染色體HapL4054(CA和CG)和HapL4055(TA和TG)座位中各自兩種單倍型等位基因對光周期敏感性狀均具有相反效應。另外,基于SNP和單倍型的GWAS檢測效力的比較,發(fā)現(xiàn)單倍型應用顯著提高了表型解釋率。
【圖文】：

學位論文 離的方法，，同時也是常見的選擇信號鑒定方法，其原理是通過的差異來判別位點選擇作用的可能性。前人提出許多 FST統(tǒng)計的評估方法是（HT-HS）/HT，HT代表種群分化之前目標位點的群體分化之后目標位點的雜合型頻率或者雜合度。FST統(tǒng)計量于 1 表明目標位點在不同亞群之間分化程度越高，可能由于正向選擇，也可能由于目標位點在不同亞群中受到了不同方向標位點在不同亞群之間分化程度越低，目標位點可能是受到了負向選擇。LSBL 方法由 Shrive 首先提出，A、B 和 C 代表群、 和 分別代表兩兩亞群之間的群體分化程度；而特定位ST值來計算。 = ( )/2 = ( )/2 = ( )/2

.1 試驗材料.1.1 試驗材料本課題收集 410 份具有廣泛代表性的玉米自交系（附表 1），其中 238 份是選自育種程序的玉米自交系，代表經歷顯著改良并適應溫帶長日照環(huán)境的溫帶玉米，而 172 份主要來源IMMYT 的熱帶、亞熱帶玉米自交系，代表具有豐富的遺傳多樣性、改良程度較低、更適應馴化的原始環(huán)境的熱帶玉米。.1.2 基因型數(shù)據(jù)分析本試驗利用 PLINK 軟件（Purcell et al., 2007）對玉米 55K SNP 芯片數(shù)據(jù)（Xu et al., 2017）質量控制，具體參數(shù)設置如下：--vcf snpdata.vcf --geno 0.2 --maf 0.05 --recode vcf-iid --ewdata。即對所有 SNP 位點按照標準（最小等位基因頻率>0.05，缺失率<20%）進行篩選，擇 39,350 個 SNP 作為高質量位點，其均勻分布于玉米基因組中。每條染色體有 2,850（十號體）至 6,050（一號染色體）SNP 位點。
【學位授予單位】：中國農業(yè)科學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：S513

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本文編號：2687241