本文關鍵詞：玉米穗粒數(shù)相關性狀QTL定位與候選基因關聯(lián)分析　出處：《華中農(nóng)業(yè)大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：玉米作為重要的糧食作物,同時兼作飼料以及工業(yè)原料,集三大屬性于一身。隨著人民生活質量的提高,農(nóng)牧產(chǎn)品需求量日益增加;化石能源供應的持續(xù)緊張,清潔能源如生物乙醇的需求日益迫切,進一步加劇了全球范圍內(nèi)玉米供需的緊張局勢(Keyzer et al 2005;Wirsenius et al 2010)。穗粒數(shù)是玉米產(chǎn)量構成因子,也是重要的育種目標。穗長、行粒數(shù)和穗行數(shù)與每穗籽粒數(shù)密切相關,這些重要的因子最終決定玉米籽粒產(chǎn)量。因此,通過改良玉米穗粒數(shù)等相關性狀,可以有效的提高玉米產(chǎn)量。對玉米穗粒數(shù)相關基因進行探究和分析,對分子標記輔助選擇改良玉米而言,具有極其深遠的意義。本研究利用玉米自交系TY6分別與Mo17和W138組配F2分離群體以及F2:3家系進行全基因組穗粒數(shù)相關性狀QTL定位,對主效QTL qEL1.10進行重定位,并評估其育種潛力。另外,基于前人定位到的一個穗粒數(shù)相關位點qEL7.02,對其展開精細定位工作,并對重要候選基因進行關聯(lián)分析,發(fā)掘重要的功能位點。主要結果如下:1.利用TY6×W138(WT)和TY6×Mo17(MT)衍生的兩套F2:3家系,對穗長、行粒數(shù)、穗行數(shù)以及穗重4個性狀進行QTL定位,共檢測出39個QTLs,單個QTL可以解釋的表型變異范圍為0.4%-29.5%。此外,14個分布在第一、四、五、七和十號染色體上的14個QTLs共形成5個QTL簇,其中位于第一號染色體長臂的QTL簇內(nèi)共包含6個穗粒數(shù)相關性狀的QTLs,將其命名為qEL1.10。2.由TY6×W138與W138回交,結合對qEL1.10的分子標記輔助選擇,發(fā)展了一個QTL-NIL分離群體。使用QTL區(qū)段內(nèi)新開發(fā)的8對分子標記,對qEL1.10進行重定位,發(fā)現(xiàn)qEL1.10為一個一因多效的QTL,同時控制穗長、行粒數(shù)以及穗重等性狀,所解釋的表型變異分別為42%,49%和25%,來源于TY6的等位基因的加性效應值分別為-1.58 cm,-3.67粒和-8.9 g。3.利用NIL系:W138和W138TY6(qEL1.10位置為TY6等位基因)分別與六個玉米骨干自交系雜交,其F1在穗長、行粒數(shù)以及穗重性狀上,均顯示來自W138的優(yōu)良等位基因能將穗長提高0.77厘米,行粒數(shù)增加1.42粒以及穗重增重4.31克。由此表明,該QTL位點在提高果穗籽粒數(shù)目以及糧食產(chǎn)量方面具有一定的育種潛力。4.在前人將qEL7.02定位到6.3Mb區(qū)段內(nèi)的基礎上,利用回交群體篩選交換單株,通過子代測驗的跨疊系表型鑒定,將目標QTL縮小到605Kb的區(qū)間(基于B73參考基因組)。5.結合生物信息學分析。在目標區(qū)段內(nèi)的候選基因中,發(fā)現(xiàn)Candidate gene 1與玉米中id1的功能domain有同源性,而id1突變體的純合表型表現(xiàn)為花期延遲以及花序發(fā)育異常。對該候選基因進行序列分析發(fā)現(xiàn),在近等基因系SL17-1和Ye478之間,Candidate gene 1在ATG上游以及第一外顯子區(qū)共發(fā)現(xiàn)55個多態(tài)性差異位點,包括21個Indels和34個SNP位點。其中編碼區(qū)內(nèi)的差異僅有兩處,且都位于第一外顯子,分別為第68和第111位。第111位的G/C變異并不造成編碼氨基酸的改變,而第68位除了T/C變異外,在親本SL17-1中又有六個堿基的插入,最終引起該位置由Ye478中的脯氨酸變成SL17-1中的亮氨酸、蘇氨酸和精氨酸。6.候選基因關聯(lián)分析表明,Candidate gene 1第一外顯子上三處多態(tài)性位點影響與抽雄期、吐絲期和散粉期顯著關聯(lián)(In-68:P=0.0073;P=0.0009;P=0.0068),但并未檢測到影響玉米穗長的變異位點。
[Abstract]:Maize is an important food crop, also be used as feed and industrial raw materials, set three properties in one. With the improvement of people's living quality, the demand for agricultural products is increasing; fossil energy supply shortage, clean energy such as bio ethanol demand increasingly urgent, further exacerbated tensions in the global scope of corn supply and demand (Keyzer et al Wirsenius et 2005; Al 2010). The grain number per spike is the factor of yield structure, is also an important breeding target. Panicle length, grain number per row and row number and kernel number per ear is closely related to these important factors ultimately determine the grain yield of maize. Therefore, the improvement of maize grain the number of characters, can effectively improve the maize yield of maize. Spike related gene probes and analysis of molecular marker assisted selection of improved maize, has far-reaching significance. This study used Maize inbred lines TY6 and Mo17 respectively and W138 group with F2 group and the F2:3 lines were isolated whole genome panicle traits of QTL positioning, re positioning of the main effect QTL qEL1.10, and to evaluate its breeding potential. In addition, the previous location to a spike related sites of qEL7.02 based on fine positioning on it, and the important candidate genes for association analysis, explore the important functional sites. The main results are as follows: 1. using the TY6 * W138 * Mo17 (WT) and TY6 (MT) derived from two sets of F2:3 family, the panicle length, grain number per row, QTL positioning ear row number and panicle weight of 4 characters like, detected a total of 39 QTLs, a single QTL can explain the variation of phenotype for 0.4%-29.5%. in addition, 14 in first, fourth, five, 14 and seven QTLs on chromosome ten were divided into 5 QTL clusters, the cluster QTL is located in chromosome number 1 in a total of 6 spike grain number The characters of QTLs, named qEL1.10.2. by TY6 * W138 and W138 backcross with marker assisted selection of qEL1.10, the development of a QTL-NIL segregation population. 8 of the molecular marker QTL section in the newly developed, re positioning of the qEL1.10, found that qEL1.10 is a pleiotropic QTL. At the same time control for panicle length, grain number and grain weight traits, the phenotypic variation explained by respectively 42%, 49% and 25%, additive effect from TY6 allele values were -1.58, cm, NIL and -8.9 g.3. using -3.67 particle: W138 and W138TY6 (qEL1.10 position TY6 allele respectively) and six inbred lines of maize hybrid, the F1 in panicle length, grain number and panicle weight traits, showed excellent alleles from W138 to panicle length increased 0.77 cm, grain number and panicle weight increased 1.42 grain weight 4.31 grams. It showed that the QTL locus in improve seed ear The grain number and grain yield of.4. breeding potential in previous qEL7.02 to locate the 6.3Mb section on the basis of screening exchange plant by backcross populations, by overlapping progeny test phenotypic identification, the target QTL reduced to 605Kb interval (based on the B73 reference genome.5.) combined with bioinformatics analysis the candidate gene in the target region. In 1, Candidate gene and function of domain corn Id1 homology, and the homozygous Id1 mutant phenotypes for flowering delay and inflorescence development. The abnormal genes sequence analysis found that between near isogenic lines SL17-1 and Ye478, Candidate gene 1 in the ATG upstream of the first exon 55 polymorphism sites were found, including 21 Indels and 34 SNP loci. The difference of encoding area is only two, and are located in the first exon, respectively. For sixty-eighth and 111st. 111st G/C mutation does not cause the changes of encoding amino acid, and sixty-eighth in addition to the T/C variation, in the parent SL17-1 and insertion of six nucleotides, resulting in the position of a proline in the Ye478 to become SL17-1 leucine, lysine threonine.6. candidate gene association and precision analysis showed that Candidate, gene 1 exon three polymorphism loci on and tasseling, silking and anthesis were significantly correlated (In-68:P=0.0073; P=0.0009; P=0.0068), but did not detect the effect of corn ear length variation sites.

【學位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S513

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