本文關(guān)鍵詞：玉米籽粒氨基酸全基因組關(guān)聯(lián)分析與連鎖分析及玉米和水稻代謝組的比較分析　出處：《華中農(nóng)業(yè)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：玉米作為全球三大作物之一,不僅是人們的主糧和動物的重要飼料來源,而且也是重要的工業(yè)原料來源。但是作為糧食和飼料時,因為蛋白質(zhì)、必需氨基酸含量低,其應(yīng)用價值和應(yīng)用范圍都受到影響,所以研究玉米籽粒的蛋白品質(zhì)就變得尤其重要。本研究利用包含513份玉米自交系的關(guān)聯(lián)群體和3個重組自交系群體,結(jié)合覆蓋全基因組的高密度SNP標記對玉米籽粒氨基酸含量及其組分相關(guān)性狀進行全基因組關(guān)聯(lián)分析和連鎖分析,鑒定控制玉米籽粒氨基酸代謝的遺傳位點,解析玉米成熟籽粒氨基酸含量的遺傳結(jié)構(gòu),同時利用遺傳和分子生物學(xué)等手段對其中3個位點進行了驗證。主要結(jié)果如下:1.玉米籽粒氨基酸含量自然變異豐富:通過測定玉米關(guān)聯(lián)群體和連鎖群體成熟籽粒氨基酸含量,發(fā)現(xiàn)其存在廣泛的變異,在關(guān)聯(lián)群體的兩個環(huán)境(AM1和AM2)中分別有2.04-11.49倍和2.61-13.60倍的差異,而在三個RIL群體(B73/By804:BB、Kui3/B77:KB和Zong3/Yu87-1:ZY)中也分別有1.51-3.86倍、1.79-4.81倍和1.98-5.50倍的差異。2.全基因組關(guān)聯(lián)分析鑒定到大量候選位點:結(jié)合1.25M高質(zhì)量的SNP基因型,分別對兩個環(huán)境下(AM1和AM2)獲得的65種氨基酸及其組分性狀進行全基因組關(guān)聯(lián)分析,在p≤2.04×10-6的條件下,分別檢測到247和281個顯著的性狀-標記關(guān)聯(lián)位點,平均每個性狀檢測到5.1和4.4個顯著位點,平均解釋的表型變異分別為7.44%和7.90%。3.連鎖分析定位到404個QTLs:結(jié)合高密度的分子標記遺傳連鎖圖,分別對BB、KB和ZY RIL群體的65個氨基酸性狀進行QTL定位分析�？偣茶b定了404個QTL,在3個RIL群體中分別為89、150和165個QTL,平均每個性狀檢測到2.0、2.7和2.8個QTL,解釋的表型變異平均為9.03%、9.39%和10.15%。BB、KB和ZY群體的定位精度分別平均為8.6、11.3和7.2Mb,而小于5Mb的QTLs分別有57、95和99個。4.建立了候選基因的共表達網(wǎng)絡(luò):GWAS總共鑒定到528個顯著位點涉及308個候選基因,其中27%為直接或間接影響氨基酸代謝的基因,29%為影響其他代謝過程的基因,7%為轉(zhuǎn)錄因子,2%編碼種子儲存蛋白,這些基因在氮代謝、胺代謝、氨基酸及其衍生物代謝和羧酸等代謝過程富集。對308個候選基因進行e QTL分析發(fā)現(xiàn),其中有43.2%的候選基因具有e QTL。在這308個候選基因中,有23個基因編碼的蛋白參與氨基酸合成或分解代謝途徑,對這23基因和RNA-seq獲得的其他基因進行共表達分析顯示,在4,670個共表達基因中有49個同時也被GWAS定位到的,140個基因直接或間接與氨基酸代謝相關(guān);GO富集分析發(fā)現(xiàn)這些共表達基因在胺代謝、發(fā)育過程和生物調(diào)節(jié)等富集。5.多種手段驗證了3個候選基因:借助遺傳學(xué)、e QTL分析,生物信息學(xué)和轉(zhuǎn)基因手段對其中3個候選基因(O2,GRMZM2G138727,GRMZM2G143008)進行了深入分析和驗證。上述結(jié)果不僅為我們理解玉米成熟籽粒氨基酸的代謝及遺傳變異與基礎(chǔ)提供了線索,為玉米氨基酸代謝的研究提供了相關(guān)的候選基因等,同時還為高賴氨酸玉米的育種提供了可能的育種材料。本論文的另一部分研究內(nèi)容為玉米和水稻代謝組比較分析。本研究利用已發(fā)表的玉米籽粒、水稻葉片和籽粒的代謝組數(shù)據(jù),對其代謝物的分布特點、變異系數(shù)、變異倍數(shù)等在玉米亞群和水稻亞種間的變異特點進行了比較分析,發(fā)現(xiàn)玉米和水稻代謝組之間存在非常顯著的差異,其中差異最大的是類黃酮;在不同亞群、亞種或者種間,不同類代謝物差異巨大,次級代謝物的變異比初級代謝物的變異更大,熱帶玉米中代謝物的變異比溫帶玉米大,秈稻代謝物的變異比粳稻大,并且水稻不同組織間代謝物也存在很大的差異;差異代謝物的分析表明:水稻中差異代謝物數(shù)目和倍數(shù)均大于玉米亞群之間的,在玉米和水稻的差異代謝物中類黃酮顯著富集,同時,在溫帶玉米材料中積累的代謝物主要為類黃酮,而在熱帶玉米中顯著積累酚胺類物質(zhì);秈稻中類黃酮含量更高,而粳稻中酚胺類物質(zhì)含量更高;對玉米和水稻代謝組數(shù)據(jù)進行相關(guān)性分析,發(fā)現(xiàn)相同類代謝物間的相關(guān)系數(shù)比不同類代謝物間的更高,而玉米兩個亞群之間,代謝物相關(guān)性差異不如水稻亞種間顯著。玉米和水稻代謝組之間,相關(guān)性差異非常大,與溫帶玉米和秈稻相比,在熱帶玉米以及粳稻中有更少的正相關(guān),而有更多的負相關(guān)。主成分分析和聚類分析顯示,用所有代謝物或者其中部分代謝物即可將熱帶玉米和溫帶玉米以及秈稻和粳稻很好的分開。
[Abstract]:Genetic linkage analysis and linkage analysis were carried out on the amino acid content and its components in maize kernels . The results were as follows : 1 . Genetic linkage analysis of amino acid content in maize grains was carried out . The results showed that there was a significant difference between the metabolites of maize and rice , and the variation of metabolites in the tropical corn was higher than that of japonica rice .

【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：S513;S511

【參考文獻】

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本文編號：1438088