本文關(guān)鍵詞：玉米籽粒代謝組的生化及遺傳基礎(chǔ)研究　出處：《華中農(nóng)業(yè)大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：植物體會(huì)產(chǎn)生大量結(jié)構(gòu)和生理功能不同的代謝產(chǎn)物,這些代謝產(chǎn)物不僅參與植物的生長(zhǎng)發(fā)育及脅迫應(yīng)答過(guò)程,同時(shí)也為人類的生存提供了必要的物質(zhì)基礎(chǔ)。玉米是世界第一大糧食和飼料作物,在世界經(jīng)濟(jì)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上發(fā)揮著非常重要的作用。我們通過(guò)對(duì)玉米籽粒中代謝產(chǎn)物的分析,并結(jié)合基因組學(xué),遺傳學(xué)和表達(dá)譜的分析方法,能夠有效的解析籽粒代謝組的遺傳基礎(chǔ)和自然變異。通過(guò)基于LC-MS(液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀)系統(tǒng)的廣譜定向代謝組學(xué)研究方法,能夠有效的建立二級(jí)質(zhì)譜標(biāo)簽(MS2T)數(shù)據(jù)庫(kù)。在玉米籽粒中,我們利用一種步進(jìn)MIM-EPI(多離子檢測(cè)模式-增強(qiáng)子離子掃描)的方法,一共獲得了983個(gè)幾乎沒(méi)有重復(fù)的特征代謝產(chǎn)物,并完成了其中184個(gè)代謝物質(zhì)的鑒定和標(biāo)注。然后以此MS2T數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ),利用sMRM(多反應(yīng)檢測(cè)模式)對(duì)種植在不同地點(diǎn)的玉米3個(gè)關(guān)聯(lián)群體和2個(gè)RIL(重組自交系)群體一共702份材料進(jìn)行了相對(duì)定量。為了解析玉米籽粒代謝組的自然變異和生化基礎(chǔ),我們首先對(duì)368份玉米關(guān)聯(lián)群體材料中983個(gè)特征代謝產(chǎn)物進(jìn)行了mGWAS(代謝組全基因組關(guān)聯(lián)分析)研究,最終從3個(gè)重復(fù)的結(jié)果中得到了1459個(gè)顯著位點(diǎn)(P≤1.8×10-6)。分析發(fā)現(xiàn)與這些位點(diǎn)關(guān)聯(lián)的候選基因有1197個(gè),這些候選基因中有58.5%能夠被表達(dá)QTLs支持(eQTLs)。為了驗(yàn)證mGWAS結(jié)果,我們還利用BB(B73/By804)和ZY(Zong3/Yu87-1)兩個(gè)RIL群體,對(duì)793個(gè)代謝產(chǎn)物定位了1876個(gè)mQTL(代謝數(shù)量性狀座位)。經(jīng)過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn),關(guān)聯(lián)群體定位的1459個(gè)顯著位點(diǎn)中有14.7%能夠被這些mQTL所證實(shí)。在玉米籽粒的基因功能研究中,我們的研究重點(diǎn)放在鑒定和注釋了的19個(gè)酚胺,39個(gè)黃酮和8個(gè)色氨酸代謝途徑產(chǎn)物定位上,最終確定這些代謝產(chǎn)物一共定位到了50個(gè)候選基因。一系列如重測(cè)序,表達(dá)QTL分析,候選基因關(guān)聯(lián)分析的手段在我們研究中被用來(lái)解析基因的潛在功能和變異。我們一共完成了5個(gè)候選基因的驗(yàn)證,其中PHT和CCoAOMT1在后面的研究中還經(jīng)過(guò)突變體和轉(zhuǎn)基因進(jìn)行了進(jìn)一步功能驗(yàn)證。在完成基因的功能之后,代謝網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建也是我們研究的重點(diǎn)之一。我們通過(guò)對(duì)代謝產(chǎn)物的化學(xué)結(jié)構(gòu)分析,確定了代謝產(chǎn)物潛在的合成路徑和物質(zhì)間的上下游關(guān)系,并結(jié)合轉(zhuǎn)基因和突變體材料的遺傳驗(yàn)證,在玉米籽粒中重新構(gòu)建了酚胺和黃酮兩個(gè)途徑的代謝網(wǎng)絡(luò)。代謝性狀作為一種可測(cè)定的表型,在研究中發(fā)現(xiàn)同一些復(fù)雜的生物性狀相關(guān)。我們利用逐步回歸方法,一共發(fā)現(xiàn)了42個(gè)代謝產(chǎn)物同玉米籽粒的百粒重(HKW)表型顯著相關(guān)(P≤0.05),在第二重復(fù)中26個(gè)代謝產(chǎn)物能解釋72.6%的百粒重表型變異。這提示代謝產(chǎn)物能夠能被用作生物標(biāo)志物(Biomarkers),這對(duì)促進(jìn)玉米的遺傳改良具有重要意義。
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S513

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1 張燁;鄒湘軍;方壯東;李建民;李長(zhǎng)友;;玉米籽粒的壓縮力學(xué)特性研究[J];廣東農(nóng)業(yè)科學(xué);2012年20期

2 B.д.普卡陀夫;翟允y，

本文編號(hào)：1313583