玉米粒長qKL1.07和粒寬qKW7b的精細定位和候選基因挖掘
發(fā)布時間：2021-11-13 17:48
玉米（Zm mays L.）籽粒大小是影響產(chǎn)量的關鍵因素,也是馴化和改良過程中重要的目標性狀。籽粒大小屬于復雜數(shù)量性狀、由微效多基因控制。隨著現(xiàn)代分子生物學的發(fā)展,人們對自然變異控制玉米籽粒大小關鍵基因的研究報道逐漸增多。本實驗室前期研究分別在玉米第1染色體bin 1.07和第7染色體bin 7.02上定位到控制粒長的主效QTL qKL1.07和粒寬的主效QTL qKW7。在此基礎上,本研究分別構建兩個目標QTL的高代回交群體,結(jié)合分子標記輔助選擇和高密度SNP芯片篩選目標QTL近等基因系,構建大規(guī)模分離群體,精細定位了這兩個目標QTL,結(jié)合連鎖分析、關聯(lián)分析、轉(zhuǎn)錄組測序、比較基因組學和遺傳轉(zhuǎn)化等方法確定了候選基因,并進行了功能驗證。主要研究結(jié)果如下:1)玉米粒長QTLqKL1.07精細定位和候選基因分析。利用粒長近等基因系構建8375個F2單株,將qKL1.07精細定位在B73參考基因組48 kb區(qū)間,區(qū)間內(nèi)注釋有細胞色素P450（Zm00001d032035）和羧酸酯酶（Zm00001d032036）2個基因。在精細定位區(qū)間,作圖群體雙親Mo17和黃早四的參考基因組分別有131 k...
【文章來源】：中國農(nóng)業(yè)科學院北京市
【文章頁數(shù)】：110 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
Zm00001d032035蛋白質(zhì)序列分析
本研究技術路線的基本思路:根據(jù)課題組前期籽粒大小QTL初定位和精細定位的結(jié)果,構建高代回交群體驗證目標QTL的遺傳效應,并利用分子標記輔助選擇篩選出包含目標QTL的近等基因系,構建大規(guī)模的分離群體,采用圖位克隆和功能基因組學的方法完成候選基因的挖掘與生物學功能驗證,為闡明玉米籽粒大小形成的分子機制奠定基礎。粒長是玉米籽粒大小遺傳改良的重要目標性狀之一,與單株產(chǎn)量顯著正相關,是構成玉米產(chǎn)量的重要組成因子(李永祥等,2009)。精細定位和克隆粒長關鍵基因,有助于揭示籽粒產(chǎn)量形成的分子生物學基礎,為開展分子設計育種提供理論指導和基因資源。目前已克隆的水稻粒長基因有GS3、DEP1、GL3.1/OsPPKL1、TGW3/qTGW3/GL3.3等負調(diào)控基因,qL GY3/OsLG3b、GW6a、WG7、GL7/GW7等正調(diào)控基因(LI et al.,2020)。然而,利用自然變異開展玉米粒長關鍵基因圖位克隆的研究還未見報道。在課題組前期研究中,利用黃早四為共同親本和其他11個骨干自交系雜交后構建的多重RIL群體和覆蓋全基因組的757個SNP標記對粒長進行QTL初定位,在第1染色體bin 1.07定位到1個在不同環(huán)境下3個RIL群體(鄭58、Mo17和Pa405)均穩(wěn)定表達的主效QTL,命名為qKL1.07,該位點在黃早四和Mo17的RIL群體中可以解釋29.1%的粒長表型變異,且沒有檢測到粒寬和百粒重QTL(LI et al.,2013)308-312。利用2個粒長差異顯著的骨干自交系Mo17和黃早四為親本構建的RIL群體和基于簡化基因組測序(genotyping by sequencing,GBS)構建的高密度遺傳圖譜對粒長進行QTL重定位,結(jié)果表明q KL1.07在2009北京、2009新疆、2010新疆3個環(huán)境下均能定位到,其LOD(logarithm of odds)值和可以解釋的表型變異分別為7.54和23.35%,7.35和21%、3.3和10.63%,物理位置在玉米第1染色體209.23-211.89 Mb之間,與低密度圖譜相比高密度遺傳圖譜定位精度大約提高10倍(秦偉偉等,2015)。同時,以黃早四為輪回親本,Mo17為供體親本,構建BC3F1、BC3F2、BC3F3和BC3F4高代回交群體,結(jié)合單株的粒長表型鑒定和基因型,在BC3F4群體中將qK L1.07目標區(qū)段縮小到1.6 Mb(QIN et al.,2016)。在此基礎上,本研究利用高代回交群體在不同環(huán)境進一步驗證qKL1.07的遺傳效應,通過高密度基因芯片篩選含目標QTL的近等基因系,構建大規(guī)模分離群體,結(jié)合重組家系的基因型和表型,對qKL1.07進行精細定位和候選基因挖掘、驗證候選基因的生物學功能,為闡明玉米籽粒大小差異形成的分子機制奠定基礎。
本研究qKL1.07精細定位的基本思路是根據(jù)多個高代回交群體多環(huán)境粒長QTL的定位結(jié)果,利用分子標記篩選出包含qKL1.07的粒長近等基因系,通過構建目標QTL區(qū)段的大規(guī)模分離群體篩選重組單株并利用自交和分子標記輔助選擇得到覆蓋目標QTL區(qū)間的跨疊系,結(jié)合目標區(qū)段的基因型分析和多環(huán)境粒長表型精準鑒定,完成q KL1.07的精細定位和候選基因發(fā)掘。2.1.3 基因型分析
【參考文獻】：
期刊論文
[1]玉米籽粒形成的分子生物學基礎[J]. 趙然,蔡曼君,杜艷芳,張祖新. 中國農(nóng)業(yè)科學. 2019(20)
[2]玉米株高主效QTL qPH3.2精細定位及遺傳效應分析[J]. 劉忠祥,楊梅,殷鵬程,周玉乾,何海軍,邱法展. 作物學報. 2018(09)
[3]玉米育種行業(yè)創(chuàng)新現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 趙久然,王帥,李明,呂慧穎,王道文,葛毅強,魏珣,楊維才. 植物遺傳資源學報. 2018(03)
[4]基于高密度遺傳圖譜的玉米籽粒灌漿特性遺傳解析[J]. 高星,李永祥,楊明濤,李琲琲,李春輝,宋燕春,張登峰,王天宇,黎裕,石云素. 中國農(nóng)業(yè)科學. 2017(21)
[5]中國重要玉米自交系種質(zhì)資源子粒性狀特征分析[J]. 李鑫,李永祥,吳迅,白娜,宋燕春,張登峰,王天宇,黎裕,石云素. 植物遺傳資源學報. 2016(01)
[6]基于高密度遺傳圖譜的玉米籽粒性狀QTL定位[J]. 秦偉偉,李永祥,李春輝,陳林,吳迅,白娜,石云素,宋燕春,張登峰,王天宇,黎裕. 作物學報. 2015(10)
[7]我國玉米育種種質(zhì)基礎與骨干親本的形成[J]. 黎裕,王天宇. 玉米科學. 2010(05)
[8]玉米籽粒構型與產(chǎn)量性狀的關系及QTL作圖[J]. 李永祥,王陽,石云素,宋燕春,王天宇,黎裕. 中國農(nóng)業(yè)科學. 2009(02)
[9]玉米籽粒性狀的遺傳效應分析[J]. 李玉玲,張澤民,許自成,席章營. 遺傳. 2000(03)
[10]玉米籽粒性狀的遺傳模型研究[J]. 張紅偉,孔繁玲. 遺傳學報. 2000(01)
博士論文
[1]玉米穗行數(shù)、雄穗分枝數(shù)及葉片冠層結(jié)構性狀的QTL定位[D]. 唐登國.四川農(nóng)業(yè)大學 2018
[2]轉(zhuǎn)錄因子ABP7在玉米籽粒發(fā)育過程中的功能及其分子機理分析[D]. 劉浩.中國農(nóng)業(yè)大學 2017
碩士論文
[1]玉米粒長主效QTL qKL9的遺傳剖析[D]. 李淑楨.華中農(nóng)業(yè)大學 2017
[2]玉米籽粒產(chǎn)量相關性狀QTL qKW7的精細定位[D]. 李鑫.中國農(nóng)業(yè)科學院 2015
本文編號：3493442
【文章來源】：中國農(nóng)業(yè)科學院北京市
【文章頁數(shù)】：110 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
Zm00001d032035蛋白質(zhì)序列分析
本研究技術路線的基本思路:根據(jù)課題組前期籽粒大小QTL初定位和精細定位的結(jié)果,構建高代回交群體驗證目標QTL的遺傳效應,并利用分子標記輔助選擇篩選出包含目標QTL的近等基因系,構建大規(guī)模的分離群體,采用圖位克隆和功能基因組學的方法完成候選基因的挖掘與生物學功能驗證,為闡明玉米籽粒大小形成的分子機制奠定基礎。粒長是玉米籽粒大小遺傳改良的重要目標性狀之一,與單株產(chǎn)量顯著正相關,是構成玉米產(chǎn)量的重要組成因子(李永祥等,2009)。精細定位和克隆粒長關鍵基因,有助于揭示籽粒產(chǎn)量形成的分子生物學基礎,為開展分子設計育種提供理論指導和基因資源。目前已克隆的水稻粒長基因有GS3、DEP1、GL3.1/OsPPKL1、TGW3/qTGW3/GL3.3等負調(diào)控基因,qL GY3/OsLG3b、GW6a、WG7、GL7/GW7等正調(diào)控基因(LI et al.,2020)。然而,利用自然變異開展玉米粒長關鍵基因圖位克隆的研究還未見報道。在課題組前期研究中,利用黃早四為共同親本和其他11個骨干自交系雜交后構建的多重RIL群體和覆蓋全基因組的757個SNP標記對粒長進行QTL初定位,在第1染色體bin 1.07定位到1個在不同環(huán)境下3個RIL群體(鄭58、Mo17和Pa405)均穩(wěn)定表達的主效QTL,命名為qKL1.07,該位點在黃早四和Mo17的RIL群體中可以解釋29.1%的粒長表型變異,且沒有檢測到粒寬和百粒重QTL(LI et al.,2013)308-312。利用2個粒長差異顯著的骨干自交系Mo17和黃早四為親本構建的RIL群體和基于簡化基因組測序(genotyping by sequencing,GBS)構建的高密度遺傳圖譜對粒長進行QTL重定位,結(jié)果表明q KL1.07在2009北京、2009新疆、2010新疆3個環(huán)境下均能定位到,其LOD(logarithm of odds)值和可以解釋的表型變異分別為7.54和23.35%,7.35和21%、3.3和10.63%,物理位置在玉米第1染色體209.23-211.89 Mb之間,與低密度圖譜相比高密度遺傳圖譜定位精度大約提高10倍(秦偉偉等,2015)。同時,以黃早四為輪回親本,Mo17為供體親本,構建BC3F1、BC3F2、BC3F3和BC3F4高代回交群體,結(jié)合單株的粒長表型鑒定和基因型,在BC3F4群體中將qK L1.07目標區(qū)段縮小到1.6 Mb(QIN et al.,2016)。在此基礎上,本研究利用高代回交群體在不同環(huán)境進一步驗證qKL1.07的遺傳效應,通過高密度基因芯片篩選含目標QTL的近等基因系,構建大規(guī)模分離群體,結(jié)合重組家系的基因型和表型,對qKL1.07進行精細定位和候選基因挖掘、驗證候選基因的生物學功能,為闡明玉米籽粒大小差異形成的分子機制奠定基礎。
本研究qKL1.07精細定位的基本思路是根據(jù)多個高代回交群體多環(huán)境粒長QTL的定位結(jié)果,利用分子標記篩選出包含qKL1.07的粒長近等基因系,通過構建目標QTL區(qū)段的大規(guī)模分離群體篩選重組單株并利用自交和分子標記輔助選擇得到覆蓋目標QTL區(qū)間的跨疊系,結(jié)合目標區(qū)段的基因型分析和多環(huán)境粒長表型精準鑒定,完成q KL1.07的精細定位和候選基因發(fā)掘。2.1.3 基因型分析
【參考文獻】：
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[5]中國重要玉米自交系種質(zhì)資源子粒性狀特征分析[J]. 李鑫,李永祥,吳迅,白娜,宋燕春,張登峰,王天宇,黎裕,石云素. 植物遺傳資源學報. 2016(01)
[6]基于高密度遺傳圖譜的玉米籽粒性狀QTL定位[J]. 秦偉偉,李永祥,李春輝,陳林,吳迅,白娜,石云素,宋燕春,張登峰,王天宇,黎裕. 作物學報. 2015(10)
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[8]玉米籽粒構型與產(chǎn)量性狀的關系及QTL作圖[J]. 李永祥,王陽,石云素,宋燕春,王天宇,黎裕. 中國農(nóng)業(yè)科學. 2009(02)
[9]玉米籽粒性狀的遺傳效應分析[J]. 李玉玲,張澤民,許自成,席章營. 遺傳. 2000(03)
[10]玉米籽粒性狀的遺傳模型研究[J]. 張紅偉,孔繁玲. 遺傳學報. 2000(01)
博士論文
[1]玉米穗行數(shù)、雄穗分枝數(shù)及葉片冠層結(jié)構性狀的QTL定位[D]. 唐登國.四川農(nóng)業(yè)大學 2018
[2]轉(zhuǎn)錄因子ABP7在玉米籽粒發(fā)育過程中的功能及其分子機理分析[D]. 劉浩.中國農(nóng)業(yè)大學 2017
碩士論文
[1]玉米粒長主效QTL qKL9的遺傳剖析[D]. 李淑楨.華中農(nóng)業(yè)大學 2017
[2]玉米籽粒產(chǎn)量相關性狀QTL qKW7的精細定位[D]. 李鑫.中國農(nóng)業(yè)科學院 2015
本文編號：3493442
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