【摘要】：大豆[Glycine Max(L.)Merr.]作為重要的糧食和經(jīng)濟(jì)作物,其產(chǎn)量是生產(chǎn)中亟待解決問題之一。開花期作為影響大豆產(chǎn)量的一個(gè)重要因素,成為大豆育種的主要內(nèi)容之一。本試驗(yàn)旨在利用不同的作圖群體進(jìn)行開花期QTL(Quantative trait locus)檢測(cè),從而找到目的基因,通過克隆等手段驗(yàn)證基因的功能,最終為大豆的開花期提供理論依據(jù)。利用TK780和H4雜交產(chǎn)生的重組自交系在長(zhǎng)日照條件下進(jìn)行開花期QTL檢測(cè)。在E1背景下檢測(cè)到了q FT-B1和q FT-H。結(jié)合兩個(gè)親本基因組的重測(cè)序結(jié)果和生物信息學(xué)技術(shù)分別找到q FT-B1和q FT-H的候選基因FL1和FL2,并進(jìn)行克隆。結(jié)果表明,和H4相比,FL1基因在TK780上有單堿基的缺失,FL2基因在TK780上有單堿基的突變,從而導(dǎo)致了FL1和FL2的TK780基因型缺少CCT模塊。通過大豆遺傳轉(zhuǎn)化直接證明這兩個(gè)基因控制大豆的晚花性狀。此外,這兩個(gè)基因定位于細(xì)胞核中,且在轉(zhuǎn)錄水平上不僅受E1、E2、E3和E4調(diào)控,而且受生物鐘的調(diào)控。利用Harosory和BR121的F2代群體在短日照條件下進(jìn)行開花期QTL檢測(cè),在LG C1(Gm 04)染色體上定位到q FT-C1。通過與擬南芥的開花期基因進(jìn)行比對(duì)找到唯一候選基因,Gm ELF3。通過克隆發(fā)現(xiàn),與Harosory相比,BR121因?yàn)槿笔?0個(gè)堿基而導(dǎo)致提前終止,從而缺失了三個(gè)保守區(qū)域。與此同時(shí),通過克隆不同長(zhǎng)青春期品種的Gm ELF3基因,以及大豆遺傳轉(zhuǎn)化證明Gm ELF3基因就是大豆J基因。通過酵母雙雜交,發(fā)現(xiàn)J基因能夠與Gm ELF4和Gm LUX基因形成復(fù)合物。E1、E2、E3和E4在長(zhǎng)日照和短日照條件下通過不同機(jī)制調(diào)控J基因,從而參與大豆光周期的調(diào)控。此外,我們還利用AGS292和K3雜交產(chǎn)生的91個(gè)重組自交系進(jìn)行圖譜構(gòu)建和QTL分析。圖譜覆蓋大豆基因組2546.7厘摩,并且包含了52個(gè)新的啟動(dòng)子特異標(biāo)記和9個(gè)外顯子特異性標(biāo)記。并將該群體種植在4個(gè)短日照和5個(gè)長(zhǎng)日照條件下檢測(cè)花期。在4個(gè)短日照條件下,我們一共檢測(cè)到7個(gè)QTL。其中5個(gè)是和長(zhǎng)青春期性狀相關(guān)的。在五個(gè)長(zhǎng)日照條件下,包含E2的q FT-O和包含E3的q FT-L被檢測(cè)到,說(shuō)明E2和E3對(duì)大豆適應(yīng)長(zhǎng)日照條件具有重要的作用。利用9個(gè)環(huán)境進(jìn)行聯(lián)合分析時(shí),我們檢測(cè)到9個(gè)加性QTL和9對(duì)上位性QTL,且大部分都存在與環(huán)境的相互作用。總之,一共有5個(gè)QTL(q FT-B2-1、q FT-C1-1、q FT-K、q FT-D2和q FT-F)可能代表了新的與開花期有關(guān)的QTL。本試驗(yàn)檢測(cè)到的QTL對(duì)于豐富大豆的遺傳機(jī)制具有重要作用。綜上,本試創(chuàng)新點(diǎn)是以QTL定位為基礎(chǔ),不僅首次克隆了短日照條件下誘導(dǎo)大豆開花的J基因,而且克隆了擬南芥生物鐘PRR基因的同源基因FL1和FL2,并通過研究證明它們參與大豆E1、E2、E3和E4構(gòu)成的大豆開花期的調(diào)控網(wǎng)絡(luò),并通過大豆遺傳轉(zhuǎn)化明確了這三個(gè)基因?qū)Υ蠖归_花期的影響。本試驗(yàn)的研究結(jié)果有利于豐富大豆開花期的調(diào)控途徑,對(duì)大豆開花的分子機(jī)制以及分子輔助育種具有重要的意義。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院（東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所）
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：S565.1
【圖文】：

8（Blázquez 和 Weigel，2000；Komeda，2004）圖 1-1 擬南芥生物鐘模型Fig 1-1 The circadian clock model for Arabidopsis4. AP1 基因AP1 基因作為 FT 的下游基因，具有促進(jìn)植物開花的作用。AP1 在擬南芥中達(dá)，在持續(xù)光照條件下，10 天就可見花芽，遠(yuǎn)遠(yuǎn)早于野生型（Weigel 和 Nilss1995）。在矮牽牛、柑橘和番茄中，轉(zhuǎn)入 AP1 都會(huì)表現(xiàn)提前開花的功能（Ellul 2004；Pe a 等，2001；安利忻和劉榮維，2001）。AP1 的這種保守功能和它基因結(jié)保守性有關(guān)。AP1是植物特有的MADS-box基因并含有多內(nèi)含子結(jié)構(gòu)。AP1不僅促物的開花，而且和花器官的形成有密切的關(guān)系。主要調(diào)控花朵發(fā)育的萼片和花瓣可以通過時(shí)空表達(dá)調(diào)控分生組織的形成和花器官的發(fā)育（Weige 和 Nilsson，1995）

圖 2-1 96 個(gè)個(gè)體條件下存在的 QTLFigure 2-1 Four linkage groups harbored QTLs in 96 RILs（二）E1 背景下 60 個(gè)個(gè)體的 QTL 檢測(cè)利用 96 個(gè)個(gè)體進(jìn)行 QTL 檢測(cè)時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)含有 E1 基因的主效 QTL，qFT-C2解釋 57.1%以上的表型變異率，這與前人的研究一致，即 E1 對(duì)于大豆的開花就的作用（Bernard，1971；Yamada 等，2001）。E1 基因的效應(yīng)掩蓋了其它基因，測(cè)到更多的 QTL，我們將 96 個(gè)群體按照 E1 基因型的不同分成兩個(gè)亞群體：由下 60 個(gè)個(gè)體組成的一個(gè)群體和 e1 背景下 36 個(gè)個(gè)體組成的一個(gè)群體。用 60 個(gè)型數(shù)據(jù)我們重新構(gòu)建了一個(gè)圖譜，該圖譜包含了 292 個(gè)標(biāo)記，覆蓋 2255.4 厘摩體較小且標(biāo)記有限，一些連鎖群被分成兩個(gè)部分：如第 02、04、13 和 15 號(hào)染成了兩部分。以該連鎖群圖譜為基礎(chǔ)，我們利用 MQM 和 MCIM 進(jìn)行 QTL 分析）。首先，我們利用 MQM 進(jìn)行花期檢測(cè)（表 2-4）。Sapporo-2004 和 Sapporo-C

大豆生育期數(shù)量性狀位點(diǎn)克隆及功能驗(yàn)證其次，為了檢測(cè)加性效應(yīng)以及加性效應(yīng)和環(huán)境之間的關(guān)系，我們綜合了Sapporo-2004、Sapporo-2005 和 Harbin-2010 的花期數(shù)據(jù)，利用 MCIM 進(jìn)行 QTL 分析。此分析檢測(cè)到了三個(gè)加性 QTL：qFT-B1、qFT-C1 和 qFT-O（表 2-5）。只有 qFT-B1 在極顯著的水平（p<0.001）上檢測(cè)出來(lái)，表明它是一個(gè)主要的 QTL，此結(jié)果與 MQM 分析一致（表 2-4）。這三個(gè) QTL：qFT-B1、qFT-C1 和 qFT-O 的表型變異率為 5.55%、2.45%和 3.47%。加性 QTL 與環(huán)境的互作可以分別解釋 2.42%、4.63%和 4.65%的表型變異率。qFT-B1 的表型變異率大于與環(huán)境互作的表型變異率，說(shuō)明相對(duì)于環(huán)境效應(yīng)而言，基因背景對(duì) qFT-B1 的影響更為顯著。另外兩個(gè)加性 QTL：qFT-C1 和 qFT-O 只在顯著水平（p<0.05）上檢測(cè)到，且加性效應(yīng)與環(huán)境互作的表型變異率大于加性效應(yīng)的表型變異率，說(shuō)明環(huán)境對(duì) qFT-C1 和 qFT-O 的影響更為顯著。

本文編號(hào)：2800903