利用玉米-大刍草渗入系群体初步解析玉米重要性状遗传基础

来源 :华中农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:maliuzhu
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玉米(Zea mays L.)是在世界范围内广泛种植的一种农作物,培育优良玉米品种对于维护国家粮食安全起着重要作用。目前栽培玉米的种质基础较为狭窄,逐渐成为玉米进一步改良工作的主要障碍,玉米的野生近缘种大刍草中有着许多未被利用的优良性状与优异等位基因,对其进行研究与利用将有助于拓宽玉米种质资源,为现代玉米育种改良提供优异基因资源。本研究使用我国主栽品种郑单958的一个优良亲本Zheng58和两个大刍草自交系TIL11与TIL14杂交、回交及多代自交,构建了两个BC1F6群体。在湖北武汉、山东淄博、海南三亚共三个环境下种植这两个大刍草渗入群体,统计田间性状,并使用3’RNA-seq技术对各个家系进行转录组测序,从而获得了两个群体的表型、基因型和全基因组表达量数据,进而结合eQTL和WGCNA分析挖掘关键候选基因,解析这两个大刍草渗入群体重要农艺性状变异的遗传学基础,鉴定优异等位基因,为玉米野生种质资源利用提供参考,进而为我国现代玉米遗传改良提供优良基因与种质资源。主要研究结果如下:1、对两个大刍草渗入群体的9个重要农艺性状进行了三个环境下的考察,结果表明群体内各个家系间具有广泛的遗传多样性和较大的表型变异,各表型分布情况符合数量性状遗传特征。各个性状的遗传力在0.50-0.83之间,不同性状间存在显著相关性。2、得到了TIL11群体中142个家系和TIL14群体中157个家系的全基因组基因型和表达量数据。基于基因型数据进行连锁图谱构建,TIL11群体得到了含有1859个bin标记,全长1642.82c M的连锁图谱;TIL14群体得到了含有1776个bin标记,全长1459.03c M的连锁图谱,而且构建的连锁图谱与物理图谱间具有良好的共线性。基于图谱对各个性状进行QTL定位,TIL11渗入群体定位到了45个QTL位点,最高可以解析16.66%的表型变异,其中9个位点在多个环境下都可以检测到;TIL14渗入群体定位到了29个QTL位点,最高可以解析18.64%的表型变异,其中5个位点在多个环境下都可以检测到。3、对两个大刍草渗入群体全基因组基因表达数据进行WGCNA分析,TIL11群体中鉴定到4个模块与株高、叶长、雄穗分枝数等性状显著关联,TIL14群体中鉴定到5个模块与表型显著关联。对模块内的基因进行GO富集,发现各个模块分别主要与生物胁迫应答、过氧化酶活性、叶绿素形成、纤维素合成等生物过程和功能相关。4、两个大刍草渗入群体eQTL分析结果表明,TIL11群体中共有3,901个基因的表达受到至少一个eQTL位点调控,其中1,441个基因表达受cis-eQTL调控;TIL14群体中共有15,923个基因受到至少一个eQTL位点调控,其中2,786个基因受cis-eQTL调控。5、整合重要农艺性状QTL定位结果、WGCNA表型显著相关模块信息、以及eQTL调控网络信息,比较分析发现,有7个基因在3种分析结果中都与性状存在关联,其中1个与株高相关,1个与叶长性状相关,1个与叶宽性状相关,4个与雄穗分枝数相关。结合表达谱和基因互作网络数据进一步缩小候选基因范围,鉴定到两个候选基因:Zm00001eb001980与株高性状关联,和Zm00001eb362160显著和叶宽性状关联,为后续的功能验证提供了目标基因。本研究构建了2个大刍草渗入系群体,在3个环境下进行了9个重要农艺性状的考察,同时进行了3’RNA-seq获取了其基因型与表达数据,进而结合遗传学与生物信息学技术手段,定位了74个显著影响重要农艺性状变异的QTL,初步解析了该大刍草渗入群体性状变异的遗传基础;进一步利用WGCNA网络分析与eQTL定位分析,挖掘出7个与株高、叶长、叶宽、及雄穗分枝数高度相关的候选基因。本研究构建的大刍草群体及遗传解析的结果,为玉米的进一步遗传改良提供了优良基因与种质资源,具有重要的理论与应用价值。
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