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甘蓝型油菜镉富集相关基因的初步定位

甘蓝型油菜镉富集相关基因的初步定位

作者：刘佳佳江西农业大学

学位级别：硕士

随着人类社会工业化和城镇化的发展,重金属污染持续增加,我国镉污染土壤的面积已达2000万公顷。镉污染对农作物生长和粮食安全造成重大影响。油菜作为土壤镉污染修复的潜在物种曾被多次报道,并且油菜具有生物量大、易于收割、气候适应... 详细信息

随着人类社会工业化和城镇化的发展,重金属污染持续增加,我国镉污染土壤的面积已达2000万公顷。镉污染对农作物生长和粮食安全造成重大影响。油菜作为土壤镉污染修复的潜在物种曾被多次报道,并且油菜具有生物量大、易于收割、气候适应性强、污染区种植出的菜籽压榨的油可以用于发电厂或做生物柴油而避免浪费等优点。因而,油菜对镉污染土壤的修复是一条高效、经济、对环境友好的重金属污染修复的途径,具有广阔的发展前景。研究甘蓝型油菜镉富集基因对加快镉富集品种的选育,从分子层面解释油菜富集重金属Cd的机制都有重要意义,也为油菜修复Cd污染土壤提供理论依据。本研究亲本材料来自前期在142份遗传背景丰富的油菜品种或品系(常规油菜)中筛选出的镉富集亲本P(18M08485)和低吸收亲本P(浙油28-2)。两亲本杂交获得F,F自交获得F群体,利用bsa-seq对F群体进行QTL定位,同时利用RNA-seq对两个亲本进行转录组分析,筛选镉富集相关基因。研究结果如下:(1)通过苗期表型数据的统计和成熟期地上部和地下部进行镉含量测定,发现在镉富集亲本P中地上部的镉含量高于地下部镉含量,转移系数为153.75%,而镉低吸收亲本P的地上部镉含量小于地下部镉含量,转移系数为48.72%。无论是地上部还是地下部镉含量的分布都大致呈正态分布,且地上部镉含量与地下部镉含量呈正相关,相关性系数为0.523。(2)通过bsa-seq在5条染色体上获得了9个候选区间,在候选区间内开发了44组KASP引物,用地上部镉含量和地下部镉含量作为表型指标定位到了3个QTL:分别是以地上部镉含量为指标的QTL位点FJ-DS-C3,LOD值为4.6897,贡献率为28.41%;以地下部镉含量为指标的QTL位点FJ-DX-C3和FJ-DX-A9,LOD值分别为21.4115和3.9489,贡献率分别为45.94%和9.17%。(3)通过对bsa-seq所得候选区间内的基因进行GO富集分析,筛选与镉富集相关的基因61个,其中有20个基因位于染色体C3上,5个基因位于染色体A9上,7个基因位于染色体C2上,23个基因位于染色体C5上,11个基因位于染色体C8上,这些基因被富集在GO:0046873:金属离子跨膜转运体活性、GO:0030001:金属离子运输、GO:0042546:细胞壁生物合成和GO:0042743:过氧化氢代谢过程等12个GO单元,涉及细胞壁沉积,重金属转移和抗氧化防御机制等植物重金属解毒的关键机制。(4)利用RNA-seq共检测到上调基因5427个,下调基因4908个,对差异基因进行了GO富集和KEGG富集分析。上调的基因主要富集在金属转运蛋白,细胞壁生物合成,免疫应答和硫代谢等生理生化途径中,下调基因主要被富集在光反应,光和作用和叶绿体功能中。离子结合和细胞氧化还原平衡等生理过程与植物抵抗外界重金属胁迫密切相关,其相关基因的表达上调有利于植物的正常生长,证明镉富集亲本P外界镉胁迫做出了积极的响应,而在光反应和过氧化氢的代谢过程中,参与这些过程的基因在细胞正常的生长代谢过程中起着重要作用,其表达下调表明镉处理对镉低吸收亲本P的正常代谢有较显著的抑制作用。(5)利用bsa-seq和两个亲本镉胁迫处理后的RNA-seq数据共同分析验证,在QTL位点FJ-DS(X)-C3中发现了19个差异表达基因,其中上调基因有7个,下调基因12个;在QTL位点FJ-DX-A9中发现了17个差异表达基因,其中上调基因有3个,下调基因有14个,本研究进一步使用qRT-PCR检测,结果也验证了RNA-seq分析结果的可靠性,这36个基因在后面的试验中需要多加关注。

关键词：甘蓝型油菜镉富集基因定位 bsa-seq RNA-seq

大麦温敏型白化突变体btal的基因定位与转录组分析

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大麦温敏型白化突变体btal的基因定位与转录组分析

作者：牛春玉杭州师范大学

学位级别：硕士

叶片是植物的六大器官之一,维持其叶色正常对植物光合作用至关重要。叶绿体含有多种叶绿素,能够影响叶片颜色,是植物必不可少的半自主性细胞器。叶绿体能够进行光合作用,并将光能转化为化学能,为自身生长提供能量。而叶绿体发育异常将... 详细信息

叶片是植物的六大器官之一,维持其叶色正常对植物光合作用至关重要。叶绿体含有多种叶绿素,能够影响叶片颜色,是植物必不可少的半自主性细胞器。叶绿体能够进行光合作用,并将光能转化为化学能,为自身生长提供能量。而叶绿体发育异常将导致叶色变化,光合能力降低,并进一步影响植物的正常生长。多数大麦叶绿体突变导致叶片失绿,光捕获能力降低,光合作用减弱,进而抑制大麦生长,使其产量降低。因此,研究大麦叶色变化的分子机制,对培育高产大麦新品种,增加大麦产量具有重要意义。本研究以大麦温敏型白化突变体btal(Barley temperature-sensitive albino leaf)为研究对象,利用生理生化分析、图位克隆及转录组分析对其进行表型鉴定和候选基因筛选,主要的研究结果如下:1.大田种植条件下,突变体btal在苗期、分蘖期和灌浆期均表现出不同程度的白化表型。苗期为白条纹叶,分蘖期叶片白化更显著,灌浆期白化叶表型减弱并逐渐返绿。光合色素含量测定显示,突变体btal在苗期和分蘖期的光合色素含量均极显著低于野生型,而在灌浆期,除类胡萝卜素含量外,其他光合色素含量均显著低于野生型。2.大田种植条件下,对苗期、分蘖期和灌浆期叶片的POD活性、SOD活性、和MDA含量分析显示,与野生型相比,突变体btal积累更多的ROS;且生长前期叶片内ROS的过量积累,导致膜系统受到严重氧化损伤,但该损伤未能随着温度的升高而完全恢复正常。3.穗发育表型演变表明,与野生型相比,突变体btal穗的白化表型明显;穗部POD活性、SOD活性和MDA含量测定表明突变体btal穗中的ROS积累较多,导致穗的抗氧化系统受损,进一步导致细胞膜脂质氧化受损。因此突变对穗的表型变化有一定的影响。大田条件下的农艺性状分析表明,与野生型相比,突变体btal表现为植株矮小、芒长和穗长变短、单穗籽粒数变少、百粒重变轻、粒长变短和粒宽变窄。4.温度转换实验表明,二叶期突变体btal在常温(22℃)条件下,其叶片表型与野生型相似,表现为正常绿色;而在低温(6℃)条件下,其叶片表型为白化。对温度转换下的叶片光合色素含量及透射电镜观察分析,发现低温下二叶期突变体btal的光合色素含量极显著低于野生型,且与野生型相比,其叶绿体发育不完全;常温下突变体btal的光合色素含量极显著低于野生型,但叶绿体发育完整,有堆叠紧密的基粒和基质片层。低温下突变体btal的光合色素含量低于常温,表明低温影响了叶绿体的发育。对POD和SOD活性、HO和MDA含量进行测定,两种温度下突变体btal的POD、SOD、HO均极显著高于野生型,在低温下更明显,表明低温下二叶期突变体btal的叶片比常温积累更多的ROS。低温和常温下突变体btal的MDA含量也显著高于野生型,但低温下突变体btal的MDA含量更高,表明低温导致突变体btal叶片的膜系统受到严重损伤。5.遗传分析表明,突变体btal的白化表型受单隐性核基因控制。利用bsa-seq技术及图位克隆方法,将突变体btal的目的基因定位在大麦5H长臂上的2.24Mb区间内,并筛选到117个大麦候选基因,为下一步基因克隆奠定了基础。6.转录组分析表明,低温(6℃)下btal与ZJU3比对组内共得到6280个差异表达基因,其中上调3354个,下调2926个;常温下(22℃)btal与ZJU3比对组内共得到2118个差异表达基因,上调和下调的差异表达基因数均为1059个。GO富集和KEGG Pathway富集分析表明,低温下,绝大多数差异表达基因均与叶绿体发育相关。进一步在显著差异表达基因中筛选与叶绿体发育和光合作用相关的基因,低温下筛选到440个显著差异表达基因,其中上调180个,下调260个;而常温下仅筛选到8个显著上调基因。结果表明低温诱导叶绿体及光合作用相关基因的表达。另外还筛选了与突变体btal定位区间相关的显著差异表达基因,低温下筛选到8个,其中上调5个,下调3个;常温下筛选到4个,其中上调3个,下调1个。***.r3.5HG0520950的表达量在低温下调,常温上调,受温度的影响较大,推测该基因为突变体btal目的基因的可能性较大。

关键词：大麦温敏白化突变体 bsa-seq 图位克隆转录组分析

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甜瓜圆叶基因Cmrl的精细定位

甜瓜圆叶基因Cmrl的精细定位

作者：李俊燕东北农业大学

学位级别：硕士

甜瓜(Cucumis melo L.)是重要的葫芦科经济作物,在中国及世界各地广泛栽培,含有丰富的矿物质和维生素等营养物质。叶片是植物进行光合作用的主要器官,叶绿体吸收光能,通过光合作用制造有机物供给自身能量;同时,也是蒸腾作用的源器官,通... 详细信息

甜瓜(Cucumis melo L.)是重要的葫芦科经济作物,在中国及世界各地广泛栽培,含有丰富的矿物质和维生素等营养物质。叶片是植物进行光合作用的主要器官,叶绿体吸收光能,通过光合作用制造有机物供给自身能量;同时,也是蒸腾作用的源器官,通过蒸腾作用为植物吸收水分和矿质营养提供动力。叶型是植株形态建成重要组成部分,主要包括形状和大小,直接影响植物生长。叶片形态会影响植株的生长状态以及光能利用效率,从而影响产量和品质,圆叶片对果实含糖量和产量有积极影响,发掘甜瓜圆叶基因,可以为甜瓜圆叶性状标记辅助选择育种和叶片形态建成分子机制研究提供理论依据。本试验以圆叶甜瓜MR-1为母本,裂叶甜瓜PI 614174为父本,两亲本杂交产生F代,F代自交获得F代作图群体。根据叶型表型数据分析甜瓜圆叶性状遗传规律,利用群体分离分析法(Bulked Segregant Analysis,bsa-seq)筛选获得甜瓜圆叶基因所在的染色体区域,在该区域开发分子标记对F代群体进行基因分型,完成甜瓜圆叶基因的初步定位。扩大F代群体,利用初步定位两侧的标记筛选重组单株,自交得到F家系,在初步定位的基础上继续开发分子标记,对重组单株进行基因分型,种植F家系,根据各家系的叶型分离比例,精细定位甜瓜圆叶基因,通过序列比对、q RT-PCR分析及基因克隆对精细定位区间内的候选基因进行筛选,选择实验室已有的圆叶和裂叶甜瓜种质资源对候选基因编码区进行克隆,分析候选基因在自然群体中的序列变异情况,建立甜瓜圆叶性状分子标记辅助选择技术体系,主要研究结果如下:(1)F代均表现为裂叶,2021年9月种植的甜瓜群体中,大群体共1155株,裂叶与圆叶的比值为853:302,小群体共245株,裂叶与圆叶的比值为169:51,经卡方检验,均符合3:1,说明甜瓜圆叶性状由单隐性基因控制,将该基因命名为Cmrl(round leaf)。(2)挑选圆叶和裂叶极端性状的单株,构建基因池进行bsa-seq测序分析,将控制甜瓜圆叶基因Cmrl定位在8号染色体约7.69 Mb的区间范围内。在区间内开发了17对具有多态性的分子标记,利用隐性单株的重组事件,将Cmrl区间缩短至Chr08＿14,127,876和Chr08＿14,674,941两个标记之间,物理距离约为537 kb。(3)在初定位区间内继续设计引物,扩大F代群体,进行重组单株的筛选,最终甜瓜圆叶基因精细定位在标记Chr08＿14578629和Chr08＿14654609之间,物理距离为80.269 kb,区间内包含5个候选基因。(4)利用q RT-PCR技术分析候选基因的表达模式,结果表明MELO3C019152.2.1(Pentatricopeptide repeat-containing family protein)在裂叶材料中的表达量均高于圆叶材料,且在生长点高表达。在12份甜瓜材料中克隆该基因,发现其编码区存在一处非同义SNP突变,且该突变与甜瓜叶型性状共分离。确定其为Cmrl的关键候选基因。(5)利用定位区间内的CAPS标记Chr08＿12708667对26份甜瓜不同叶型材料进行基因分型,此标记能对圆叶和裂叶甜瓜进行分子标记辅助选择。

关键词：甜瓜叶型精细定位 bsa-seq 基因克隆

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亚洲棉花色基因的精细定位

亚洲棉花色基因的精细定位

作者：王宋鑫华中农业大学

学位级别：硕士

自然界中花的颜色种类丰富,是吸引传粉者和保护花器官的重要性状。在棉花中花色一般分为花冠和花心的颜色,花冠颜色主要有黄色、白色和浅红色,少数品种带有红色花心。植物花冠和花心颜色在园艺观赏植物中研究较多,在棉花中报道较少。随... 详细信息

自然界中花的颜色种类丰富,是吸引传粉者和保护花器官的重要性状。在棉花中花色一般分为花冠和花心的颜色,花冠颜色主要有黄色、白色和浅红色,少数品种带有红色花心。植物花冠和花心颜色在园艺观赏植物中研究较多,在棉花中报道较少。随着现代测序技术的不断进步,将混池分离分析法(Bulked segregant analysis,bsa)与下一代测序技术(Next Generation sequencing,NGS)相结合,可以快速定位作物的质量性状基因。本课题利用两个花冠与花心颜色不同的亚洲棉(Gossypium arboreum)品种构建F群体,对亚洲棉花色性状进行遗传分析;通过bsa-seq与分子标记技术结合进行相关基因的精细定位,并对候选基因及表达模式进行分析。研究主要结果如下:(1)亚洲棉母本赵县大青秸具有白色花冠和白色花心,父本南陵小籽棉具有黄色花冠和红色花心;杂种F代全部表现为黄色花冠和红色花心;在1417株F群体中,黄花红心:黄花白心:白花红心:白花白心=760:266:288:103,符合孟德尔遗传9:3:3:1的分离比,黄花和花冠红心分别受一对基因控制,黄花和花冠红心是显性性状,白花与花冠白心是隐性性状,控制花冠与花心颜色的基因是相互独立的两个基因。(2)通过bsa-seq技术将花色相关基因的区间定位于Chr07的18.86 Mb和Chr11的21.62 Mb和54.22 Mb区间内。在此区间内开发具有多态性的InDel标记38对,将花心颜色基因定位于Chr07的591 kb区间,花冠颜色基因定位于Chr11的155kb区间,分别包含17个和9个基因。(3)通过基因表达模式的分析,将花冠颜色基因预测为Ga11G1228(MYB113),两个亲本中Ga11G1228有两种不同长度的转录本,在白色花冠中由于缺失一段外显子使翻译提前终止,导致有色花冠变成白色花冠。将花心颜色基因预测为Ga07G0869(GSTF12)和Ga07G0903(MYB113);通过比对两个亲本的Ga07G0869、Ga07G0903序列,发现Ga07G0903的DNA序列在两个亲本之间没有差异,Ga07G0869在白色花心亲本中发生了19 bp的缺失,使得翻译过程中发生了移码突变。(4)对不同花色材料进行了花青素合成通路关键基因的表达量检测,查尔酮合成酶(GaCHS)和花青素还原酶(GaANR)差异最为显著,在两种亲本中的表达差异都达到了极显著水平以上。

关键词：亚洲棉花色 bsa-seq 精细定位 InDel标记

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甜瓜扁圆形果实主效QTL分析

甜瓜扁圆形果实主效QTL分析

作者：边远东北农业大学

学位级别：硕士

甜瓜(Cucumis melo L.)作为重要的葫芦科经济作物,在世界范围内广泛栽培。因其香气独特、鲜嫩多汁、营养丰富而受到广大消费者的喜爱,甜瓜果实形状是影响消费者选择的重要因素,也是影响果实品质的重要性状。甜瓜果实形状多样,有蛇形、... 详细信息

甜瓜(Cucumis melo L.)作为重要的葫芦科经济作物,在世界范围内广泛栽培。因其香气独特、鲜嫩多汁、营养丰富而受到广大消费者的喜爱,甜瓜果实形状是影响消费者选择的重要因素,也是影响果实品质的重要性状。甜瓜果实形状多样,有蛇形、卵圆形、扁圆形等,其中扁圆形甜瓜果实横径大于果实纵径,性状较为独特,有一定的市场占有率。明确甜瓜扁圆形果实遗传规律,发掘与之相关的基因,可以为今后甜瓜扁圆形果实关键基因的精细定位、分子机制研究及果型多样性育种提供重要的数据支撑。本研究以扁圆形甜瓜材料M4-16为母本(P),长果形甜瓜材料M4-101为父本(P),配制F代,F代自交获得F代分离群体,播种两亲本、F及F代群体,待果实成熟后,调查成熟果实的长度、宽度并计算果形指数,明确甜瓜长果形和扁圆形性状的显隐性关系以及果形指数在F代群体的分离情况。在F代分离群体中挑选长果形和扁圆形单株各20株,构建长果形果和扁圆形果两个极端混池,对双亲及极端池进行bsa-seq测序分析。获得控制甜瓜扁圆形果实性状基因所在的染色体区段,在目标区段内开发In Del标记,利用筛选出的多态性引物对F代分离群体进行基因分型,利用Rqtl(Version 4.2.2)进行QTL分析,获得调控甜瓜扁圆形果实基因的主效QTL,主要研究内容和结果如下:(1)父本M4-101果形指数为1.84±0.11,母本M4-16果形指数为0.94±0.03,F代果形指数在1.29±0.09这一范围内,偏向于父本为长果形甜瓜,初步判定长形甜瓜对扁圆形甜瓜为显性性状。对F代果形指数、果实长度、果实宽度田间统计数据进行分析,各性状在分离群体中均呈现正态分布,表现为数量性状遗传特征。(2)F代群体中,甜瓜果实长度与甜瓜果实宽度,果形指数呈显著正相关,相关系数分别是0.435**和0.770**。果实宽度与果形指数呈显著负相关相关系数为-0.231**。(3)在172株F代群体中挑选出扁圆形果实20株,长果形果实20株,构建长果形-扁圆形极端混池。bsa-seq分析结果显示在甜瓜基因组的3号(22,836,883-25,573,518 bp区间,约3.0 Mb)、6号(8,123,728-28,480,009 bp区间,约20.0 Mb)和9号(19,022,366-21,289,897bp,约为3.0 Mb)染色体上均检测到了可能与扁圆形果实连锁的染色体区段。根据两亲本重测序数据,分别在上述区间内共开发32个多态性In Del分子标记,对F代群体进行基因分型,并结合表型数据开展遗传连锁分析。利用QTL Ici Mapping V3.3软件绘制甜瓜遗传连锁图谱。该图谱包含3个连锁群,各自对应甜瓜3、6、9号染色体,该图谱包括32个标记,覆盖72.72 c M遗传距离,标记间平均距离为2.27 c M。在6号染色体18.215,807-21,080,671 bp区间内检测到了一个主效QTL位点,LOD值为7.37,贡献率为17.9%。结合已经发表的甜瓜果实形状整合图谱,将该位点命名为Cm FS6.3,3号和9号染色体均未检测到果实形状相关QTL位点。

关键词：甜瓜果实形状 bsa-seq InDel标记基因定位

半栽培西双版纳黄瓜的冷敏性和耐热性的QTL定位

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半栽培西双版纳黄瓜的冷敏性和耐热性的QTL定位

作者： Radwa Salah Ezaat Badawy 四川农业大学

学位级别：硕士

黄瓜起源于喜马拉雅山脉南麓,普遍不耐低温,喜温但不耐热。黄瓜生长的最适温度为25℃-32℃。黄瓜对低温敏感,在16℃以下停止生长,抵抗力严重下降,在6℃以下因冷害而死亡。同时,黄瓜不耐高温,在生产上越夏困难,通常在40℃以上出现高温胁... 详细信息

黄瓜起源于喜马拉雅山脉南麓,普遍不耐低温,喜温但不耐热。黄瓜生长的最适温度为25℃-32℃。黄瓜对低温敏感,在16℃以下停止生长,抵抗力严重下降,在6℃以下因冷害而死亡。同时,黄瓜不耐高温,在生产上越夏困难,通常在40℃以上出现高温胁迫症状。西双版纳黄瓜(以下简称XIS黄瓜)仅分布在中国云南省西双版纳州一带。这是一个典型的低纬度热带地区,纬度低至N21°。XIS黄瓜具有对冷害极敏感,但是极端耐热的特点。本研究比较了XIS黄瓜与92份黄瓜种质资源的低温耐受性。用XIS黄瓜与测序材料“9930”构建了F2人工分离群体,并通过bsa-DNA混池测序对黄瓜的苗期高温耐受性、苗期低温耐受性、低温发芽三个性状进行了初步定位。这项研究对XIS黄瓜种质资源的挖掘和利用具有重要意义。本研究的要点如下:1.比较了XIS黄瓜和92份黄瓜种质资源的苗期耐寒性。在6℃下,对四叶一心的黄瓜幼苗进行短暂的低温处理。结果,共筛选到25份高耐寒资源,其中5份种质资源(51,201,202,416和419)在低温处理5d后无明显冷害症状(冷害指数1.2-2)。值得注意的是,原产于热带地区的印度野生黄瓜和XIS黄瓜截然不同。印度野黄瓜最耐冷,XIS黄瓜最耐热。2.通过bsa-DNA混池测序,在10℃下对黄瓜低温发芽性状(LTG)进行QTL定位。利用高LTG的9930(父本)和低LTG的XIS黄瓜(母本)杂交构建F2群体。在冷处理开始后第2、4、6、8、10天调查发芽率。在第10天,9930的LTG值为66.4%,而版纳黄瓜的LTG值仍然为0%。然而,在恢复到常温25℃时,大部分种子仍然可以发芽。F1群体的平均LTG值为9.2%,表现与XIS黄瓜相似,表明LTG是隐性性状。F2的平均LTG值为bsa-DNA混池测序。结果并未检测到任何QTL信号。这意味着XIS黄瓜的LTG性状可能是母性遗传或表观遗传。3.通过bsa-DNA混池测序,在6℃下对黄瓜苗期低温耐受性(LTT)进行QTL定位。定位群体与LTG相同,仍然为9930(父本)和XIS黄瓜(母本)的F2。对350个F2群体单株进行低温处理,选择30株最耐冷和30株最不耐冷的单株构建极端性状的混池,并进行混池测序。在父本、母本、以及两个分析池(cold-R池与cold-S池)之间一共检测到751851个SNP,其中472138个SNP为高质量SNP用于关联分析。进行欧式距离(Euclidean Distance,ED)关联分析法和SNP-index两种分析方法,取二者关联区域的交集,在chr6检测到两个QTL信号,二者位置相邻,区间总长度为9.4Mb,有1426个注释基因。进一步通过In Del标记进行验证,得到相似的关联区域。最终得到两个长度分别为4.05Mb和4.69Mb的关联区域,涉及1340个基因。其中非同义突变基因429个,移码突变基因22个。GO富集分析发现,上述基因主要涉及integral component of membrane(GO:0016021),anchored component of plasma membrane(GO:0046658),plasma membrane part(GO:0044459),mitochondrial outer membrane(GO:0005741)。基于基因功能注释,筛选了5个LTT的候选基因,它们是(Csa V3＿6G047000、Csa V3＿6G037650、Csa V3＿6G046610、Csa V3＿6G036700、Csa V3＿6G031790)。4.通过bsa-DNA混池测序,在42℃下对黄瓜苗期高温耐受性(HTT)进行QTL定位。定位群体与LTG相同,仍然为9930(父本)和XIS黄瓜(母本)的F2,群体大小为350株。在父本、母本、以及两个分析池(cold-R池与cold-S池)之间一共检测到774096个SNP,其中548158个SNP为高质量SNP用于关联分析。进行ED关联分析法和SNP-index两种分析方法,取二者关联区域的交集,分别在chr1短臂端和chr3中部检测到两个大的QTL区间。进一步通过In Del标记进行验证,得到相似的关联区域。最终在chr1检测到相邻的两个QTL,HTT1.1(1.73Mb)和HTT1.2(2.49Mb),在chr3检测到1个QTL即HTT3.1(3.66Mb)。区域内共分布952个基因。其中367个基因存在非同义突变,35个基因存在移码突变。GO富集分析发现,上述基因仍然主要与膜结构有关,包括integral compon

关键词：黄瓜低温耐受性高温耐受性低温发芽率 bsa-seq QTL定位

高粱籽粒种果皮厚度相关性状的QTL定位及分子标记的开发

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高粱籽粒种果皮厚度相关性状的QTL定位及分子标记的开发

作者：冯周贵州大学

学位级别：硕士

高粱籽粒种果皮厚度是影响酱香型白酒酿造工艺和酿造品质的重要因素,它不仅决定酒用高粱耐蒸煮特性,而且还影响白酒出酒率。但是相关分子遗传学研究的缺乏,限制了酱香型白酒原料种质资源的创新利用。本研究利用种果皮相关性状差异较大... 详细信息

高粱籽粒种果皮厚度是影响酱香型白酒酿造工艺和酿造品质的重要因素,它不仅决定酒用高粱耐蒸煮特性,而且还影响白酒出酒率。但是相关分子遗传学研究的缺乏,限制了酱香型白酒原料种质资源的创新利用。本研究利用种果皮相关性状差异较大的高粱品种654与LTR108杂交,构建了包含244个家系重组自交系(Recombination inbred line,RIL)群体,利用bsa-seq和传统QTL遗传定位技术,开展了种果皮厚度相关性状的QTL/基因定位,初步确定了控制中果皮厚度和种皮光泽遗传位点Z的候选基因。主要的研究结果如下:1.对244个RIL群体连续两年开展了7个种果皮相关性状的调查,结果显示,外果皮厚度、中果皮厚度、种皮厚度以及子实皮厚度的偏度和峰度绝对值均小于1,呈现出连续的正态分布,属于典型的数量性状。2.不同性状间的相关性分析显示,外果皮颜色与中果皮厚度、果皮厚度以及子实皮厚度呈极显著负相关。中果皮厚度与果皮厚度以及子实皮厚度呈极显著正相关,说明中果皮厚度是影响籽粒外皮厚度的主要因素。3.利用bsa-seq分析,在2个亲本和混池间,共检测到2.57M SNP和0.57M Indel,并将影响中果皮厚度的重要QTL位点定位到57.20～58.11 Mb,与已报道控制中果皮厚度和外皮光泽的Z基因位置一致。4.利用QTL作图,一共确定了25个QTL与7个种果皮性状相关,其中,外果皮厚度4个、中果皮厚度4个、果皮厚度3个、种皮厚度3个、子实皮厚度4个、外果皮颜色2个和种皮颜色2个。总共涉及7条染色体的15个遗传位点,其中,位于2号染色体的一个重要位点(57.83～57.96 Mb)包含7个QTL,与bsa-seq定位结果重叠。5.结合bsa-seq分析和QTL定位结果,将影响中果皮厚度的Z基因定位于57.20～57.96Mb的遗传区段内。通过基因同源蛋白分析,在该区域内及附近搜寻到4个基因与控制水稻种子发育的基因同源。通过基因序列分析,发现这3个基因在外显子上存在不同数量的SNP和Indel,引起氨基酸序的改变。转录组分析发现其中2个基因(Sobic.002G186800和Sobic.002G192600)在种子发育的不同时期表达量差异显著,初步确定为Z位点的候选基因。6.通过对测序数据分析,在57.20～58.11Mb区段内共设计了187对Indel引物,其中31对能在双亲间扩增出多态性片段。进一步在RIL的极端材料进行验证,最终获得4对Indel引物与中果皮厚度紧密连锁,可用于酱香型酒用高粱的分子育种。

关键词：高粱中果皮厚度 QTL定位 bsa-seq 分子标记

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棉花簇生突变体的遗传分析与候选基因挖掘

棉花簇生突变体的遗传分析与候选基因挖掘

作者：王兴南京农业大学

学位级别：硕士

棉花(Gossypium spp.)是世界上重要的经济作物,我国是棉花生产、消费和纺织大国。突变体是进行基因克隆及功能研究的优异种质资源。我们在转基因后代中发现了一个稳定遗传的矮杆簇生突变体(Cluster mutant:cl)材料,与转基因受体材料相比... 详细信息

棉花(Gossypium spp.)是世界上重要的经济作物,我国是棉花生产、消费和纺织大国。突变体是进行基因克隆及功能研究的优异种质资源。我们在转基因后代中发现了一个稳定遗传的矮杆簇生突变体(Cluster mutant:cl)材料,与转基因受体材料相比,其表型为株型紧凑,株高降低,各组织器官均缩小,植株叶片呈黄绿色,侧枝紧靠主茎生长,第一果枝高度降低,种子成苗率低。本研究利用新发现的矮杆簇生突变体开展遗传分析与候选基因的精细定位及克隆研究,研究结果对棉花矮化簇生分子机理、矮化育种、理想株型育种等具有重要的理论及实践指导意义。1.簇生突变体的遗传分析前期实验室在陆地棉转基因后代中发现了一个矮杆簇生突变体材料,该突变体性状能够稳定遗传。利用陆地棉转基因受体材料W0和簇生突变体构建分离群体进行遗传分析。F植株表现为野生型,表明该簇生性状受隐性基因控制。F个体严格自交分别在2017和2018年获得两套F群体,并结合F群体进行验证。结果表明,第一套(W0×簇生突变体)F群体共154株,正常株型和簇生株型分别126株和28株,结合F株行调查,正常株型中42株不分离,84株出现正常和簇生表型分离,表现为纯合和杂合基因型1:2的分离比例。第二套(W0×簇生突变体)F群体共817株,其中具有类似于W0的正常株型的单株有636株,具有类似于矮杆簇生突变体的紧凑株型的单株有181株。进一步将F群体中的簇生突变体表型单株自交收种,种成F株行,均表现为簇生突变体,没有分离。结合χ检测分析,结果表明陆地棉簇生突变体是受单基因控制的隐性质量性状。2.基于bsa-seq技术的陆地棉簇生基因定位分析结合F群体的表型验证,分别从F分离群体中选择正常表型(与转基因受体亲本W0表型相似)和突变表型(与矮杆簇生突变体cl表型相似)纯合单株各50株,提取叶片DNA,构建两个极端混池。通过bsa-seq分析,将簇生突变体目标基因初步定位到D13染色体上42.41 Mb-52.23 Mb区间,包含9.82 Mb的物理距离。结合初定位区间内开发到的14对多态In Del位点完成群体检测,统计在(W0×簇生突变体)F分离群体中所有簇生表型单株中的交换单株数,将簇生突变体的目标基因定位在In Del位点S9385和S9848之间,对应到D13染色体上44137954到45068039之间,物理距离为930 kb,包含17个基因。这17个基因中,只有四个基因(GH＿D13G1383,GH＿D13G1388,GH＿D13G1390和GH＿D13G1391)在TM-1各组织器官中有表达。q RT-PCR进一步证明GH＿D13G1391基因在两亲本间差异表达。通过设计该基因双亲差异的SNP引物,发现该标记与F分离群体中所有簇生表型单株共分离,初步推测该基因为簇生突变体的候选基因。3.W0和簇生突变体的转录组分析提取W0和簇生突变体主茎顶端组织的RNA,进行转录组测序分析。两亲本间共获得778个差异表达基因,其中283个上调表达,495个下调表达。GO富集分析表明差异表达基因主要富集到植物生长素的生物合成和代谢过程、蛋白质转运、糖代谢过程、DNA模板转录,终止和甘氨酸的生物合成过程和代谢过程等途径。对W0和簇生突变体进行q RT-PCR分析,结果表明在突变体中生长素合成、运输、信号转导相关基因的表达均呈现明显的差异变化,推测与簇生突变相关的基因主要介导生长素途径影响棉花生长发育。基于突变基因的精细定位结果和转录组数据,进一步对930 kb候选区间内17个基因在两材料中的转录本进行分析,结果表明只有GH＿D13G1391基因在W0和簇生突变体间转录本存在差异,进一步佐证了GH＿D13G1391作为候选基因的推测。***＿D13G1391的初步功能验证GH＿D13G1391基因编码RNA解旋酶,在陆地棉基因组中只有一对基因。W0和簇生突变体在GH＿D13G1391的CDS序列及启动子序列区均存在SNP的差异,且在启动子区的差异引起了顺式调控元件的改变,推测这可能是造成该基因差异表达的原因。利用VIGS技术沉默GH＿D13G1391,在注射子叶35天后,目标基因沉默的W0植株出现与簇生突变体相似的表型,初步验证GH＿D13G1391基因可能为矮杆簇生突变体突变性状的候选基因,正在进行进一步深入验证和机理解析。

关键词：陆地棉簇生遗传分析 bsa-seq 精细定位 RNA-seq

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花生籽仁蔗糖含量相关QTL的定位分析

花生籽仁蔗糖含量相关QTL的定位分析

作者：郭俊佳郑州大学

学位级别：硕士

花生(Arachis hypogaea L.)是重要的油料作物和经济作物,具有极高的营养价值和经济价值,在世界范围内被广泛栽培。花生用途广泛,除了加工成食用油外,还可直接食用、煮吃、烤吃或是作为食品原料加工成糖果、饼干等。近年来,花生在食品中... 详细信息

花生(Arachis hypogaea L.)是重要的油料作物和经济作物,具有极高的营养价值和经济价值,在世界范围内被广泛栽培。花生用途广泛,除了加工成食用油外,还可直接食用、煮吃、烤吃或是作为食品原料加工成糖果、饼干等。近年来,花生在食品中的消费量持续上升,口感甜度高的花生越来越受到消费者的青睐。甜度是影响和决定花生食用品质和加工特性的重要指标。蔗糖是花生籽仁中最主要的碳水化合物,直接影响花生的甜度。本研究以高蔗糖含量材料冀花甜1号和低蔗糖含量材料PI478819为亲本构建的F分离群体和RIL群体为材料,进行蔗糖含量相关QTL的精细定位和蔗糖含量等品质性状的相关分析。本研究主要结论如下:1.利用近红外光谱法对冀花甜1号与PI478819杂交产生的F群体的籽仁蔗糖含量测定,筛选极端高蔗糖含量家系和低蔗糖含量家系,组成高糖混池(HSP)和低糖(LSP)混池。对两个混池和双亲进行重测序,通过SNP-index和ED值关联分析方法进行蔗糖含量QTL的初步定位,鉴定到6个候选区间,分别位于A03、A06、A14、A20染色体上,其中A03和A06染色体Δ(SNP-index)值和ED值有明显的峰值,可能存在控制蔗糖含量的主效基因。2.对多个环境下F群体的蔗糖含量进行遗传模型分析以及品质性状间的相关分析。方差分析显示三个环境中蔗糖含量的重复性较好,表明不同环境对花生蔗糖含量的影响不显著。遗传分析表明三个环境下RIL群体的蔗糖含量均由2对主基因控制,但基因遗传效应与主基因遗传力各不相同;主成分分析和相关性分析表明,蔗糖含量与蛋白质含量呈显著正相关关系,与脂肪、花生酸、山嵛酸和硬脂酸呈极显著负相关,与油酸、亚油酸和棕榈酸含量呈弱相关或不相关。3.基于初步定位到的A03和A06染色体以及易位片段在A16上映射区间的SNP信息,在候选区间设计开发了多个染色体特异的KASP分子标记,并将其在RIL群体多环境种植的材料中进行分型,实现了QTL的验证和精细定位,将其命名为q SUCA06(295.60Kb)和q SUCA16(625.92Kb)。将主效QTL区间开发的两个KASP标记Tif1-A06.112437412和Tif1-A16.151269798在RIL材料进行基因型鉴定,发现这两个标记能有效区分高蔗糖和低蔗糖材料,可以用于花生籽仁蔗糖含量的分子标记辅助育种。对候选区间里的基因进行功能注释,筛选候基因并进行q RT-PCR验证,结果发现Arahy.Y2LWD9可能是调控蔗糖含量的主效基因。本研究采用不同群体以多种定位手段,精细定位与花生籽仁蔗糖含量相关的QTL,开发连锁标记并预测候选基因,为花生蔗糖含量的遗传研究提供理论支持;对改良花生籽仁蔗糖含量、培育高蔗糖花生新品种具有重要意义。

关键词：花生蔗糖含量 bsa-seq KASP 基因