【摘要】：玉米是我國主要農作物,其產量提高對于解決我國糧食問題有深遠的影響。氮素作為植物生長所必需的養(yǎng)分,是土壤最易缺乏的元素之一。玉米氮素利用效率低,同時氮肥過度施用,致使大量養(yǎng)分流失到環(huán)境中,造成嚴重的環(huán)境問題。硝酸還原酶是植物氮素同化代謝過程中的關鍵酶,在植物氮素高效利用過程中具有重要作用。本文以139個自然群體和150個來自Xu178×K12雜交組合的重組自交系群體(Recombinant Inbred Lines,RIL)為材料,用SNP和SSR兩種標記結合QTL定位和關聯(lián)分析兩種方法對玉米硝酸還原酶活性進行遺傳分析。挖掘影響玉米硝酸還原酶活性的關鍵SNP位點和氮高效候選基因,為玉米氮高效分子育種奠定堅實的理論基礎。試驗結果如下:1.對RIL群體和自然群體中硝酸還原酶活性高低進行分析,表明母本Xu 178硝酸還原酶活性顯著高于父本K12,且RIL群體具有超親分離現(xiàn)象;硝酸鹽含量高低會影響硝酸還原酶活性,較高硝酸鹽含量可以提高硝酸還原酶活性。2.對RIL群體硝酸還原酶活性進行QTL定位,在兩個氮水平下共檢測到15個QTL,分布在除第9和10號染色體外的其余染色體上,大部分QTL都在單環(huán)境下被檢測到,表明硝酸還原酶活性主要受微效基因控制;位于第1和第6染色體的qLNRA_1-1(qHNRA_1-1)和qHNRA_6-1(qHNRA_6-2)在2種處理下被檢測到,是主要研究的QTL。位于第1染色體的qLNRA_1-1(qHNRA_1-1),標記區(qū)間為umc2151-umc1335,貢獻率在7.47-14.56%之間,增效等位基因來自母本Xu 178。位于第6染色體的qHNRA_6-1(qHNRA_6-2),標記區(qū)間為umc2068-bnlg391,貢獻率在16.32-18.65%之間,增效等位基因也來自母本Xu178。3.利用TASSEL軟件對自然群體硝酸還原酶活性進行全基因組關聯(lián)分析,在E2、E3環(huán)境下和利用BLUP值分別共檢測到21、19和8個與硝酸還原酶顯著關聯(lián)的SNP標記,幾乎所有SNP位點是在單環(huán)境下被檢測到,以上結果均表明硝酸還原酶活性主要受微效基因控制。4.將QTL定位結果與全基因組關聯(lián)分析結果相比較,發(fā)現(xiàn)SNP標記AX-86258733位點正好落在QTL定位檢測到的QTL,qHNRA_6-1(qHNRA_6-2)位點的標記區(qū)間umc2068-bnlg391之內,該位點與基因Zm00001d035050相關聯(lián),該基因編碼蛋白激酶超家族蛋白,貢獻率為12.69%。進一步分析,發(fā)現(xiàn)該位點與其它位點連鎖程度較低,存在基因型AA和GG變異,對基因型與表型進行分析,發(fā)現(xiàn)基因型AA與表型值具有正相關性,基因型AA變異有利于硝酸還原酶活性的提高。
【學位授予單位】：西北農林科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：S513
【圖文】：

圖 3-1 2 個環(huán)境條件下硝酸還原酶活性值在 150 個 RIL 群體中的頻率分布直方圖Fig 3-1 Frequency distribution of NRA values among 150 RIL under 2 environments鎖。通過以上對圖片的分析，我們可以看出 qHNRA_5-1 和 qHNRA_8-1（qHNRA_8-2）是潛在的連鎖位點，需要繼續(xù)后續(xù)對其進行研究探討。3.3 基于 SNP 標記的基因型分析3.3.1 群體遺傳多樣性分析利用在全基因組中平均分布、數據質量評估值高的 50,790 個 SNP 標記對全部 139個品種進行遺傳多樣性分析。結果如圖 3-5 和圖 3-6，圖 3-5 展示 SNP 在 10 條染色體上的分布密度情況，SNP 在 10 條染色體上密度較均勻。圖 3-6-B 展示 50,790

18結合連鎖和關聯(lián)分析方法挖掘玉米硝酸還原酶的功能位點個 SNP 標記在 10 條染色體上的分布情況，其中，在第一條染色體上 SNP 分布最多，占 15.8%，第十染色體最少，僅占 7.3%，其余染色體 SNP 分布范圍在 8.1-11.6% 之間，50,790 個 SNP 標記中，大約有 69.4% 的 SNP 最小等位基因頻率大于 0.2（圖3-6-A）。50,790 個 SNP 標記中共檢測 100,158 個等位基因，平均每個位點 2 個等位基因。平均多態(tài)性信息含量為 0.30，變化范圍為 0.09-0.38，主要分布在 0.3-0.4 之間（圖3-6-C）。各位點的基因多樣性平均為 0.37，范圍為 0.10-0.51，主要分布在 0.45-0.5 之間（圖 3-6-D）。

ixture 軟件結果相似，PCA 將 139 份自交系分成 7 個亞群（圖ixture 軟件獲得的概率 Q 值和自交系遺傳組分 60% 的標準，將每應亞群中，并將 7 個亞群命名為 P1、P2、P3、P4、P5、P6和 P7，到 60% 的將其歸為混合群（Mixed）（圖 3-7-B）。 個亞群分析結果如下（表 3-5）：以 Lx9801、7381、鄭 32、吉 63系被劃入 P1亞群；P2亞群由 14 個自交系組成，典型玉米自交系3、TY6；有 12 個自交系被劃入 P3亞群，代表系為 IRF314、J414亞群包括 8 份自交系組成，代表系有 Z141262、K12TC、昌 7-2、 6 份自交系組成，代表系為 07ks4、4F1、7884-4Ht、835a；P6亞成，典型系為 ye8001、1462、501、812；P7亞群由 4 個自交系組括 JY01、K14、L3180、LG001；其余 64 個自交系屬于混合群。在P2和 P3占群體 37%，占據該群體除混合群之外絕大部分材料�？蓤D群體不存在復雜的群體結構，適合后續(xù)進行關聯(lián)分析。

【參考文獻】

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本文編號：2768196