论文部分内容阅读
黄曲霉毒素是一种毒性极强的剧毒物质,被世界卫生组织（WHO）划定为Ⅰ类致癌物。据联合国粮农组织统计,全世界每年有25%的粮食作物受到霉菌毒素的污染而不能食用,直接损失可达数千亿美元。玉米是世界第一大粮食作物,是三大谷物中最易感染黄曲霉毒素污染的谷物。因此筛选玉米籽粒黄曲霉菌抗性基因,培育黄曲霉菌抗性玉米新品种是解决玉米黄曲霉菌污染的有效途径,对国民经济和粮食、饲料安全具有重要意义。本文以110份玉米自然群体为材料,通过人工接种方法筛选玉米籽粒黄曲霉菌高抗种质以及全基因组关联分析筛选玉米籽粒黄曲霉菌抗性基因,为玉米籽粒黄曲霉抗性育种提供种质资源,为分子育种选育高抗黄曲霉玉米新品种提供优异基因资源。主要研究结果如下:1.以110份玉米自然群体为材料,田间实验采用两年三环境的随机区组实验设计方案。2014年5月在四川南充,2016年5月在四川雅安,崇州三个环境下种植,经严格人工套袋授粉,分别收获2014年和2016年种子。通过人工接种法对三个环境下收获的种子进行黄曲霉菌抗性鉴定,抗性鉴定过程中利用滤纸法培养接种后的玉米籽粒。表型鉴定共获得12份玉米材料在三个环境下都能表现出对黄曲霉菌的抗性,为下一步玉米籽粒黄曲菌抗性的遗传育种工作奠定种质基础。2.关联分析使用覆盖玉米全基因组的50118个高质量的单核苷酸多态性位点（SNP）标记,在考虑群体结构与亲缘关系的情况下,结合表型鉴定数据,使用关联分析软件TASSEL4.3,选择MLM模型进行全基因组关联分析。共检测到了 43个SNP位点（P<1.99E-05）与黄曲霉菌抗性显著相关。其中在南充环境下共获得24个SNP位点,崇州环境下共获得25个SNP位点,雅安环境下共获得23个SNP位点。南充、崇州环境下获得13个相同的SNP位点,分布在第1,2,3,4,5,7,8,10号染色体上;南充、雅安环境下获得11个相同的SNP位点,分布在第2,4,5,7,8,9,10号染色体上;崇州、雅安环境下获得13个相同的SNP位点,分布在第2,3,4,5,6,7,8,10号染色体上,南充、崇州、雅安三个环境下获得8个相同的SNP位点,分布在第2,4,5,7,8,10号染色体上。3.关联分析结果筛选得到八个SNP标记位点,后续分析得到8个与黄曲霉菌抗性显著相关的候选基因:GRMZM2G140116、GRMZM2G084035、GRMZM2G057000、GRMZM2G700188、GRMZM2G305280、GRMZM2G148783、GRMZM5G880300、GRMZM2G414915。其中,2 号染色体上的S197231098 标记位点位于GRMZM2G140116基因编码区的第二外显子;4号染色体上的S157630797标记位点位于GRMZM2G084035基因编码区的第二外显子;7号染色体上的S108388330标记位点位于GRMZM2G700188基因编码区的第一外显子;7号染色体上的S159727632标记位点位于GRMZM2G100741基因编码区的第二外显子;8号染色体上的S165988462标记位点位于GRMZM2G148783基因编码区的第一外显子;10号染色体上的S136294379标记位点位于GRMZM2G414915基因编码区的第一外显子。对候选基因注释发现,位于2号染色体上的GRMZM2G140116基因编码核糖体蛋白L14;位于4号染色体上的GRMZM2G084035基因编码一个含有F-box和FBD结构域的蛋白;位于5号染色体上的GRMZM2G057000基因编码一个细胞延长因子蛋白和黄素腺嘌呤二核苷酸类的氧化还原酶,而位于10号染色体上的GRMZM2G414915基因与枯草杆菌蛋白酶编码基因同源,关联分析结果显示该基因对玉米黄曲霉菌抗性贡献率最大,且最近报道的枯草杆菌对黄曲霉菌的生长具有抑制作用,因此位于10号染色体上的GRMZM2G414915基因可能在玉米籽粒黄曲霉菌抗性中发挥较大作用。