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《沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)》 2015年

玉米碳氮代謝相關(guān)性狀的遺傳分析及QTL定位

楊雙  

【摘要】：碳氮代謝是玉米生長發(fā)育過程中主要代謝途徑,碳氮代謝水平反應(yīng)植株生長發(fā)育狀態(tài),在很大程度上決定籽粒的產(chǎn)量和品質(zhì)。為探索玉米碳氮代謝遺傳規(guī)律,為玉米碳氮代謝遺傳改良奠定理論基礎(chǔ),開展了玉米碳氮代謝相關(guān)性狀的遺傳分析及QTL定位研究。本研究以玉米自交系沈3336(P1)和沈3265(P2)及其F1代和F2：3代為研究對象,應(yīng)用主基因+多基因混合遺傳模型4世代聯(lián)合分離分析方法研究大喇叭口期和灌漿期碳氮代謝相關(guān)性狀的遺傳特性,確定各性狀的遺傳模型及相關(guān)參數(shù)。應(yīng)用完備區(qū)間作圖法對具有主基因的性狀進(jìn)行QTL初級定位。在初級定位基礎(chǔ)上,根據(jù)MaizeGDB提供的玉米基因組相關(guān)數(shù)據(jù),分析碳氮代謝的相關(guān)基因。獲得的主要研究結(jié)果如下：1.遺傳分析研究了不同時期功能葉片的7個碳氮代謝相關(guān)性狀的遺傳特性,包括光合速率、葉綠素含量、PEPC活性、SPS活性、NR活性、可溶性蛋白含量、全氮含量。結(jié)果表明,在大喇叭口期,光合速率、葉綠素含量、可溶性蛋白含量、全氮含量均為多基因控制,沒有明顯主效基因,多基因遺傳率分別為85.7%、65.7%、84.8%、80.7%；NR活性為D-0模型(1對加性-顯性主基因+加性-顯性-上位性多基因)模型,主基因遺傳率為42.8%,多基因遺傳率為42.2%。在灌漿期,可溶性蛋白含量、葉綠素含量都為B-1模型(2對加性一顯性-上位性主基因),主基因遺傳率分別為33.8%和34.4%；NR活性為E-2模型(2對加性-顯性主基因+加性-顯性多基因),主基因遺傳率45.0%,多基因遺傳率為52.4%。灌漿期PEPC和SPS活性遺傳模型分別為B-1模型(2對加性-顯性-2：位性主基因)和E-1模型(2對加性-顯性-上位性主基因+加性-顯性多基因),PEPC活性的主基因遺傳率為36.5%,SPS主基因遺傳率為17.7%,多基因遺傳率為35.9%。光合速率和葉片全氮含量在灌漿期與在大喇叭口期一樣,都為多基因模型,多基因遺傳率分別為41.3%和91.8%。單株籽粒產(chǎn)量為多基因模型,多基因遺傳率為85.0%。2.QTL定位通過參考MaizeGDB的IBM2 2008 Neighbors整合圖譜繪制沈3336×沈3265的4、5、6、7、8號染色體的SSR分子標(biāo)記連鎖圖譜。圖譜全長957cM,標(biāo)記間平均距離24.5cM,可用于初級定位,初步判斷QTL位點(diǎn)。研究結(jié)果表明,灌漿期可溶性蛋白含量、大喇叭口期和灌漿期的NR活性檢測到相關(guān)QTL�？扇苄缘鞍缀康�3個QTL位點(diǎn)分別位于6和8號染色體,qpro-6-1在6號染色體標(biāo)記bnlg1740-umc1063之間、qpro-8-1在8號染色體標(biāo)記bnlg240-umc2361之間、qpro-8-2在8號染色體標(biāo)記umc2361-bnlg1823之間,3個QTL均為超顯性效應(yīng),qpro-6-1表型貢獻(xiàn)率最大,為48.97%。大喇叭口期硝酸還原酶活性的QTL位點(diǎn)共20個,其中13個為超顯性效應(yīng),主要位于6和8染色體,顯性勢最高的QTL為qnrt-8-4,位于8號染色體bnlg1823-umc1069之間,表型貢獻(xiàn)率為60.36%。灌漿期硝酸還原酶活性的QTL位點(diǎn)16個,顯性勢最高的為qnrf-8-1位于8號染色體的umc1460-bnlg240之間,可解釋表現(xiàn)變異的66.06%。在6號染色體umc1002-phil26之間存在大喇叭口期NR活性的特異QTL, bnlg1740-nc013之間存在灌漿期NR活性的特異QTL。3.遺傳分析與QTL定位結(jié)果對比本研究將經(jīng)遺傳分析確定含有主基因的性狀進(jìn)行QTL定位,結(jié)果發(fā)現(xiàn),遺傳分析和QTL定位結(jié)果具有一定耦合性。灌漿期可溶性蛋白含量發(fā)現(xiàn)3個QTL,作用方式都為超顯性,其中位于6號染色體的qpro-6-1的遺傳特性與遺傳分析結(jié)果中的超顯性主基因類似。NR活性QTL位點(diǎn)很多,且大部分作用方式為超顯性,這與其遺傳分析結(jié)果類似,即大喇叭口期和灌漿期都存在多基因且灌漿期主基因和多基因的作用方式為超顯性。PEPC和SPS活性未檢測到QTL位點(diǎn),但從SPS活性效應(yīng)曲線可見,存在較多的微效正向加性效應(yīng)和微效負(fù)向顯性效應(yīng),這與SPS活性的多基因效應(yīng)一致。4.碳氮代謝相關(guān)基因分析6號染色體的bnlg1740-umc1063區(qū)間同時存在灌漿期NR活性特異QTL和灌漿期可溶性蛋白含量的表型貢獻(xiàn)率最高且遺傳效應(yīng)與相應(yīng)遺傳分析結(jié)果相似的QTL。根據(jù)MaizeGDB的玉米整合圖譜IBM2 2008 Neighbors標(biāo)注的信息,在bnlg1740-umc1063 區(qū)間共找到14個基因,結(jié)合NCBI的注釋,發(fā)現(xiàn)其中1個基因(AY104289)編碼泛素結(jié)合蛋白酶E2,該酶與蛋白質(zhì)降解及細(xì)胞衰老相關(guān),該基因可能與可溶性蛋白含量變化相關(guān)。此外,還發(fā)現(xiàn)1個編碼光合系統(tǒng)Ⅰ亞基的基因(psah1)及1個ATP合成酶基因(atp2),這兩個基因可能參與NR活性調(diào)節(jié)。這些推測還需要進(jìn)一步的研究論證。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：S513
【目錄】：

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