發(fā)布時間：2020-09-02 10:51

　　 氮代謝是高等植物生長發(fā)育的基本物質(zhì)代謝之一,硝酸還原酶(Nitrate reductase,NR)是氮代謝的關(guān)鍵酶,負責(zé)氮循環(huán)的初始還原步驟。硝酸還原酶活性(Nitrate reductase activity,NRA)與硝酸鹽積累量關(guān)系密切,直接影響到植物的氮效率。因此,從分子水平分析玉米核心自交系硝酸還原酶基因的遺傳規(guī)律將有利于加快育種進程、提高育種效率。本研究以實驗室構(gòu)建的126個玉米核心自交系組成的關(guān)聯(lián)作圖群體為試驗材料,鑒定并評估了玉米苗期硝酸還原酶活性等8個氮效率相關(guān)表型性狀,結(jié)合126份自交系的群體結(jié)構(gòu)和硝酸還原酶基因ZmNR2的序列多態(tài)性開展候選基因關(guān)聯(lián)分析,旨在發(fā)掘與氮高效性狀相關(guān)的優(yōu)異等位變異及氮高效單倍型。主要的研究結(jié)果如下:1、本研究鑒定了關(guān)聯(lián)群體的硝酸還原酶活性、根干重、莖干重、總干重、全株長、主根長、葉綠素SPAD值和根冠比8個氮效率相關(guān)性狀。發(fā)現(xiàn)該群體各性狀均呈連續(xù)正態(tài)分布,表現(xiàn)出不同程度的變異,遺傳力在60.03%-82.21%之間。其中硝酸還原酶活性的變異幅度較大,遺傳力較低,受環(huán)境影響較大。相關(guān)性分析結(jié)果表明在E1和E2環(huán)境下NRA和主根長、根干重以及總干重之間均呈顯著正相關(guān)關(guān)系。2、通過ZmNR2基因的序列多態(tài)性分析,發(fā)現(xiàn)在113份玉米自交系中共檢測到58個多態(tài)性位點,其中包括50個SNPs變異(平均每62 bp一個)和8個Indels變異(平均每389 bp一個)。該基因SNPs位點主要分布在外顯子區(qū)域,Indels位點主要分布在內(nèi)含子區(qū)域。連鎖不平衡分析顯示,在ZmNR2基因的序列上分布著一些明顯的LD結(jié)構(gòu)。該基因的連鎖不平衡隨距離的增加而在250bp左右開始快速衰退,并在1000 bp左右衰減至0.1水平以下。3、使用TASSEL軟件中的3種統(tǒng)計模型對所有性狀和多態(tài)性位點進行關(guān)聯(lián)分析,分別包括一般線性模型(GLM)、考慮群體結(jié)構(gòu)Q矩陣的一般線性模型(GLM+Q)和混合線性模型(MLM(Q+K))。ZmNR2基因在3種模型中共檢測到38個關(guān)聯(lián)顯著的多態(tài)性位點,包括30個SNPs和8個Indels。其中共有8個多態(tài)性位點在TASSEL的三種統(tǒng)計模型下都與對應(yīng)性狀顯著關(guān)聯(lián);共有6個多態(tài)性位點在P≤0.01下與對應(yīng)性狀顯著關(guān)聯(lián)。4、基于已獲得的6個顯著關(guān)聯(lián)SNPs/Indels位點共劃分出4種單倍型(MAF≥0.05)。分析結(jié)果表明,單倍型Hap1、Hap2、Hap3、Hap4分別具有3、3、1和1個優(yōu)異等位變異。各單倍型硝酸還原酶活性T檢驗結(jié)果表明,Hap1和Hap4平均值差異顯著(P0.05)。由此,本研究推斷Hap1為氮高效單倍型,Hap4為氮低效單倍型。5、利用田間產(chǎn)量表型鑒定試驗和ZmNR2基因表達量分析進一步驗證氮高效單倍型Hap1和氮低效單倍型Hap4。結(jié)果表明,氮高效單倍型Hap1的產(chǎn)量表現(xiàn)顯著高于氮低效型單倍型Hap4;Hap1的基因表達量顯著高于Hap4。進一步證實Hap1的自交系中蘊含豐富的增效等位基因變異,S633-T和S1337-1可能是重要的優(yōu)異等位基因組合。這些變異對氮素營養(yǎng)利用的多條調(diào)控途徑有共同響應(yīng),可應(yīng)用于分子標記輔助選擇改良玉米的氮高效利用效率。
【學(xué)位單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：S513

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本文編號：2810504