大麦抽穗控制基因的遗传、分子定位及TILLING技术快速检测EDR1基因突变的研究

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大麦抽穗期是决定其产量和质量的重要农艺特性,其遗传特性受外界环境和内部遗传因素的影响,其中最主要的是受光周期、春化作用和植物基本营养生长阶段(BVP)的调控。为了揭示大麦抽穗期的遗传,发掘其分子标记,本研究以Mona×Turk杂交的F2抽穗期分离群体为材料,利用传统的遗传分析方法对大麦抽穗期遗传控制基因进行了遗传特性分析,应用比较基因组学方法进行了大麦-水稻,大麦-小麦及大麦-二穗短柄草抽穗期控制基因的生物信息学分析,寻找相应的共线性区域,结合测序与SSCP分析发掘新的大麦抽穗期控制基因和分子标记,精细定位大麦1HL染色体的抽穗期调控基因;研究同时利用TILLING技术,通过EMS诱变,创建了大麦品种“西引2号”M2突变群体,进行了 EDR1基因突变快速检测及突变体的筛选研究,获得了以下主要研究结果:1.以早抽穗大麦品种Mona和晚抽穗大麦品种Turk为亲本,建立了大麦抽穗期特性的F2分离群体并进行了F3验证;遗传分析表明,大麦抽穗期特性为一对主效基因BVP控制的核遗传。2.利用大麦BVP基因区域Bin14所有已注释的序列信息与种属相近的水稻和二穗短柄草进行特定区段基因组比对的生物信息学分析方法,进行了大麦BVP基因与水稻和短柄草基因组共线性的生物信息学分析。结果表明,大麦1HL染色体bin14与水稻5号染色体和二穗短柄草2号染色体呈共线性。通过BLASTN 比对,发现水稻第5号染色体从Os05g50980至Os05g51754基因区共443kb的共线性区域;二穗短柄草2号染色体从Bradi2g14190至Bradi2g14450有216kb共线性区域。在这一共线性区域,得到25个大麦EST标记。3.以双亲和F2代部分植株为试材,筛选获得14个在亲本Mona和Turk中表现出多态性的标记。分别是SSR标记:WMC1E8,GBM1434,BMAG 579,GMS149(表现为显性标记),C1-CA608558;EST-SSR 标记:GBM1461,SCSSR2748,SCSSR 4163 标记;RFLP 标记:ABG373;SSCP 标记:H1-AK250075,H4-AK252360,M9-Mot1;In/Del标记:F1-Ftsh4,W2-WG241。其中 H1-AK250075,H4-AK252360,M9-Mot1,F1-Ftsh4,C1-CA608558,W2-WG241是新合成的标记,其它为数据库中现有标记。4.利用筛选获得的14个连锁标记对F2群体中563个单株进行分子标记连锁分析,将大麦BVP基因定位在大麦染色体1HL末端,位于标记AK252360-H1与标记CA608558-C1之间,CA608558-C1与目标基因距离0.5 cM,AK252360-H1与目标基因距离为0.2 cM。5.大麦及近缘物种BVP图谱比较分析表明:BVP基因在大麦属、小麦属、二穗短柄草属、山羊草属、小麦属均保守存在;大麦与近缘物种Mot1蛋白序列同源性分析表明:大麦和小麦显示了 96%的氨基酸同源性,与水稻的同源性为84%,与短柄草同源性为 89%。6.用0.3%EMS诱变处理,创建了栽培大麦品种“西引2号”的TILLING群体,表型分析及分子检测表明,该群体有17.35%的表型变异,突变频率为每661kb一个点突变。7.用优化的CEL Ⅰ酶切体系对构建的大麦2012株M2变异群体进行了EDR1基因突变体筛选,获得了EDR1基因的3个突变体,其中一个发生在外显子区域,导致了氨基酸Pro到Ser的转换。
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