【摘要】：木薯是重要的糧食作物、能源作物,主要種植于熱帶、亞熱帶地區(qū),常受到季節(jié)性干旱的影響,對間歇性干旱具有較強(qiáng)的耐受性。對木薯群體進(jìn)行耐旱性評價、研究木薯耐旱機(jī)理并挖掘優(yōu)良耐旱等位基因,可為木薯高產(chǎn)抗旱品種選育奠定基礎(chǔ)。本研究以木薯自然群體(包括來自于13個國家和地區(qū)的150份木薯種質(zhì))為研究對象,調(diào)查與地上部鮮重和儲藏根產(chǎn)量相關(guān)的性狀,并收集了6個與干旱脅迫響應(yīng)相關(guān)的生化指標(biāo)的表型數(shù)據(jù),分析評價干旱脅迫對木薯群體的影響,篩選木薯耐旱品種。通過EST-SSR標(biāo)記和簡化基因組測序兩種通量的基因分型方法,我們獲得了木薯群體的全基因組標(biāo)記基因型。為了挖掘耐旱相關(guān)基因,我們將基因型與抗旱性狀表型數(shù)據(jù)進(jìn)行了全基因組關(guān)聯(lián)分析,同時結(jié)合已報道的木薯轉(zhuǎn)錄組和蛋白組數(shù)據(jù)篩選耐旱相關(guān)的等位基因。另外,多個MYB家族成員被證實(shí)與木薯干旱脅迫響應(yīng)有關(guān),為了了解MYB基因的自然變異和抗旱性狀之間的關(guān)系,為MYB基因的功能驗(yàn)證提供證據(jù)和方向,本研究對其中的兩個R2R3-MYB轉(zhuǎn)錄因子基因進(jìn)行了基因區(qū)DNA重測序,分析其自然變異及與木薯耐旱性狀之間的相關(guān)性。論文主要結(jié)果如下:1.干旱脅迫對木薯群體性狀平均值有顯著性的影響,根據(jù)抗旱性度量值D值可將木薯群體成員的抗旱性劃分為高抗、中抗和敏感三大類。處理組儲藏根干物質(zhì)率、脯氨酸-R等多個性狀表型測定值,以及SOD-L、SRS-R、Proline-R等性狀耐旱系數(shù)在3類抗旱性材料間均存在極顯著差異,并且3個性狀耐旱系數(shù)在兩次實(shí)驗(yàn)中在3類抗旱性材料間重復(fù)檢測到顯著差異。2.使用107對EST-SSR標(biāo)記引物對木薯群體進(jìn)行檢測,總共有98對引物擴(kuò)增得到了特異性片段,獲得了97個多態(tài)性位點(diǎn),包含279個等位基因。種質(zhì)材料兩兩間的遺傳相似系數(shù)分布在0.21~0.82之間,平均為0.37。通過關(guān)聯(lián)分析篩選到53個顯著關(guān)聯(lián)標(biāo)記,對表型變異解釋率分布在2.66~28.09%之間,平均為8.60%。對所篩選到的53個標(biāo)記進(jìn)行注釋得到了50個基因,其中的4個基因在木薯干旱轉(zhuǎn)錄組和蛋白組中均有顯著的表達(dá)差異,另有20個基因只在干旱脅迫相關(guān)轉(zhuǎn)錄組中有顯著的表達(dá)差異。3.利用16,173個高質(zhì)量木薯SNP進(jìn)行了抗旱性全基因組關(guān)聯(lián)分析,獲得了1,990個SNP標(biāo)記與木薯群體的性狀耐旱系數(shù)顯著關(guān)聯(lián)。其中有256個功能SNP與耐旱性狀顯著關(guān)聯(lián),位于172個基因內(nèi)。通過與已有的木薯干旱轉(zhuǎn)錄組和蛋白組數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,我們從172個基因中篩選到42個與干旱脅迫響應(yīng)有關(guān)的基因。4.將組學(xué)篩選得到的66個干旱脅迫響應(yīng)的關(guān)聯(lián)基因,與目標(biāo)性狀關(guān)鍵基因進(jìn)行功能互作預(yù)測分析,篩選得到了29個與目標(biāo)性狀關(guān)鍵基因可能存在功能互作的基因。對這29個基因進(jìn)行q RT-PCR驗(yàn)證,結(jié)果表明,有9個基因表達(dá)模式與木薯干旱轉(zhuǎn)錄組結(jié)果一致。其中包括5個多效基因,分別為06G045100、10G078800、12G005000、12G074800和16G022700。除12G005000為負(fù)調(diào)控基因,干旱脅迫時表達(dá)量下調(diào)外,其他4個基因均上調(diào)表達(dá)。這5個多效基因可以作為今后木薯抗旱機(jī)理研究的重要候選基因。5.木薯MeMYB91基因的編碼區(qū)SNP位點(diǎn)可劃分為29種單倍型,包括7種主要單倍型。這7種主要的單倍型可歸為兩類,其中一類與橡膠木薯W14的MeMYB91親緣關(guān)系更近,它們之間的Ka/Ks1,這說明在木薯育種過程中MeMYB91受到正向選擇的作用。MeMYB91基因編碼區(qū)內(nèi)有12個功能SNP位點(diǎn)與CAT酶活、脯氨酸含量、SOD酶活、還原糖含量、地上部鮮重、儲藏根數(shù)目和儲藏根干物質(zhì)率等性狀顯著關(guān)聯(lián),這表明該基因可能在木薯干旱脅迫響應(yīng)過程中起重要的調(diào)控作用。木薯Me MYB26基因區(qū)總計(jì)發(fā)現(xiàn)21個SNP,其中的5個非同義突變SNP、1個提前終止突變SNP與CAT酶活、MDA含量、單株儲藏根數(shù)目、脯氨酸含量、SOD酶活和單株地上部鮮重等性狀耐旱系數(shù)顯著關(guān)聯(lián)。本研究通過全基因組關(guān)聯(lián)結(jié)合轉(zhuǎn)錄組和蛋白組數(shù)據(jù)分析的方法來篩選木薯耐旱相關(guān)的等位基因,為高效、準(zhǔn)確篩選木薯耐旱相關(guān)基因進(jìn)行了數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和方法探索,對于進(jìn)一步研究木薯耐旱分子機(jī)制具有重要的意義。
【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】：2018
【分類號】：S533
【圖文】：

調(diào)控rd22的模型，如圖2所示，干旱和鹽脅迫導(dǎo)致ABA的合成，ABA作為信號分子誘導(dǎo)了bHLH類蛋白rd22BP1和AtMYB2的表達(dá)，rd22BP1和AtMYB2結(jié)合至干旱脅迫響應(yīng)基因rd22啟動子區(qū)的MYC和MYB結(jié)合位點(diǎn)上，調(diào)控rd22基因的表達(dá)(Abe 1997)。Yoo等報道AtMYB2可直接調(diào)控鈣調(diào)蛋白，提高擬南芥抗鹽脅迫能力(Yoo et al 2005)。AtMYB2響應(yīng)磷缺乏信號，并且AtMYB2直接與miR399f基因的啟動子區(qū)結(jié)合，調(diào)控miR399f的表達(dá)

本研究在木薯材料中對這兩個基因的基因區(qū)進(jìn)行重測序研究，分析其自然變異，并利用候選基因關(guān)聯(lián)分析法研究其與抗旱性狀的關(guān)聯(lián)，為這兩個基因的功能驗(yàn)證提供證據(jù)和方向。本研究技術(shù)路線如圖3所示。圖3本研究技術(shù)路線圖Fig.3 The technology route of this study.

2.3.1 干旱對木薯材料的影響為了研究短期干旱脅迫對木薯材料的影響，本論文對兩次干旱脅迫實(shí)驗(yàn)獲得性狀的表型數(shù)據(jù)進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果如圖4和附錄3所示，在對照和干旱處理兩個條件下，性狀測定值變異系數(shù)最高的是POD含量（總計(jì)8組數(shù)據(jù)的變異系數(shù)平均為1.52），變異系數(shù)最低的是可溶性還原糖（總計(jì)8組數(shù)據(jù)的變異系數(shù)平均為0.23）。干旱脅迫會增加木薯群體性狀的多樣性，如兩次實(shí)驗(yàn)葉和根的脯氨酸含量測定值的變異系數(shù)處理組均大于對照組的脯氨酸含量變異系數(shù)。此外，AGFW-2014、MDA-L-2014、MDA-R-2014、SRS-L-2014、SRS-R-2014、SRS-R-2015、SOD-L-2014、SOD-R-2014、POD-L-2015、POD-R-2015、CAT-L-2014和SRN-2014等，干旱處理組性狀的測定值變異系數(shù)均大于對照組表型變異系數(shù)。同時，AGFW-2015、MDA-L-2015、MDA-R-2015、SRS-L-2015、SOD-L-2015、SOD-R-2015、POD-L-2014、POD-R-2014、CAT-R-2014、CAT-L-2015、CAT-R-2015以及干旱處理組儲藏根相關(guān)SRFW-2014、SRDW-2014和SRDMP-2014的表型值變異系數(shù)比對照組的表型值變異系數(shù)小。為進(jìn)一步了解干旱脅迫對木薯材料影響是否顯著，本研究對同一次實(shí)驗(yàn)同一部位的干旱組和對照組數(shù)據(jù)進(jìn)行了方差分析

本文編號：2752184