本文關鍵詞：玉米籽粒代謝組的生化及遺傳基礎研究　出處：《華中農業(yè)大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：植物體會產生大量結構和生理功能不同的代謝產物,這些代謝產物不僅參與植物的生長發(fā)育及脅迫應答過程,同時也為人類的生存提供了必要的物質基礎。玉米是世界第一大糧食和飼料作物,在世界經濟和農業(yè)生產上發(fā)揮著非常重要的作用。我們通過對玉米籽粒中代謝產物的分析,并結合基因組學,遺傳學和表達譜的分析方法,能夠有效的解析籽粒代謝組的遺傳基礎和自然變異。通過基于LC-MS(液相色譜-質譜聯(lián)用儀)系統(tǒng)的廣譜定向代謝組學研究方法,能夠有效的建立二級質譜標簽(MS2T)數(shù)據(jù)庫。在玉米籽粒中,我們利用一種步進MIM-EPI(多離子檢測模式-增強子離子掃描)的方法,一共獲得了983個幾乎沒有重復的特征代謝產物,并完成了其中184個代謝物質的鑒定和標注。然后以此MS2T數(shù)據(jù)庫為基礎,利用sMRM(多反應檢測模式)對種植在不同地點的玉米3個關聯(lián)群體和2個RIL(重組自交系)群體一共702份材料進行了相對定量。為了解析玉米籽粒代謝組的自然變異和生化基礎,我們首先對368份玉米關聯(lián)群體材料中983個特征代謝產物進行了mGWAS(代謝組全基因組關聯(lián)分析)研究,最終從3個重復的結果中得到了1459個顯著位點(P≤1.8×10-6)。分析發(fā)現(xiàn)與這些位點關聯(lián)的候選基因有1197個,這些候選基因中有58.5%能夠被表達QTLs支持(eQTLs)。為了驗證mGWAS結果,我們還利用BB(B73/By804)和ZY(Zong3/Yu87-1)兩個RIL群體,對793個代謝產物定位了1876個mQTL(代謝數(shù)量性狀座位)。經過對比發(fā)現(xiàn),關聯(lián)群體定位的1459個顯著位點中有14.7%能夠被這些mQTL所證實。在玉米籽粒的基因功能研究中,我們的研究重點放在鑒定和注釋了的19個酚胺,39個黃酮和8個色氨酸代謝途徑產物定位上,最終確定這些代謝產物一共定位到了50個候選基因。一系列如重測序,表達QTL分析,候選基因關聯(lián)分析的手段在我們研究中被用來解析基因的潛在功能和變異。我們一共完成了5個候選基因的驗證,其中PHT和CCoAOMT1在后面的研究中還經過突變體和轉基因進行了進一步功能驗證。在完成基因的功能之后,代謝網絡的構建也是我們研究的重點之一。我們通過對代謝產物的化學結構分析,確定了代謝產物潛在的合成路徑和物質間的上下游關系,并結合轉基因和突變體材料的遺傳驗證,在玉米籽粒中重新構建了酚胺和黃酮兩個途徑的代謝網絡。代謝性狀作為一種可測定的表型,在研究中發(fā)現(xiàn)同一些復雜的生物性狀相關。我們利用逐步回歸方法,一共發(fā)現(xiàn)了42個代謝產物同玉米籽粒的百粒重(HKW)表型顯著相關(P≤0.05),在第二重復中26個代謝產物能解釋72.6%的百粒重表型變異。這提示代謝產物能夠能被用作生物標志物(Biomarkers),這對促進玉米的遺傳改良具有重要意義。
【學位授予單位】：華中農業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S513

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1 張燁;鄒湘軍;方壯東;李建民;李長友;;玉米籽粒的壓縮力學特性研究[J];廣東農業(yè)科學;2012年20期

2 B.д.普卡陀夫;翟允y，

本文編號：1313583