【摘 要】
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镉（Cd）是第7类生态毒性重金属,易溶水并易被植物吸收,会造成耕地、植物和水体污染。中国有13330公顷农田因受到镉严重污染而不能用于农业生产。培育耐镉品种是镉污染土壤植物修复有效途径。蓖麻（Ricinus communis L.）是一种非食用油料作物,其根系强大、生物量高,对镉有较强的忍耐和富集能力及镉胁迫下的抗氧化能力。蓖麻耐镉的生理机制己有一些报道,但其耐镉的生化机制和遗传基础尚缺乏研究。本
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镉（Cd）是第7类生态毒性重金属,易溶水并易被植物吸收,会造成耕地、植物和水体污染。中国有13330公顷农田因受到镉严重污染而不能用于农业生产。培育耐镉品种是镉污染土壤植物修复有效途径。蓖麻（Ricinus communis L.）是一种非食用油料作物,其根系强大、生物量高,对镉有较强的忍耐和富集能力及镉胁迫下的抗氧化能力。蓖麻耐镉的生理机制己有一些报道,但其耐镉的生化机制和遗传基础尚缺乏研究。本研究在175份蓖麻种质资源耐镉性鉴定基础上,以相对耐镉指数为指标,利用143对SSR分子标记对7个耐镉相关性状进行了全基因组关联分析,旨在鉴定蓖麻耐镉基因位点、发掘有益等位基因和可能的候选基因,并用q RT-PCR对6个候选基因进行了表达量分析,同时分析了极端耐镉材料和极端镉敏感材料间超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽（GSH）及丙二醛（MDA）的表达差异,以期为揭示蓖麻耐镉的生化和遗传机制提供依据。结果如下:1、175份蓖麻种质资源7个耐镉相关性状的相对耐镉指数存在较大的变异,变幅在0.08～0.99之间,其中根干重对镉胁迫较为敏感,茎长耐镉性较高。2、143对SSR引物共扩增出736个等位基因,平均为5.10。平均基因多样性和多态信息含量分别为0.67和0.62。群体结构分析将175份种质分为3组,与系统发育分析结果一致。3、采用混合线性模型的全基因组关联分析法（Genomewide association study,GWAS）检测到27个显著的（-log10P>1.5）耐镉基因位点,每位点解释了耐镉性表型变异的5.63%～20.47%,平均为12.31%。其中有10个位点与茎干重关联,1个与根长关联。有2个位点（分别以RCM223和RCM644标记）均与根鲜重和茎鲜重相关,表明基因的多效性。4、通过有益等位基因的挖掘,发现29份镉耐性种质和181份镉敏感性种质,这可能有助于蓖麻耐镉品种的培育。5、通过基因注释,共得到八个新的候选基因,与其中的六个性状相关联,它们参与应激反应和发育过程。q RT-PCR结果表明,候选基因在极端表型材料之间的表达量存在明显差异。基因PHT2;1在耐隔材料中高度表达,表明其在提高蓖麻耐镉性方面发挥着作用。6、SOD、CAT、GSH和MDA在极端耐镉材料16-024和镉敏感材料S2-4之间存在显著差异,证明耐镉材料具有较强的抗氧化能力。综上所述,镉毒性诱导蓖麻的抗氧化应激反应,增强了蓖麻的耐镉性,缓解了镉对蓖麻的毒性。但蓖麻的耐镉性在不同种质、不同性状或器官间存在广泛差异。本研究所鉴定出的候选基因在不同耐镉性材料间的表达存在遗传特异性。据我们所知,这是首次在镉胁迫下开展蓖麻耐镉基因的关联作图和新基因的鉴定。以上结果有助于研究蓖麻耐镉的生化和遗传机理、为克隆耐镉基因和培育耐镉品种提供参考,也为镉污染环境的植物修复提供依据。
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