【摘要】：甘蔗是生產(chǎn)蔗糖和生物能源乙醇的重要C4作物,已廣泛種植于全球100多個(gè)熱帶和亞熱帶國家。蔗糖約占世界食糖總產(chǎn)的78%,占中國食糖總產(chǎn)的90%以上,同時(shí),在全球范圍內(nèi),大約60%的生物乙醇來自甘蔗。然而,甘蔗的生產(chǎn)受到許多植物病原體的侵染,嚴(yán)重地影響了甘蔗的生產(chǎn),因此,挖掘與甘蔗病害抗性相關(guān)的基因?qū)τ诟收岵『刂苼碚f是迫切和需要的,但由于現(xiàn)代甘蔗栽培種的復(fù)雜基因組結(jié)構(gòu),甘蔗在遺傳學(xué)和基因組學(xué)的研究方面面臨著許多挑戰(zhàn)。同時(shí),現(xiàn)代甘蔗復(fù)雜的遺傳結(jié)構(gòu),又導(dǎo)致了雜交后代性狀的廣泛分離,優(yōu)良基因聚合概率極低,甘蔗雜交育種不得不依賴大群體,僅中國年種植實(shí)生苗就高達(dá)80～100萬苗,需要開發(fā)育種目標(biāo)性狀相關(guān)數(shù)量性狀位點(diǎn)(quantitative trait locus,QTL)和關(guān)聯(lián)標(biāo)記,為標(biāo)記輔助育種提供技術(shù),借助芯片技術(shù)無疑是一種高效的手段。因此,為加速甘蔗遺傳和基因組研究,并為目標(biāo)性狀標(biāo)記開發(fā)服務(wù)。主要研究結(jié)果與結(jié)論如下:1.Axiom Sugarcane100K SNP芯片的設(shè)計(jì)和開發(fā)。甘蔗單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism,SNP)的選擇主要來源于兩個(gè)數(shù)據(jù)集,分別是:從12個(gè)甘蔗種質(zhì)的目標(biāo)富集測序數(shù)據(jù)開發(fā)出了120萬個(gè)SNPs(數(shù)據(jù)集1);來自288個(gè)甘蔗種質(zhì)的目標(biāo)富集測序數(shù)據(jù)開發(fā)出的340萬個(gè)SNPs(數(shù)據(jù)集2)。1)經(jīng)過一系列的篩選,分別從數(shù)據(jù)集1中選擇31,449個(gè)單劑量(singledose,SD)SNPs,數(shù)據(jù)集2中選擇68,648個(gè)低劑量(low dosage)[含33,277個(gè)SD和35,371個(gè)雙劑量(double dose,DD)]SNPs,并最終把100,097個(gè)甘蔗SNPs放置在芯片上。2)根據(jù)高粱基因組對100K個(gè)SNPs進(jìn)行功能效應(yīng)(functional effects)注釋,結(jié)果表明其中大多數(shù)SNPs(91,860個(gè),占91.77%)位于基因區(qū)域內(nèi)(涉及12,935個(gè)基因),平均密度為7.1個(gè)SNPs/基因。3)根據(jù)高粱基因注釋文件,通過對比結(jié)果表明100K SNP芯片上共包含了 551個(gè)與糖代謝、抗病性和生物量(細(xì)胞壁)相關(guān)的基因,其中涵蓋了 5,055個(gè)非冗余SNPs。4)同時(shí),與12,387個(gè)非冗余甘蔗種間特異性SNPs以及207,761個(gè)非冗余甘蔗屬間特異性SNPs的數(shù)據(jù)集比較,結(jié)果顯示100K SNP芯片上包含了 305個(gè)甘蔗種間特異性SNPs和6,856個(gè)甘蔗屬間特異性SNPs。2.Axiom Sugarcane 100K SNP芯片的多態(tài)性驗(yàn)證。為了評估Axiom Sugarcane1OOK SNP芯片的質(zhì)量和實(shí)用性,把SNP芯片應(yīng)用于469個(gè)甘蔗樣品的基因分型。樣品包括一個(gè)種間雜交群體(Green German×IND81-146),一個(gè)自交群體(CP80-1827)和 11 個(gè)多樣性的甘蔗種質(zhì)。經(jīng)過對雜交信號(hào)的處理分析,基因分型結(jié)果顯示Axiom Sugarcane1OOK SNP芯片在469個(gè)樣本中具有高度多態(tài)性,多態(tài)性SNPs為77,113個(gè),多態(tài)率為77.04%,結(jié)果表明此甘蔗SNP芯片對不同的甘蔗種質(zhì)能進(jìn)行有效的基因分型。3.利用Axiom Sugarcane100K SNP芯片進(jìn)行遺傳圖譜的構(gòu)建。對基因分型結(jié)果為SD的SNPs,在遺傳分離群體里進(jìn)行卡方檢驗(yàn)(P0.01),通過檢驗(yàn)的SDSNPs被用于構(gòu)建連鎖圖譜。1)對于Green German,最終有3,514個(gè)SDSNPs(95.91%)被成功定位在150個(gè)連鎖圖譜上,此連鎖圖全長3,336cM,平均標(biāo)記密度為0.95cM/標(biāo)記,并且是目前甘蔗所有種質(zhì)中涵蓋標(biāo)記數(shù)量最多、密度最大的高密度遺傳連鎖圖譜;2)對于IND81-146,共有1,518個(gè)SDSNPs被成功定位在92個(gè)連鎖圖上,此連鎖圖全長2,615cM,平均標(biāo)記密度為1.72 cM/標(biāo)記,且是目前甘蔗細(xì)莖野生種中涵蓋標(biāo)記數(shù)量最多、密度最大的遺傳連鎖圖譜;3)CP80-1827的111個(gè)連鎖圖全長3,651cM,含有562個(gè)SD SNPs,平均標(biāo)記密度為6.5 cM/標(biāo)記。通過以上甘蔗不同種質(zhì)的遺傳連鎖圖譜的結(jié)果,體現(xiàn)了 SNP芯片的廣譜性和高效性,表明其具有良好的應(yīng)用和推廣價(jià)值。4.SCYLV抗性相關(guān)QTLs的鑒定�；谏鲜鲞B鎖圖譜,進(jìn)行SCYLV抗性相關(guān)的QTL分析。1)結(jié)果顯示從Green German(感)×IND81-146(抗)雜交群體中共鑒定出17個(gè)SCYLV抗性相關(guān)的QTLs,其中包括了 10個(gè)主效QTLs,解釋了 10.16%～31.83%的表型變異;和7個(gè)微效QTLs,解釋了 3.17%～8.93%的表型變異。2)而在CP80-1827自交群體中只鑒定出了 2個(gè)SCYLV抗性相關(guān)的QTLs,包括一個(gè)主效QTL,解釋了 11.2%的表型變異;和一個(gè)微效QTL,解釋了 7.84%的表型變異。3)最終從這19個(gè)SCYLV抗性相關(guān)的QTLs區(qū)域,找到了 27個(gè)抗病基因�？傊�,本研究通過設(shè)計(jì)和開發(fā)了一個(gè)高通量、高效率、便于操作分析的Axiom Sugarcane100K SNP芯片,利用該芯片構(gòu)建了高密度遺傳圖譜,并結(jié)合抗、感甘蔗黃葉病毒(Sugarcane yellow leaf virus,SCYLV)的雙親雜交分離群體和美國主栽品種CP80-1827的自交群體為材料進(jìn)行分析,既驗(yàn)證了所創(chuàng)制芯片的質(zhì)量和實(shí)用性,又實(shí)現(xiàn)了對遺傳背景不同的一批甘蔗種質(zhì)的基因分型,還發(fā)現(xiàn)了與SCYLV抗性相關(guān)的QTLs。這項(xiàng)研究結(jié)果表明,Axiom Sugarcane100K SNP芯片已獲得成功開發(fā)和應(yīng)用,作為甘蔗高密度標(biāo)記的高效基因分型工具,它的推廣和應(yīng)用將促進(jìn)和加快甘蔗遺傳育種的進(jìn)程。
【學(xué)位授予單位】：福建農(nóng)林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：S566.1
【圖文】：

希希耍rP櫻危行酒嘣菇ǜ收岣咼芏齲櫻危幸糯鄪計(jì)祝]3?經(jīng)過電泳凝膠檢測，結(jié)果顯示４６９個(gè)基因組ＤＮＡ樣品，出現(xiàn)完整的單一主逡逑帶（圖３－１），即表明樣品的基因組ＤＮＡ完整，純度好。再通過Ｎａｎｏｄｒｏｐ的質(zhì)逡逑量檢測，４６９個(gè)ＤＮＡ樣品的２６０／２８０值２邋１．８，并且同時(shí)滿足２６０／２３０值２邋１．５。逡逑以上檢測結(jié)果表明，４６９個(gè)ＤＮＡ樣品均符合Ａｆｆｙｍｅｔｒｉｘ公司進(jìn)行ＳＮＰ芯片基因逡逑分型的要求。將所有ＤＮＡ樣品（４７１個(gè)ＤＮＡ，群體１的兩個(gè)親本各寄送一個(gè)重逡逑復(fù)樣）轉(zhuǎn)移至Ａｆｆｙｍｅｔｒｉｘ公司特制的９６孔板，并按要求寄送進(jìn)行雜交實(shí)驗(yàn)。逡逑畫跚畫ＩＩ！跚＿１＿眶＿＿１丨＿＿１１１逡逑圖３－１部分甘蔗基因組ＤＮＡ提取電泳圖逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋３－１邋Ｔｈｅ邋ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ邋ｒｅｓｕｌｔｓ邋ｏｆ邋ｇｅｎｏｍｉｃ邋ＤＮＡ邋ｆｒｏｍ邋１０２邋ｓｕｇａｒｃａｎｅ邋ｓａｍｐｌｅｓ逡逑３．２．２邋Ａｘｉｏｍ邋ＳｕｇａｒｃａｎｅｌＯＯＫ邋ＳＮＰ芯片基因分型結(jié)果初步分析逡逑Ａｆｆｙｍｅｔｒｉｘ在收到４７１個(gè)ＤＮＡ樣品后，通過前期制作完成的Ａｘｉｏｍ逡逑ＳｕｇａｒｃａｎｅｌＯＯＫ邋ＳＮＰ芯片對所有ＤＮＡ樣品進(jìn)行雜交實(shí)驗(yàn)。在獲得芯片雜交的掃逡逑描結(jié)果后，進(jìn)行原始數(shù)據(jù)歸一化處理，接著進(jìn)行數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制。在群體１中，逡逑有９個(gè)樣品由于ＤＱＣ（ｄｉｓｈ邋ｑｕａｌｉｔｙ邋ｃｏｎｔｒｏｌ邋ｖａｌｕｅ）值低于０．８２或是檢出率（ｃａｌｌ邋ｒａｔｅ）逡逑低于９７％，而被過濾。通過質(zhì)量檢測的２９６個(gè)樣品，根據(jù)Ａｘｉｏｍ邋ｂｅｓｔ邋ｐｒａｃｔｉｃｅｓ逡逑ｇｅｎｏｔｙｐｉｎｇ邋ｗｏｒｋｆｌｏｗ

ＩＮＤ８Ｉ－１４６的兩個(gè)重復(fù)樣品之間基因分型結(jié)果不一致的ＳＮＰｓ。結(jié)果表明，共有逡逑４４，５３５邋（４４．４９％）個(gè)多態(tài)性ＳＮＰｓ。通過比較群體１、群體２和１１個(gè)多樣性種質(zhì)逡逑中的多態(tài)性ＳＮＰｓ，總共獲得７７，１１３邋（７７．０４％）個(gè)非冗余的多態(tài)性ＳＮＰｓ邋（圖３－３）。逡逑以上結(jié)果表明，本研宄新開發(fā)的Ａｘｉｏｍ邋ＳｕｇａｒｃａｎｅｌＯＯＫ邋ＳＮＰ芯片在４６９個(gè)多樣性逡逑種質(zhì)的基因分型結(jié)果中，表現(xiàn)出具有較高的多態(tài)性。逡逑１邋１邋－ａｃｃｅｓｓｉｏｎｓ邐ＧＧ－ＩＮＤ逡逑／Ｉ邋＼邋３７１６５逡逑２６１６邋２２１３８逡逑、處邐邐一，，逡逑２８８３逡逑ＣＰ８０－１８２７逡逑圖３－３基于Ａｘｉｏｍ邋ＳｕｇａｒｃａｎｅｌＯＯＫ邋ＳＮＰ芯片對兩個(gè)遺傳群體和１１個(gè)多樣性甘蔑種質(zhì)的基逡逑因分型多態(tài)性分析逡逑ＧＧ邋表示邋Ｇｒｅｅｎ邋Ｇｅｒｍａｎ；邋ＩＮＤ邋表示邋ＩＮＤ８１－１４６。逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋３－３邋Ｐｏｌｙｍｏｒｐｈｉｃ邋ｒａｔｅ邋ｏｆ邋ＳＮＰｓ邋ｏｎ邋ｔｈｅ邋Ａｘｉｏｍ邋ＳｕｇａｒｃａｎｅｌＯＯＫ邋ＳＮＰ邋ａｒｒａｙ邋ａｍｏｎｇ邋ｔｗｏ逡逑ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎｓ邋ａｎｄ邋１１邋ｄｉｖｅｒｓｅ邋ｓｕｇａｒｃａｎｅ邋ａｃｃｅｓｓｉｏｎｓ逡逑ＧＧ：邋Ｇｒｅｅｎ邋Ｇｅｒｍａｎ；邋ＩＮＤ：邋ＩＮＤ８１－１４６．逡逑３．２．３邋Ｇｒｅｅｎ邋Ｇｅｒｍａｎ和ＩＮＤ８１－１４６遺傳連鎖圖譜的繪制逡逑在群體１中，成功進(jìn)行基因分型的２９６個(gè)子代，將用于構(gòu)建Ｇｒｅｅｎ邋Ｇｅｒｍａｎ逡逑和ＩＮＤ８Ｍ４６的遺傳連鎖圖譜。逡逑對于Ｇｒｅｅｎ邋Ｇｅｒｍａｎ

本文編號(hào)：2799837