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玉米耐旱主效QTL定位与候选基因鉴定

作　者: 郝转芳
导　师: 张世煌；李新海
学　校: 中国农业科学院
专　业: 作物遗传育种
关键词: 玉米(Zea Mays L.) 耐旱性 QTL 候选基因 dEST
分类号: S513
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

玉米（Zea Mays L.）是重要的粮、经、饲作物。但是,在干旱与半干旱地区,水资源短缺一直制约着玉米产量的进一步提高。近些年,随着分子生物学技术在作物遗传育种领域的广泛应用,尤其是通过分子标记技术和分子生物统计方法相结合,对数量性状位点（QTL）进行了大量定位研究,为突破常规耐旱育种模式,探讨玉米耐旱的遗传机制和作用方式提供了新的思路。通过进一步对QTL定位方法的优化组合和定位结果的筛选验证,并且与功能基因组学技术和比较基因组学手段相结合,探讨与植物耐旱性相关的功能基因,为揭示玉米耐旱遗传机理提供契机,从而为耐旱遗传研究与标记辅助育种奠定初步的基础。在本研究中,利用SSR和AFLP分子标记对X178（国内耐旱玉米自交系）xB73（不耐旱自交系）杂交后获得的234个F₂单株进行标记分析,采用Kosambi作图函数进行重组率转换和MapMaker/EXP3.0软件进行误差检测,构建了玉米SSR标记框架连锁图谱和相对饱和的遗传连锁图谱,为以后的耐旱QTL定位研究奠定基础。随后,在F₂群体中套袋姊妹交获得相应的F_2:3家系,在田间进行耐旱表型鉴定,分别于2002年山西临汾、2003年山西临汾和2003年海南三亚在干旱胁迫（WS）与灌溉处理（WW）条件下对F_2:3家系的雌雄开花间隔（ASI）、结穗率（ESP）和籽粒产量（GY）进行田间表型鉴定。根据测定结果,采用MapMaker/QTL1.1软件的区间作图法和QTLCartographer2.0软件的复合区间作图法以及EPISTACY2.0软件的两两位点互作方差分析法,对影响玉米耐旱性的QTL进行定位与分析。最后,与参考文献中对玉米耐旱QTL定位的资料相整合,初步确定玉米耐旱性的主效QTL。为进一步了解耐旱基因的表达模式和作用方式,以及最终实现QTL的克隆,采用cDNA-AFLP技术分析了玉米在苗期和开花期干旱胁迫下的耐旱差异表达序列。本文还采用比较基因组方法,利用玉米和水稻在标记水平上的同源性,对部分耐旱表达差异序列进行了初步的遗传定位,以发掘玉米耐旱的功能候选基因,主要获得以下结果: 1.将LOD阈值设定在5以上,使用135个在两个亲本之间表现多态性的SSR标记,对234个F₂单株进行基因型测定,继而用其中的130个SSR标记优先构建了玉米的高精度遗传框架连锁图谱。框架图谱全长为1537.1cM,标记之间平均遗传距离是12.81cM。然后在LOD阈值降为3的情况下,增加119个显性的AFLP标记,构建了玉米的饱和遗传连锁图谱。增加AFLP标记位点以后的图谱全长为1703.7cM,标记间平均遗传距离为7.13cM,标记之间平均遗传距离小于20cM的达92.1%,该相对饱和的遗传图谱为玉米遗传研究与耐旱QTL的定位奠定了基础。在对标记进行遗传分析的过程中,观察到某些分子标记发生了偏分离,在染色体1、2、5、8、10上找到了一些偏分离热点区域。同时,在对AFLP标记位点定位过程中,提出并讨论了一种使AFLP作为共显性标记的新记载方法,为在标记辅助育种上扩大应用AFLP标记提供了一种新思路。 2.对234个F_2:3家系和两个亲本在三个地点、两种水分处理条件下的雌雄开花间隔（ASI）、结穗率（ESP）和籽粒产量（GY）的观察值进行统计分析,发现各性状在不同的环境条件下都表现出较好的一致性,耐旱亲本X178在干旱胁迫下的表现优于另一个亲本B73,说明观察数据的真实可用。从各个性状在不同环境条件下的最大值、最小值和两个亲本之间的比较来看,后代群体出现超亲分离,群体内各家系之间出现较大变异。各个性状在WS与WW下的相关性都达到了极显著水平,而且不同性状在不同地点也达到了显著或极显著的水平。性状的方差分析表明,群体

全文目录

第一章引言  12-44
  1.1 作物抗旱性概述  12-16
    1.1.1 干旱对玉米生长的影响  12-13
    1.1.2 玉米耐旱研究背景  13-14
    1.1.3 玉米耐旱性的鉴定标准  14-16
  1.2 作物耐旱性的数量性状位点  16-33
    1.2.1 数量性状位点简介  17
    1.2.2 QTL定位的原理和方法  17-20
    1.2.3 遗传连锁图谱的构建  20-24
    1.2.4 玉米耐旱相关性状的QTL定位及遗传分析  24-31
    1.2.5 QTL分析中需要注意的问题与应用前景  31-32
    1.2.6 玉米耐旱性分子标记辅助选择  32-33
  1.3 耐旱候选基因克隆策略  33-42
    1.3.1 候选基因的概念及研究进展  35
    1.3.2 玉米功能基因组研究  35-39
    1.3.3 生物信息学在玉米耐旱研究中的应用  39-40
    1.3.4 比较基因组学在玉米耐旱研究中的应用  40-42
  1.4 立题意义与技术路线  42-44
    1.4.1 立题意义  42-43
    1.4.2 技术路线  43-44
第二章玉米饱和遗传连锁图谱的构建及相关标记特征  44-60
  2.1 前言  44
  2.2 材料与方法  44-50
    2.2.1 实验材料  44
    2.2.2 实验方法  44-50
  2.3 结果与分析  50-56
    2.3.1 SSR和AFLP标记的多态性统计  50-51
    2.3.2 偏分离的统计分析  51-52
    2.3.3 玉米遗传连锁图框架和饱和图谱的构建  52-55
    2.3.4 AFLP共显性分析  55-56
  2.4 讨论  56-60
    2.4.1 玉米饱和遗传连锁图谱的实用性分析  56-58
    2.4.2 分子标记的偏分离统计及其对QTL定位的影响  58-60
第三章玉米耐旱QTL定位与分析  60-85
  3.1 前言  60
  3.2 材料与方法  60-63
    3.2.1 试验材料  60-61
    3.2.2 田间试验和性状调查  61
    3.2.3 数据分析和QTL定位  61-62
    3.2.4 玉米耐旱通用QTL的发掘  62-63
  3.3 结果与分析  63-80
    3.3.1 F_(2：3)群体和亲本的表型分析  63-67
    3.3.2 玉米耐旱QTL分析  67-76
    3.3.3 发掘玉米耐旱通用QTL  76-78
    3.3.4 主效QTL的精细定位与分析  78-80
  3.4 讨论  80-85
    3.4.1 QTL定位方法与图谱饱和度对QTL定位结果的影响  80-81
    3.4.2 玉米耐旱主效QTL的发掘与应用  81-82
    3.4.3 上位性效应在玉米耐旱研究中的作用  82-83
    3.4.4 通用耐旱QTL在耐旱研究中的作用  83-85
第四章利用cDNA-AFLP技术研究玉米水分胁迫诱导基因的表达  85-104
  4.1 前言  85
  4.2 材料与方法  85-91
    4.2.1 实验材料  85
    4.2.2 材料培养与处理  85-86
    4.2.3 实验方法  86-90
    4.2.4 差异表达序列的引物设计与扩增  90-91
    4.2.5 玉米耐旱差异表达序列的比较基因组学  91
  4.3 结果与分析  91-102
    4.3.1 取样  91-92
    4.3.2 总RNA的浓度、纯度鉴定  92
    4.3.3 双链cDNA的检测  92
    4.3.4 耐旱差异表达片段的筛选  92-93
    4.3.5 差异表达片段的回收  93-94
    4.3.6 差异表达片段的序列比对与分析  94-98
    4.3.7 与耐旱相关的差异表达片段的引物设计  98-100
    4.3.8 与水稻基因组比较定位  100-102
  4.4 讨论  102-104
    4.4.1 耐旱候选基因的确定和验证  102-103
    4.4.2 玉米与水稻的比较基因组学研究来定位基因  103-104
第五章结论  104-105
  5.1 玉米饱和遗传连锁图谱的构建  104
  5.2 玉米耐旱相关性状的QTL定位与耐旱主效QTL发掘  104
  5.3 玉米耐旱相关的dESTs发掘与染色体初步定位  104-105
参考文献  105-119
附录  119-124
致谢  124-125
作者简历  125-126

玉米耐旱主效QTL定位与候选基因鉴定

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