本文關(guān)鍵詞：玉米砷、汞積累連鎖定位與全基因組關(guān)聯(lián)分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著工業(yè)以及現(xiàn)在農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展,世界范圍內(nèi)大量農(nóng)田受到重金屬污染。土壤中的重金屬能被作物吸收并積累在食用部分,并通過(guò)食物鏈威脅動(dòng)物及人類健康。玉米(Zea mays L.)是世界上種植面積最大的糧食作物,研究證明玉米對(duì)重金屬的吸收、積累存在顯著的基因型差異。因此,選擇及培育玉米重金屬低積累品種,種植在中、低重金屬污染土壤上,能夠在保證糧食安全生產(chǎn)的同時(shí),逐漸降低土壤中重金屬含量,實(shí)現(xiàn)邊生產(chǎn)邊修復(fù),被認(rèn)為是一種經(jīng)濟(jì)高效、切實(shí)可行的方法。而篩選低積累種質(zhì)資源、深入開(kāi)展重金屬積累與抗性的分子機(jī)理研究是培育低積累品種的基礎(chǔ)。本研究以一套重組自交系群體和一套遺傳多樣性豐富的關(guān)聯(lián)群體為材料,采用連鎖定位與關(guān)聯(lián)分析相結(jié)合的策略,分別對(duì)兩個(gè)環(huán)境下玉米不同組織重金屬砷、汞積累開(kāi)展研究,以期為玉米重金屬砷、汞低積累品種篩選培育及生產(chǎn)提供理論參考。主要研究結(jié)果如下:1.以遺傳基礎(chǔ)豐富的230份玉米優(yōu)良自交系為材料,進(jìn)行兩個(gè)環(huán)境下的表型鑒定。玉米不同組織砷、汞含量的方差分析表明,基因型和環(huán)境以及它們之間的互作均達(dá)到顯著水平。不同組織中砷、汞含量的平均順序?yàn)?葉片苞葉莖稈軸籽粒。本研究鑒定了一些砷、汞低積累材料,為玉米砷、汞低積累品種選育及相關(guān)遺傳研究提供了材料參考。2.利用包含194份家系的重組自交系群體進(jìn)行連鎖分析,鑒定了28個(gè)玉米5個(gè)組織砷含量QTL,這些QTL多數(shù)集中在6個(gè)染色體區(qū)段上:bins 1.02 1.03、1.07 1.08、4.05、5.03、7.00和7.02 7.03;同時(shí)檢測(cè)到23個(gè)玉米5個(gè)組織汞含量QTL,這些QTL多數(shù)集中分布在5個(gè)染色體區(qū)段上:bins 4.01、4.03、8.03、8.07和9.03-04。這些潛在染色體區(qū)段可用于進(jìn)一步分析,也為分子標(biāo)記輔助選擇培育玉米砷或汞低積累品種提供目標(biāo)位點(diǎn)。3.利用558,629個(gè)SNP標(biāo)記對(duì)關(guān)聯(lián)群體材料進(jìn)行全基因組基因型分析,通過(guò)標(biāo)記的缺失率、等位基因頻率等分析,最終確定470,681個(gè)較好的SNP標(biāo)記用于進(jìn)一步的群體結(jié)構(gòu)、主成分及關(guān)聯(lián)分析。利用Tassel 5.0軟件中的混合線性模型,引入PCA控制群體結(jié)構(gòu),進(jìn)行全基因組關(guān)聯(lián)分析,在P0.0001的顯著水平上,檢測(cè)到151個(gè)與砷含量關(guān)聯(lián)的SNP標(biāo)記,共發(fā)現(xiàn)87個(gè)候選基因,其中有功能注釋的基因共55個(gè);檢測(cè)到143個(gè)與汞含量關(guān)聯(lián)的SNP標(biāo)記,共發(fā)現(xiàn)78個(gè)候選基因,其中有功能注釋的基因共56個(gè)。4.通過(guò)關(guān)聯(lián)分析與連鎖定位結(jié)果的整合,發(fā)現(xiàn)有13個(gè)共同的位點(diǎn)與玉米砷積累相關(guān),對(duì)這些位點(diǎn)的SNP進(jìn)行候選基因分析發(fā)現(xiàn),它們包括F-box蛋白、ATP結(jié)合、異構(gòu)酶、熱休克蛋白、結(jié)合蛋白、G蛋白偶聯(lián)的受體激酶、氧化還原、催化活性、轉(zhuǎn)錄位點(diǎn)、�；D(zhuǎn)移酶、電子載體、DNA結(jié)合及未知蛋白等功能基因;同時(shí)發(fā)現(xiàn)有9個(gè)共同的位點(diǎn)與玉米汞積累相關(guān),對(duì)這些位點(diǎn)的SNP進(jìn)行候選基因分析發(fā)現(xiàn),它們包括蛋白質(zhì)磷酸化、轉(zhuǎn)錄調(diào)控、混雜酶家族蛋白、ATP結(jié)合、跨膜運(yùn)輸、逆境反應(yīng)、類枯草桿菌蛋白酶抑制劑及未知蛋白等功能基因。通過(guò)功能預(yù)測(cè),分別確定了4個(gè)值得關(guān)注的砷積累候選基因、5個(gè)值得關(guān)注的汞積累候選基因用于進(jìn)一步深入研究。
【關(guān)鍵詞】：玉米(Zea mays L.) 砷 汞 連鎖定位 關(guān)聯(lián)分析
【學(xué)位授予單位】：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：S513
【目錄】：

• 致謝4-9
• 摘要9-11
• 第一章 文獻(xiàn)綜述11-28
• 1.1 土壤重金屬污染概述11-17
• 1.1.1 重金屬概念11
• 1.1.2 土壤重金屬污染現(xiàn)狀及來(lái)源11-12
• 1.1.2.1 土壤重金屬污染現(xiàn)狀11-12
• 1.1.2.2 土壤重金屬污染來(lái)源12
• 1.1.3 重金屬污染的危害12-13
• 1.1.3.1 重金屬對(duì)植物的危害12-13
• 1.1.3.2 重金屬對(duì)人體的危害13
• 1.1.4 植物對(duì)重金屬積累及抗性13-15
• 1.1.4.1 植物對(duì)重金屬積累的基因型差異13
• 1.1.4.2 植物不同組織中重金屬的分布13-14
• 1.1.4.3 植物對(duì)重金屬的抗性機(jī)制14-15
• 1.1.5 重金屬污染治理措施15-17
• 1.1.5.1 工程措施15-16
• 1.1.5.2 生物措施16
• 1.1.5.3 栽培措施16-17
• 1.1.5.4 重金屬低積累品種選育17
• 1.2 QTL分析方法及應(yīng)用17-23
• 1.2.1 分子標(biāo)記的選擇18-19
• 1.2.1.1 SSR標(biāo)記18-19
• 1.2.1.2 SNP標(biāo)記19
• 1.2.2 作圖群體的構(gòu)建19-20
• 1.2.3 遺傳連鎖圖的構(gòu)建20-21
• 1.2.4 QTL定位一般方法21-22
• 1.2.4.1 單標(biāo)記分析法(Individua1 Marker Mapping, IMM)21
• 1.2.4.2 區(qū)間作圖法(Interval Mapping, IM)21-22
• 1.2.4.3 復(fù)合區(qū)間作圖法(Composite Interva1 Mapping, CIM)22
• 1.2.4.4 完備區(qū)間作圖法( Inclusive Composite Interval Mapping, ICIM )22
• 1.2.5 重金屬積累及抗性QTL定位研究22-23
• 1.3 關(guān)聯(lián)分析方法及應(yīng)用23-26
• 1.3.1 連鎖不平衡23-24
• 1.3.2 關(guān)聯(lián)分析方法24-25
• 1.3.2.1 策略與步驟24
• 1.3.2.2 統(tǒng)計(jì)模型24-25
• 1.3.3 關(guān)聯(lián)分析的影響因素25
• 1.3.3.1 連鎖不平衡衰減25
• 1.3.3.2 標(biāo)記量大小25
• 1.3.3.3 群體大小25
• 1.3.3.4 群體結(jié)構(gòu)25
• 1.3.4 關(guān)聯(lián)分析在玉米遺傳研究中應(yīng)用25-26
• 1.4 本研究的目的意義26
• 1.5 研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線26-28
• 第二章 玉米砷積累連鎖定位與全基因組關(guān)聯(lián)分析28-60
• 2.1 引言28-29
• 2.2 材料與方法29-31
• 2.2.1 植株材料29
• 2.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)29
• 2.2.3 As含量檢測(cè)29
• 2.2.4 遺傳連鎖圖29-30
• 2.2.4.1 連鎖分析遺傳連鎖圖29-30
• 2.2.4.2 關(guān)聯(lián)分析基因型30
• 2.2.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析30-31
• 2.2.5.1 關(guān)聯(lián)群體基因型分析30
• 2.2.5.2 表型數(shù)據(jù)分析30
• 2.2.5.3 連鎖群體QTL定位分析30-31
• 2.2.5.4 全基因組關(guān)聯(lián)分析31
• 2.2.5.5 關(guān)聯(lián)分析SNP標(biāo)記與QTL比較31
• 2.2.5.6 候選基因分析31
• 2.3 結(jié)果與分析31-57
• 2.3.1 連鎖群體QTL定位分析31-38
• 2.3.1.1 玉米不同組織砷含量表型變化31-33
• 2.3.1.2 玉米不同組織砷含量的相關(guān)分析33
• 2.3.1.3 玉米不同組織砷含量的分離特性33-34
• 2.3.1.4 玉米不同組織砷含量QTL分析34-38
• 2.3.2 玉米砷含量的關(guān)聯(lián)分析38-48
• 2.3.2.1 SNP標(biāo)記統(tǒng)計(jì)信息38-39
• 2.3.2.2 關(guān)聯(lián)群體的表型數(shù)據(jù)分析39-45
• 2.3.2.3 玉米不同組織砷含量的關(guān)聯(lián)分析45-48
• 2.3.3 關(guān)聯(lián)SNP位點(diǎn)基因的功能分析48-56
• 2.3.4 定位的QTL與關(guān)聯(lián)標(biāo)記比較56-57
• 2.4 討論57-60
• 2.4.1 玉米不同組織砷積累57
• 2.4.2 PSC品種的選育57-58
• 2.4.3 砷積累的QTL定位分析58
• 2.4.4 連鎖分析結(jié)合關(guān)聯(lián)分析在數(shù)量性狀基因研究中應(yīng)用58-59
• 2.4.5 砷積累候選基因分析59-60
• 第三章 玉米汞積累連鎖定位與全基因組關(guān)聯(lián)分析60-88
• 3.1 引言60-61
• 3.2 材料與方法61-62
• 3.2.1 植株材料61
• 3.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)61
• 3.2.3 汞含量檢測(cè)61
• 3.2.4 遺傳連鎖圖61
• 3.2.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析61-62
• 3.3 結(jié)果與分析62-85
• 3.3.1 連鎖群體QTL定位分析62-68
• 3.3.1.1 玉米不同組織汞含量表型變化62-63
• 3.3.1.2 玉米不同組織汞含量的相關(guān)分析63-64
• 3.3.1.3 玉米不同組織汞含量的分離特性64-65
• 3.3.1.4 玉米不同組織汞含量QTL分析65-68
• 3.3.2 關(guān)聯(lián)分析68-76
• 3.3.2.1 表型統(tǒng)計(jì)分析68-74
• 3.3.2.3 關(guān)聯(lián)分析74-76
• 3.3.3 關(guān)聯(lián)SNP位點(diǎn)附近基因的功能分析76-85
• 3.3.4 QTL定位結(jié)果與關(guān)聯(lián)標(biāo)記的整合85
• 3.4 討論85-88
• 3.4.1 汞在玉米中的積累分配規(guī)律85-86
• 3.4.2 選育低積累品種降低作物重金屬積累86
• 3.4.3 汞積累及抗性的遺傳研究86-87
• 3.4.4 汞積累的全基因組關(guān)聯(lián)分析87
• 3.4.5 汞積累候選基因分析87-88
• 參考文獻(xiàn)88-105
• 附表105-119
• 英文摘要119-121
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表論文情況121

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  本文關(guān)鍵詞：玉米砷、汞積累連鎖定位與全基因組關(guān)聯(lián)分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：254271