玉米核心自交系群体结构及耐旱相关候选基因rab17的等位基因多样性分析

论文摘要

干旱是限制玉米生产的重要因素之一。发掘耐旱基因资源是提高玉米品种耐旱水平、培育耐旱新品种的根本途径。在玉米种质资源中蕴含着很多影响玉米耐旱性的功能等位基因变异。鉴定出这些功能等位基因不仅有助于深入了解耐旱分子机制,而且还可以开发与这些功能变异紧密关联的功能标记,从而通过分子标记辅助选择的手段来针对耐旱性进行种质创新和遗传改良。关联分析方法由于可以直接鉴定出与表型变异密切相关的功能等位变异,成为解决这一问题的有效手段。 本研究以我国玉米核心种质中的自交系及一些骨干自交系为基础,通过遗传多样性及群体结构分析,明确这些自交系的群体结构,并选出能够最大限度代表其遗传多样性的一组核心研究材料进行耐旱相关候选基因rab17的序列多样性和连锁不平衡（LD）结构分析;同时,对这套核心研究材料进行耐旱相关表型鉴定。最后,在充分考虑群体结构影响的基础上,进行rab17基因多态性与耐旱表型之间的关联分析,以求发掘与耐旱相关表型相关的rab17基因中的功能等位基因。获得的主要结果如下: 1.利用49个SSR标记对主要来自玉米核心种质的288个自交系进行遗传多样性分析,共检测到总计262个等位位点,平均每个SSR位点等位位点数为5.3469,多态性信息含量（PIC）平均为0.5057,基因多样性平均值为0.5663。群体结构分析发现,这些自交系按遗传相似性主要可分为四个种质来源,基本对应于塘四平头、Lancaster、Reid和P群四个杂种优势群。总体上,四大种质来源所占的遗传相似性比例依次为0.290（塘四平头）、0.267（Lancaster）、0.260（Reid）和0.183（P群）。以等位位点数目为选择标准,从这组自交系中选出了94个自交系作为核心研究材料。这组核心研究材料共拥有228个等位位点,占288份自交系等位位点总数（262）的87%。 2.通过对核心研究材料进行rab17基因的序列多态性分析,在总计71个序列中,共检测到37处核苷酸变异,包括19个SNP（平均每87bp一个）和18个Indel（平均每92bp一个）。在37个变异位点中,在非编码区中的有30个,占81%。其中Indel在非编码区的发生频率是编码区的将近八倍。总体上来看,在rab17基因的启动子区及第一个外显子区域中核苷酸多样性较高,之后迅速下降。基因区域内连锁不平衡快速衰退达800bp以内。根据连锁不平衡结构,这些序列分为14个单体型。根据rab17基因序列的系统进化树分析表明,主要来自美国杂交种P78599的9个自交系与其它自交系间的遗传距离最远。 3.通过Structured Association（SA）测验,共检测到六个序列多态性与表型性状间的显著关联。其中,编码区的一个Indel分别与正常灌溉条件下的脱落酸（ABA）含量及干旱胁迫条件下的相对含水量存在显著关联,含有插入片段的等位基因对干旱胁迫条件下的相对含水量具有增效作用,这个插入片段也导致了编码区的移码突变;5’-UTR中的一个Indel与干旱胁迫条件下的开花—吐丝间隔期（ASI）间的关联达到显著,其中威风322、Lo1125和辽2204含有的等位基因使ASI平均比另一个等位基因延长了6天;另外,一个由11个多态性组成的单体型与三个产量因子

论文目录

• 第一章 引言
• 1.1 玉米耐旱性概述
• 1.1.1 耐旱性相关性状与常规鉴定
• 1.1.2 耐旱的生理生化基础
• 1.1.3 耐旱性分子遗传机制
• 1.1.4 ABA在玉米耐旱性中的作用
• 1.2 玉米自交系中的遗传多样性
• 1.2.1 遗传多样性的概念
• 1.2.2 我国玉米自交系遗传多样性及杂种优势群
• 1.2.3 玉米中的群体结构研究
• 1.3 玉米基因组中的序列多样性
• 1.3.1 SNP与连锁不平衡（LD）
• 1.3.2 玉米基因组序列中的序列多样性
• 1.3.3 玉米及其它植物中的连锁不平衡结构
• 1.3.4 选择对玉米自交系LD及遗传多样性的影响
• 1.4 关联分析及在玉米研究中的应用
• 1.4.1 关联分析的概念
• 1.4.2 关联分析与连锁不平衡（LD）结构
• 1.4.3 关联分析与群体结构
• 1.4.4 关联分析中的统计方法
• 1.4.5 玉米中的关联作图
• 1.5 立题意义与技术路线
• 1.5.1 立题意义
• 1.5.2 技术路线
• 第二章 玉米核心自交系的遗传多样性及群体结构分析
• 2.1 前言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 基因型鉴定
• 2.2.3 遗传多样性及群体结构分析
• 2.3 结果与分析
• 2.3.1 遗传多样性分析
• 2.3.2 288份自交系的聚类分析
• 2.3.3 288份自交系的群体结构分析
• 2.3.4 Core Sets构建
• 2.4 讨论
• 2.4.1 遗传多样性的评价
• 2.4.2 遗传结构和玉米自交系的系谱来源
• 2.4.3 群体结构在评估自交系和杂交育种亲本选配中的作用
• 2.4.4 群体结构、聚类结果与系谱之间的比较
• 第三章 rab17基因核苷酸多态性及连锁不平衡结构分析
• 3.1 前言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.3 rab17基因的扩增与测序
• 3.2.4 序列多态性统计分析
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 rab17基因的序列多态性
• 3.3.2 rab17基因的序列多样性分析
• 3.3.3 rab17基因的连锁不平衡结构分析
• 3.3.4 rab17基因系统发育树构建
• 3.4 讨论
• 3.4.1 rab17基因的序列多态性频率
• 3.4.2 功能序列中的多态性
• 3.4.3 rab17基因序列系统发育树与自交系系谱关系
• 3.4.4 rab17基因的LD结构及选择的影响
• 第四章 rab17基因核苷酸多态性与耐旱相关性状间的关联分析
• 4.1 前言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 实验材料
• 4.2.2 耐旱性相关性状调查及测定
• 4.2.3 rab17基因序列多态性与表型性状间的关联分析
• 4.3 结果与分析
• 4.3.1 表型数据统计分析
• 4.3.2 rab17基因序列多态性与表型性状间的关联分析
• 4.4 讨论
• 4.4.1 多态性变异的功能性
• 4.4.2 可能影响关联检测结果的一些因素
• 第五章 结论
• 5.1 玉米核心自交系的遗传多样性及群体结构分析
• 5.2 rab17基因的序列多样性及连锁不平衡结构分析
• 5.3 rab17基因序列多态性和耐旱相关表型之间的关联分析
• 参考文献
• 致谢