玉米抗圆斑病QTL分析及候选基因发掘

来源 :延边大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ghostKill1
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除作为粮食作物外,玉米在饲料、工业等方面发挥重要作用。随着感病玉米杂交种的推广和大面积种植,该病在多个地区流行爆发,成为影响玉米生产的病害之一。一般地块发病率为70%,重度地块病株率达100%,甚至颗粒无收。关于玉米圆斑病研究缓慢且有限,因此,明确玉米圆斑病抗性的遗传机制,挖掘玉米圆斑病抗性QTL,为选育优良抗病玉米品种奠定基础。本研究利用高抗圆斑病自交系BSSS53-B和高感圆斑病自交系Mo17-476杂交,配制抗感组合F1,再以Mo17-476为轮回亲本构建的BC3F1和BC4F1两个世代为作图群体,利用双亲间多态性SSR标记,构建连锁标记遗传图谱并结合表型鉴定进行抗圆斑病QTL定位。同时利用F4、F5高世代RIL群体构建抗、感池,经BSA-Seq法进行关联分析,挖掘抗病候选基因。主要研究结果如下:(1)BC3F1和BC4F1群体的遗传连锁图谱总长分别为2108.1 c M和2045.2c M,SSR标记间平均距离分别为11.0 c M和10.5 c M;两群体分别有195、197个标记分布于10条染色体上,不同连锁群上分布着13~38个SSR多态性标记。(2)采用QTL Ici Mapping 4.1对BC3F1、BC4F1群体进行QTL定位,共定位到34个QTL,分别定位在1、2、3、4、5、6、8和10号染色体上。其中LOD值﹥3.0、贡献率﹥7%的QTL共有12个并分布在4、8和10号染色体上,贡献率﹥10%的QTL有7个。两个回交群体QTL共同定位在umc1101F-umc1707F与umc1180F-umc1707F相互重叠的区间、bnlg2190F-umc1084F区间内。(3)利用BSA-seq法构建抗感池进行测序,共得到289.89 Gbp数据量,过滤后获得的有效数据为288.17 Gbp,平均有效率为99.41%,Q30达到90%以上。样品与参考基因组平均比对率为98.52%,平均测序深度为20.92×,基因组1×覆盖度为92.40%。基于SNP-index的关联算法,最终将目标区间定位在1号染色体,区间大小为16.3Mb。(4)结合QTL定位和BSA-Seq结果,共同定位于2号染色体上。QTL结果显示q Zm TOP-3的物理位置位于2号染色体的210 145 608与210 145 454范围区间内,F5群体在BSA-Seq结果中被定位于2号染色体的209 920 001与212 400 000物理区间内。但筛选出的候选基因并未在2号染色体上。(5)通过基因功能注释分析,预测出11个玉米圆斑病抗性候选基因,分别为GRMZM2G068028、GRMZM2G471348、GRMZM2G058872、GRMZM2G308687、GRMZM2G395354、GRMZM2G019799、GRMZM2G141473、GRMZM2G083964、GRMZM2G100776、GRMZM6G748721和GRMZM6G435553。其中GRMZM2G058872和GRMZM2G100776与细胞死亡、防御反应及毒素活性功能有关,初步预测这两个基因与玉米圆斑病抗性具有较大相关性。(6)对候选基因GRMZM2G058872和GRMZM2G100776进行生物信息学分析,GRMZM2G058872_P01含有一个GLTP结构域,可催化糖脂的跨膜转移;GRMZM2G100776_P01含有1个RIP结构域,该结构域具有rRNA N-糖苷酶活性。
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