玉米籽粒品质性状的全基因组关联分析

来源 :河南农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:donny9707
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玉米是全世界最重要且种植范围最为广泛的农作物之一,在保障世界粮食安全方面具有举足轻重的地位。目前玉米的主要育种目标是实现高产、稳产和优质,而品质性状不但直接或间接影响玉米的产量,同时也影响玉米的饲料和加工特性,因此对品质性状的研究对于实现玉米的高产、稳产和加工应用具有重要的现实意义。且随着畜牧业和加工业的快速发展,对玉米的饲用品质和加工价值的需求愈发增大,因此对玉米的品质性状的研究已成当务之急。随着全基因组测序技术的发展,海量单核苷酸多态性(SNP)分子标记的开发为利用全基因组关联分析技术探究复杂性状的遗传机理提供了极大的便利。本研究以485份玉米自交系群体为研究材料,通过近红外反射光谱分析仪对玉米籽粒的粗蛋白、粗淀粉、粗脂肪、赖氨酸、玉米籽粒淀粉定标(最优模型)和玉米完整籽粒蛋白质定标(最优模型)的含量进行测定,获得玉米籽粒品质性状的表型数据。然后利用覆盖全基因组的558629个单核苷酸多态性(SNP)分子标记对玉米籽粒品质性状进行全基因组关联分析,共获得73个SNP位点与玉米籽粒品质性状显著关联。本研究的主要研究结果如下:1.表型性状分析结果表明,玉米籽粒品质性状均为典型的数量性状,且变异范围均较为广泛。粗脂肪的峰度值和偏度值及玉米籽粒淀粉定标(最优模型)的峰度值均大于1,其余性状的峰度值和偏度值的绝对值均小于1。相关性分析结果表明,所有性状之间均具有显著的相关性。方差分析结果表明,玉米品质性状的基因型效应、环境效应、基因型与环境互作效应均达到了极显著水平。2.利用一般线性模型(GLM)对玉米籽粒品质性状进行关联分析,发现15个SNP位点与籽粒的粗蛋白含量显著关联,其中位于第2染色体的SNP位点最高解释了 7.82%的表型变异;通过对显著SNP上下游50kb的序列进行生物信息学分析,挖掘出参与锌离子结合、代谢、转录调控等34个候选基因。玉米籽粒粗淀粉含量检测到1个显著的SNP位点,位于第6染色体上,该位点解释8.02%的表型变异;筛选出6个参与DNA结合、膜组分、转录调控等作用的候选基因。粗脂肪含量检测出24个显著的SNP位点,其中位于第3染色体的SNP最高解释了 9.44%的表型变异;筛选出涉及到信号转导、铁离子结合、代谢、转运蛋白等57个候选基因。有23个SNP位点与籽粒的赖氨酸含量显著关联,其中位于第7染色体的SNP最高解释了 8.08%的表型变异;通过这些显著的SNP位点共挖掘出参与代谢、生物合成、ATP合成、钾离子转运等68个候选基因。玉米籽粒淀粉定标(最优模型)和完整籽粒蛋白质定标(最优模型)分别检测到7个和3个显著的SNP位点,位于第7染色体的两个SNP分别解释了 7.49%的和7.70%的表型变异;通过生物信息学分析分别发掘出23个和9个候选基因,分别参与脂质代谢、铁离子结合、电子载体活性、单加氧酶活性、营养储库、醇溶蛋白等生理生化代谢过程。
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