玉米产量因子QTL整合图谱构建与“一致性”QTL区域内候选基因发掘

论文摘要

产量是玉米的重要性状之一,实现玉米品种的高产、稳产一直是主要的育种目标。然而产量属于多基因控制的数量性状,遗传操作困难。随着分子标记技术的发展,特别是植物基因组和高密度分子标记连锁图构建的迅速发展,不仅把QTL转化为经典育种易于操纵或遗传工程可以克隆的孟德尔或准孟德尔单位提供了可能,而且促进了基因和QTL的遗传定位研究,并为在序列水平上进行同种及不同种作物间的比较基因组学研究提供了重要的技术手段。本研究运用生物信息学手段,利用高密度玉米遗传图谱IBM2 neighbors 2005整合公开发表的玉米产量及其构成因子QTL相关信息,构建不同遗传背景下玉米产量及其构成因子QTL整合图谱;采用“元分析”方法找出“一致性”QTL;进一步在“一致性”QTL区域内通过利用BLASTx比较标记原始序列与生物基因组数据库中已知产量相关基因序列的同源性,确定玉米产量及其构成性状QTL候选基因;借助比较基因电子定位策略,将水稻和玉米产量基因定位于玉米IBM2遗传图谱上,在“一致性”QTL区域内发掘候选基因。主要结果如下:1、从公共数据库MaizeGDB和GRAMENE上收集到自1992年以来公开发表的411个产量及其构成因子QTL,涉及10个有关产量性状,位于Maize-NCSU Ac7729/Ac7643S QTL 1992、Maize-Iowa Mo17/H99 RI QTL 1998及Pioneer composite 1999等22张QTL遗传连锁图谱上。2、利用BioMercator2-1软件的图谱整合功能构建出整合图谱,整合有关玉米产量及其构成性状QTL共221个,在玉米10条染色体上都有分布,其中,整合的61个有关单位籽粒产量QTL和99个有关粒重QTL,分布在玉米10条染色体上;30个有关穗数QTL分布在除第10染色体外其他染色体上;18个有关穗行数QTL分布在除第8染色体外的9条染色体上;有关粒数的13个QTL,分布在第1、3、4、7、8、10染色体上;且绝大多数控制产量的QTL在染色体上成簇分布。3、对整合图谱进行元分析表明,当LOD值≥4.0,在第2染色体上获得包含粒重、穗数的“一致性”QTL由两个标记Sdg107和Isu2117b界定,置信区间为230.11-262.54,图距30.99cM;在第3染色体上得到一个包含控制穗数和粒重性状的“一致性”QTL,由标记ucsd72d和IDP3796界定,置信区间为393.12-405.76,图距12.64cM;在第4染色体上得到包含控制穗数和粒重性状的“一致性”QTL,由标记ufg23和IDP3796界定,置信区间为498.49-568.21,图距69.72cM;在第6染色体上获得一个包含穗数、粒重和单位籽粒产量性状的“一致性”QTL,由标记bnlg1732和bnl8.08c界定,置信区间为372.18-386.69,图距14.51cM;在第9染色体上也得到一个包含穗数、粒重和单位籽粒产量性状的“一致性”QTL,由标记TB-9Sb（9）和gpm682界定,置信区间为189.01-229.81,图距40.8cM。4、通过对“一致性”QTL区域的相关基因或各种标记的原始序列与基因库中已知相关基因序列进行同源比对,本研究在第2、3和第6染色体“一致性”QTL区域内初步确定7个产量候选基因。其中,在第2染色体上得到2个候选基因,分别为标记pco100533a所在的含有STKc保守结构（丝氨酸蛋白激酶保守结构域）的AY106958序列,以及标记pco120693所在的含有PRK02304保守域（腺嘌呤核糖体转移酶保守结构域）的AY106749序列。在第3染色体上获得2个位置候选基因,分别为ucsd72d标记所在的含有MADSMEF2like保守结构域（参与信号传导,与生长调节相关结构域）的序列L46398,pco147797a标记所在的含有Aldoketred保守结构（酮类还原酶保守结构域）的序列AY106058。在第6染色体上确定出3个候选基因,分别为pco061870a标记所在的含有TatDDNAse保守域（DNA聚合酶保守结构域）的AY103731序列,标记six59714d所在的含有CBFDNFYBHMF保守域（类组蛋白转录因子,参与信号传导,与生长调节有关）的X59714序列;标记pco110390所在的含有FKBPC保守域（肽酰-脯氨酰顺反异构酶保守结构域）的AY105226序列。5、利用mapchart软件构建出含有53个水稻及玉米的产量性状相关基因整合图谱。比较水稻、玉米产量相关基因与“一致性”产量QTL的位置关系,发现2个控制水稻分蘖数基因位于“一致性”QTL区域内。Rgene-7位于玉米第2染色体包含粒重和穗数“一致性”QTL区域内的236.4cM处,Rgene-24位于玉米第6染色体包含穗数、粒重和单位籽粒产量性状“一致性”QTL区域内的387.2cM处,初步将这两个控制水稻产量相关基因确定为玉米产量性状候选基因。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 文献综述
• 1.2.1 玉米产量性状研究的意义
• 1.2.2 玉米产量相关性状QTL 定位的研究进展
• 1.2.3 玉米图谱整合研究的基础
• 1.2.4 玉米数量性状的比较基因组学研究
• 1.2.5 玉米产量基因及QTL 的精细定位及比较图位克隆研究
• 1.2.6 有关玉米QTL 比较及候选基因发掘研究
• 1.3 研究的内容
• 1.3.1 玉米产量构成性状整合图谱的构建
• 1.3.2 玉米产量及其构成性状“一致性”QTL 的发掘
• 1.3.3 玉米产量构成因子“一致性”QTL 区域内候选基因发掘
• 1.3.4 玉米和水稻产量构成性状的比较研究及候选基因发掘
• 1.4 技术路线
• 2 材料与方法
• 2.1 玉米产量构成性状的选择
• 2.2 玉米产量构成因子QTL 信息的收集与整理
• 2.3 玉米产量构成因子QTL 信息的整合
• 2.4 玉米产量构成因子QTL 整合图谱的绘制
• 2.5 玉米产量构成因子QTL 元分析
• 2.6 玉米产量因子候选基因的发掘
• 2.6.1 基于产量因子“一致性”QTL 区域内候选基因发掘
• 2.6.2 基于比较定位候选基因发掘
• 3 结果与分析
• 3.1 玉米产量QTL 信息的收集与整理
• 3.2 玉米产量因子QTL 整合图谱
• 3.3 玉米产量构成因子QTL 的元分析
• 3.4 基于产量因子“一致性”QTL 区域的候选基因发掘
• 3.5 基于基因比较定位的“一致性”QTL 区域内候选基因发掘
• 4 讨论
• 4.1 产量因子QTL 在整合图谱上的成簇分布
• 4.2 产量因子QTL 的精细定位与分子标记辅助育种
• 4.3 “一致性”QTL 区域内产量因子候选基因的发掘
• 4.4 比较图位克隆与“一致性”QTL 区域内候选基因的发掘
• 4.5 进一步研究策略
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录 A
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文