本文選題：水稻　切入點(diǎn)：重組自交系　出處：《華中農(nóng)業(yè)大學(xué)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：植物代謝物對植物生長發(fā)育、適應(yīng)環(huán)境和人類營養(yǎng)等都非常重要。水稻是世界上主要的糧食作物之一,同時也是單子葉植物的模式生物。對水稻代謝組進(jìn)行遺傳分析,鑒定代謝相關(guān)的基因功能,進(jìn)一步解析代謝途徑,有利于改善水稻對環(huán)境脅迫的適應(yīng)性、改良稻米品質(zhì)、提高水稻產(chǎn)量。代謝數(shù)量性狀位點(diǎn)(m QTL)的研究是以代謝物的積累水平作為數(shù)量性狀進(jìn)行QTL定位,分析控制代謝物含量變異的遺傳位點(diǎn)。本論文主要利用以珍汕97和明恢63為親本構(gòu)建的重組自交系(RIL)群體,對不同組織和不同時期的材料進(jìn)行代謝取樣,以一種廣泛定向代謝組的分析方法進(jìn)行了檢測;以基于重組bin標(biāo)記的高密度遺傳連鎖圖進(jìn)行了m QTL定位,獲得了大量定位區(qū)間小、解釋效應(yīng)大的m QTL;用導(dǎo)入系(IL)對m QTL結(jié)果進(jìn)行了驗證;將不同水平的組學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合,輔以生物信息學(xué)分析的手段,篩選了一批控制代謝性狀的候選基因,并對部分基因進(jìn)行了功能驗證;對水稻中相關(guān)的代謝途徑進(jìn)行了重構(gòu)和完善。本論文主要結(jié)果如下:1.檢測方法的驗證以本室建立的基于液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(LC-MS)平臺的研究方法,對RIL群體的親本ZS97、MH63和部分種質(zhì)資源進(jìn)行了檢測,結(jié)果表明該方法能很好地用于實(shí)驗材料的分類,能同時檢測近一千種代謝物,具有很好的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性,可以進(jìn)一步用于水稻群體大規(guī)模、高通量的代謝組分析。2.不同組織的m QTL研究在水稻抽穗期劍葉和發(fā)芽72 h種子中分別檢測了683個和317個代謝物,其中100個是兩個組織共同檢測到的。以1,619個重組bin標(biāo)記構(gòu)建的高密度遺傳連鎖圖進(jìn)行m QTL定位,劍葉中的617個代謝性狀共定位到1,884個m QTL,發(fā)芽種子中的302個代謝性狀共定位到837個m QTL,兩個組織都定位到一些置信區(qū)間很小和解釋效應(yīng)很大的位點(diǎn)。對兩個組織中共同檢測的代謝物及其定位到的m QTL進(jìn)行比較分析,發(fā)現(xiàn)代謝物的積累模式在不同組織間存在很大差異,代謝物的含量也存在著復(fù)雜的遺傳調(diào)控模式。m QTL并不是隨機(jī)分布在各個染色體上,在劍葉的第1、第6、第7、第10染色體和發(fā)芽種子的第5、第6染色體上出現(xiàn)了明顯的富集。以1 c M為窗口統(tǒng)計每個區(qū)間內(nèi)m QTL的數(shù)目,在劍葉和發(fā)芽種子中分別鑒定了44個和16個m QTL熱點(diǎn)。選取最靠近m QTL熱點(diǎn)的重組bin,對所有已知物質(zhì)進(jìn)行兩位點(diǎn)互作分析,發(fā)現(xiàn)了代謝性狀的調(diào)控中存在顯著的兩位點(diǎn)互作。以ZS97為受體,MH63為供體的ILs,檢測了64個代謝物,其中有55個代謝物的主效m QTL的效應(yīng)得到了證實(shí)。結(jié)合基因組、轉(zhuǎn)錄組的數(shù)據(jù),篩選了24個候選基因(9個為新基因),包括一些控制重要農(nóng)藝性狀和生物學(xué)過程的基因,并在此基礎(chǔ)上重構(gòu)和完善了水稻相關(guān)的代謝途徑。3.不同時期的m QTL研究對水稻三個不同發(fā)育時期的種子進(jìn)行了代謝組檢測。在成熟期種子、發(fā)芽72 h種子和灌漿期種子中分別獲得了810,836和855個代謝物的數(shù)據(jù),其中372個為三個時期共同檢測過的物質(zhì)。三個時期中都有一半以上的代謝性狀的變異系數(shù)超過50%,表明RIL群體不同發(fā)育時期種子的代謝組都存在很大差異。在成熟種子、發(fā)芽種子和灌漿種子分別定位到了1,506,1,575和1,600個m QTL,并分別檢測到42個、39個和39個m QTL熱點(diǎn)。比較三個時期共同檢測的372個代謝物,發(fā)現(xiàn)各類別的代謝物在不同時期都表現(xiàn)出不同的緊密程度。分析這372個代謝物的m QTL,成熟種子中有303個物質(zhì)定位了共746個m QTL,發(fā)芽種子中有311個物質(zhì)定位了共692個m QTL,灌漿種子中有290個物質(zhì)定位了共629個m QTL,然而這其中只有57個m QTL在三個時期中定位是相同的。代謝性狀的定位結(jié)果多種多樣,其中有95個代謝性狀在三個時期都能定位到m QTL但位點(diǎn)卻完全不同,表明了代謝組的遺傳調(diào)控存在非常強(qiáng)的時期特異性。結(jié)合基因組、轉(zhuǎn)錄組的數(shù)據(jù),分析代謝物和定位的m QTL結(jié)果,篩選到33個候選基因。4.代謝相關(guān)基因克隆利用體內(nèi)轉(zhuǎn)基因材料驗證了兩個�；D(zhuǎn)移酶(已報道的Os Ma T-2和新鑒定的Os Ma T-3)對黃酮類物質(zhì)m0723-L含量的調(diào)控作用,和一個糖基轉(zhuǎn)移酶LOC_Os11g26950對黃酮類物質(zhì)m0760-L含量的調(diào)控作用。比較了未知物質(zhì)m0434-L(m/z 427/397)在RIL群體和自然群體中的結(jié)果,兩者的定位結(jié)果非常接近,而且都非常顯著;對其候選基因LOC_Os03g25500在種質(zhì)資源中進(jìn)行了比較測序和代謝檢測,揭示了一個功能性的SNP位點(diǎn)(該位點(diǎn)在MH63中編碼谷氨酸,而在ZS97中為終止密碼),但該未知物質(zhì)的結(jié)構(gòu)解析和候選基因的功能驗證還有待于深入研究。代謝物m0447-L的一個微效m QTL在自然群體中的定位結(jié)果非常顯著(P=4.6×10-33);通過體內(nèi)轉(zhuǎn)基因?qū)嶒炞C實(shí)了其候選基因LOC_Os07g32060對m0447-L含量的調(diào)控作用,其它26個相關(guān)代謝物的檢測結(jié)果表明該基因特異性控制黃酮葡萄糖苷5號位的氧糖基化修飾。本論文的結(jié)果加深了我們對水稻代謝組的遺傳和生化基礎(chǔ)的理解,有助于搭建基因組和表型組之間的橋梁,為水稻遺傳改良提供新的資源和方向。
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【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】：2015
【分類號】：S511

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 謝華安,鄭家團(tuán),張受剛,林美娟;中國種植面積最大的水稻良種“汕優(yōu)63”培育的理論與實(shí)踐[J];福建省農(nóng)科院學(xué)報;1996年04期

2 Guojing Shen;Yongzhong Xing;;Two Novel QTLs for Heading Date Are Identified Using a Set of Chromosome Segment Substitution Lines in Rice(Oryza sativa L.)[J];Journal of Genetics and Genomics;2014年12期

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本文編號：1597381