玉米种子对轮枝镰孢菌抗性的遗传研究

来源 :河南农业大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:ZHUTINGFNEG12
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玉米(Zea may L.)是主要的粮食作物、饲料作物和重要的工业原料,在国家粮食安全中发挥重要作用。玉米的一生经历各种生物和非生物胁迫,严重影响着玉米的产量和品质。轮枝镰孢菌(Fusarium verticillioides)是可以通过种子对玉米进行系统性侵染的真菌,其在玉米籽粒上产生的真菌毒素严重地影响了人和动物的健康。选育和推广抗病品种是防治该病基本有效的手段,而对其抗性遗传规律的研究决定了选育抗病品种的成效。因此,利用连锁分析与全基因组关联分析(GWAS)进行研究,可以深入认识玉米种子对轮枝镰孢菌的抗性,为进一步抗性机理的研究以及功能基因的挖掘奠定基础。研究利用来源丰富的217个玉米自交系组建的关联分析群体和优良自交系BT-1与N6衍生的重组自交系RIL群体(F10)为材料,在建立抗性鉴定体系的基础上,进行基因型检测和多环境表型观察,筛选出一批有潜在利用价值的抗源,鉴定、验证了与抗性相关的显著位点,并对对应的候选基因进行了初步的表达分析和结构分析。其主要研究结果如下:1)建立了玉米种子对轮枝镰孢菌抗性的鉴定体系。其中,最佳接菌浓度为1×105,鉴定时间在第7d,并建立了抗性鉴定的8级标准。利用鉴定体系进行抗性鉴定,从219份优良玉米自交系筛选出11份高抗材料、40份抗病材料和91份中抗材料;2)3个环境进行了RIL群体的抗性鉴定,利用完备区间作图法共检测到8个QTL,单个QTL解释表型变异率的范围在4.79-12.06%,其中5个对应已报道的玉米穗粒腐病抗性QTL位点,3个QTL是玉米种子对轮枝镰孢菌抗性所特有的;3)2个环境下对217份玉米自交系组成的关联群体进行鉴定,结合224,152个SNP标记进行关联分析,共发现57个SNP标记与玉米种子对轮枝镰孢菌抗性相关;4)通过对GWAS和连锁分析共同鉴定的3个位点chr.1S6433914、chr.3S187896997和chr.5S56372680)在RIL群体中进行基因分型,这3个位点对表型影响较其他关联位点更明显。3个位点不同的抗感组合抗性强弱为:[+/+/+]>[+/-/+]>[+/+/-]>[-/+/+]>[-/-/+]>[+/-/-]>[-/+/-]>[-/-/-]。结果还表明chr.1S6433914和chr.5S56372680能够单独的影响抗性;chr.3S187896997和chr.1S6433914对应的基因可能在同一个基因网络且chr.3S187896997处于下游。包含chr.1S6433914位点的近等基因系(NIL)材料较轮回亲本显著的影响抗性;5)与抗性显著相关的57个SNP位点对应了43个候选基因,这些基因的功能被划分为抗病相关、胁迫响应相关、调控过程、水解酶相关和未知功能等;荧光定量PCR结果表明GWAS和连锁分析共同检测的3个位点的候选基因对F.verticillioides的侵染都有响应。通过对连锁分析亲本(BT-1和N6)进行重测序获得了3个候选基因在两个亲本中的序列。结构分析显示chr.1S6433914和chr.5S56372680的候选基因编码的氨基酸在亲本中有差异,chr.3S187896997的候选基因编码的氨基酸在亲本间无差异。候选基因功能的初步分析为深入研究抗性的机制和抗病育种工作奠定了基础。
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