炸莢是一種重要農(nóng)藝性狀。大豆成熟收割前,炸莢會造成巨大的減產(chǎn)。育種家通過雜交等方法選育出抗炸莢能力強的大豆,以減少炸莢所造成的產(chǎn)量損失。目前,雖有部分大豆炸莢相關(guān)基因已經(jīng)被挖掘了出來,但仍不能全面詮釋大豆炸莢的作用機制,且大豆炸莢的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)也有待進一步完善。本研究評估了包括野生、地方和育成品種在內(nèi)的56份大豆的炸莢特性。在此基礎(chǔ)上篩選出5份抗炸莢和5份易炸莢大豆為材料;分析已知大豆炸莢基因的序列變異和表達模式;通過轉(zhuǎn)錄組分析獲取抗炸莢和易炸莢大豆間的差異表達基因,篩選可能參與大豆炸莢的長鏈非編碼RNA,構(gòu)建mRNAs與長鏈非編碼RNA的共表達網(wǎng)絡(luò);通過熒光定量PCR進一步驗證轉(zhuǎn)錄組測序結(jié)果,利用炸莢表型和豆莢開裂QTLs的位置關(guān)系對差異表達基因進行篩選,獲取大豆炸莢候選基因。主要研究結(jié)果如下:(1)56種大豆的炸莢特性測定了包括野生、地方和育成共56份大豆的炸莢力和炸莢率,發(fā)現(xiàn)它們的平均炸莢力在5.592 N~18.109 N之間,平均炸莢率分布在0.67%~99.29%之間,野生大豆的平均炸莢力(5.741 N)顯著低于地方大豆(11.366 N)和育成大豆(11.569 N),且野生大豆的平均炸莢率(91.03%)顯著高于地方大豆(40.01%)和育成大豆(45.01%)。通過進一步篩選,獲取了炸莢特性穩(wěn)定的抗炸莢和易炸莢大豆各5份,將它們作為深入研究炸莢的候選品種。(2)抗炸莢和易炸莢大豆中已知炸莢基因的序列變異與表達模式對10份抗炸莢和易炸莢大豆中的已知炸莢基因SHAT1-5和Pdh1的基因表達和序列變異進行分析,結(jié)果顯示SHAT1-5啟動子區(qū)20bp堿基缺失、SHAT1-5表達量和炸莢表型間沒有顯著的關(guān)聯(lián)性,而Pdh1的基因型和基因表達量完全符合大豆炸莢的表型。(3)抗炸莢和易炸莢大豆的轉(zhuǎn)錄組分析對10份抗炸莢和易炸莢大豆的轉(zhuǎn)錄組進行分析,共獲得了225個差異表達基因;除去營養(yǎng)代謝相關(guān)的基因外,基因本體富集的分子功能模塊中最主要的基因功能與水解酶活性有關(guān),包括水解O-糖基化合物和作用于糖基鍵;通過對差異表達基因的篩選,獲得抗炸莢和易炸莢大豆中16個表達差異相對顯著且基因功能與炸莢關(guān)系未知的基因,作為大豆炸莢的候選基因;此外通過分析差異表達基因和豆莢開裂QTLs的位置關(guān)系,發(fā)現(xiàn)18個基因位于豆莢開裂QTLs區(qū)。一個編碼α/β-水解酶的基因-Glyma19G231900,在抗炸莢和易炸莢大豆中基因表達量差異顯著且位于豆莢開裂QTLs區(qū),是一個非常理想的大豆炸莢候選基因。通過對轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)篩選,我們獲得了670個長鏈非編碼RNA,并構(gòu)建了69個mRNAs和長鏈非編碼RNA的共表達網(wǎng)絡(luò)模塊,其中模塊darkorchid2的基因表達模式與抗炸莢與易炸莢大豆炸莢表型非常類似,是一個研究大豆炸莢的理想資源。本研究獲得了大量與大豆炸莢相關(guān)的基因資源,為進一步完善大豆炸莢調(diào)控網(wǎng)絡(luò)提供參考,同時為大豆抗炸莢的分子育種提供新思路。
【學(xué)位單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：S565.1
【部分圖文】：

第 3章 結(jié)果與分析P109 是野生大豆），具有很好的群體代表性，因此 G1 和 G2 的大豆可作為理想的炸莢研究材料。在長期大豆抗炸莢機理的研究過程中，研究者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一些大豆炸莢基因，包括 SHAT1-5和 Pdh1。因此，我們對 10種抗炸莢和易炸莢大豆的已知炸莢基因序列及表達量進行了調(diào)查。

圖 3.7 抗炸莢與易炸莢大豆中 SHAT1-5 基因表達量分析Fig 3.7 Expression analysis of SHAT1-5 in selected soybean accessions.3.2.2 Pdh1 基因表達和序列分析Funatsuki 等人通過圖位克隆獲得了另一個大豆炸莢基因 Pdh1，它編碼一個 dirigent 蛋白，參與細胞木質(zhì)化的過程。Pdh1 在豆莢壁中大量表達，促進豆莢中木質(zhì)素沉積，引起豆莢壁扭曲，導(dǎo)致大豆炸莢。但 Pdh1 的等位基因 pdh1存在一個堿基的突變，此突變會造成翻譯的提前終止，因此 pdh1基因型的大豆品種更抗炸莢。本研究對 Pdh1 的基因進行測序，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在抗炸莢大豆都屬于 pdh1 基因型，而易炸莢大豆則為 Pdh1 基因型（圖 3.8）。此外本研究也調(diào)查了 Pdh1 的基因表達水平，結(jié)果顯示 Pdh1 的基因表達模式與大豆抗炸莢表型完全一致，即抗炸莢大豆中 Pdh1 表達量顯著低于易炸莢大豆（兩個樣本獨立 t檢驗，p <0.01）（圖 3.9）。這說明 Pdh1是一個調(diào)控大豆炸莢的主效基因。

圖 3.8 抗炸莢與易炸莢大豆 Pdh1蛋白編碼區(qū) SNP的分析字母表示 SNP 和產(chǎn)生的氨基酸殘基或終止信號。Fig. 3.8 SNP analysis of Pdh1 protein coding region in selected soybean accessionsed letters mean the SNP and the resulting amino acid residue or termination signal.+84bp…CCA TGC TAG CAC TTA…+99bp (P071)P C * H L+84bp…CCA TGC TAG CAC TTA…+99bp (P060)P C * H L易炸莢品種+84bp…CCA TGC AAG CAC TTA…+99bp (P055)P C K H L+84bp…CCA TGC AAG CAC TTA…+99bp (P072)P C K H L+84bp…CCA TGC AAG CAC TTA…+99bp (P038)P C K H L+84bp…CCA TGC AAG CAC TTA…+99bp (P109)P C K H L+84bp…CCA TGC AAG CAC TTA…+99bp (P092)P C K H L
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本文編號：2894244