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玉米杂交种及其亲本苗期根系基因差异表达分析及差异表达EST定位

作　者: 鞠传丽
导　师: 李建生
学　校: 中国农业大学
专　业: 作物遗传育种
关键词: 玉米根系 杂种优势 基因差异表达 染色体定位 转录因子
分类号: S513
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要


玉米是杂种优势表现明显并有巨大经济效益的作物,也是杂种优势遗传学和分子生物学研究的模式植物。根系在固定和支持植株生长,吸收、运输水和肥等方面具有十分重要的作川,根系还直接或间接地影响玉米产量性状。玉米苗期根系作为一个相对简单的理要器官,是数量性状的杂种优势机理研究的理想材料之一。本研究的目的是以玉米苗期根系为实验材料,分析同一发育时期杂交种和亲本根系基因的表达谱,试图从基因表达的水平探讨杂种优势的生物学基础。 本研究以玉米强优势杂交种Yuyu22及其亲本(Zong3和87-1)的苗期根系为实验材料,采用抑制差减杂交法(SSH)构建了杂交种和两个亲本的正向和反向共四个差减cDNA文库。差异筛选、测序并去除重复序列后,从530个测序结果中共获得了295个非冗余的差异表达EST序列。对其功能分类的统计结果表明,有45%的差异表达基因为功能未知或新发现的EST:可推测功能的EST中,包括13%的基础代谢相关基因,9%的转录及调控相关基因(包括6.4%的转录因子),6%的信号转导相关基因,4%的细胞生长和分裂相关基因,5%的蛋白加工相关基因等。 对14个功能涉及转录调控,细胞分裂,信号转导等差异表达基因的RT-PCR分析表明,有7个基因的差异表达模式与SSH结果一致。14个基因中有4个为杂交种超亲表达:1个为杂交种中亲表达:4个为杂交种偏低亲表达:5个为杂交种偏高亲表达,其中偏向Zong3表达的有4个,偏向87-1表达的有1个。实时荧光定量PCR分析表明,CR2806和CR4C09的差异表达模式与SSH结果一致,分别为杂交种偏低亲Zong3表达和杂交种超亲表达。 采有CAPS和STS标记,将12个差异表达的EST定位于玉米第1,2,4,6,7,9和10号染色体。将这12个标记加到本实验室构建的遗传连锁图谱上以后,通过复合区间作图法检测到8个影响苗期根系性状的OTL。进一步的分析发现,定位于第1染色体的差异表达EST CR2E08 位于发芽后4天根系的总根长、根表面积和根体积的QTL区间内。该标记的增加使得根体积QTL的LOD值及可解释的表型变异明显增加。 以玉米cDNA芯片杂交中杂交种和亲本差异表达的EST序列A1770808为基础,通过RT-PCR方法,获得了两个包含相同开放阅读框的MYB转录因子:ZmMYBL1和ZmMYBL2。序列分析表明ZmMYBL,编码典型的R2R3-MYB蛋白:Southern杂交分析表明该基因在玉米基因组中可能以单拷贝形式存在,为多基因家族的成员之 ;RT-PCR分析表明该基因的表达有明显的组织特异性,并且在杂交种的根系、茎间和叶片中的表达量均低于亲本;用Yuyu22重组自交系群体,将ZmMYBL1初步定位在玉米染色体bin 7.03处,SSR标记bnlg339和umc1865之间;同时对玉米苗期根系平均直径的一个QTL也定位在第7染色体标记ZmMYBL1和umcl865之间。R2R3-MYB类转录因子的表达分析表明,该家族的其它成员参与了交种和亲本的差异表达。

全文目录


中文摘要  3-4
Abstract  4-9
第一章 文献综述  9-22
  1.1 作物杂种优势机理的研究进展  9-13
    1.1.1 杂种优势的遗传学基础  9-11
    1.1.2 基因表达调控与杂种优势  11-13
    1.1.3 候选基因法与杂种优势  13
  1.2 玉米根系性状的研究进展  13-17
    1.2.1 玉米根系的功能  13-14
    1.2.2 玉米根系的结构  14-15
    1.2.3 玉米根系性状的遗传  15-17
    1.2.4 玉米根系性状的分子生物学  17
  1.3 植物MYB转录因子的研究进展  17-21
    1.3.1 植物MYB转录因子的结构特点及分类  18-19
    1.3.2 植物MYB转录因子的功能研究  19
    1.4.3 植物MYB转录因子结构与功能的相互关系  19-20
    1.3.4 植物MYB转录因子的进化  20-21
  1.4 立题依据和研究目的  21-22
    1.4.1 立题依据  21
    1.4.2 研究目的  21-22
第二章 玉米杂交种和亲本根系差异表达EST的分离及克隆  22-49
  2.1 材料与方法  22-29
    2.1.1 实验材料  22-23
    2.1.2 根系形态指标调查.15  23
    2.1.3 总RNA的提取及Poly(A)RNA的分离  23
    2.1.4 抑制差减杂交(SSH)及差减cDNA文库的构建  23-27
    2.1.5 差减cDNA文库的差异筛选  27
    2.1.6 差异cDNA片段的序列分析  27
    2.1.7 差异表达基因的半定量RT-PCR  27-29
    2.1.8 差异表达基因的实时荧光定量PCR  29
  2.2 结果与分析  29-45
    2.2.1 玉米苗期根系杂种优势的形态学  29-31
    2.2.2 抑制差减效率分析  31-32
    2.2.3 差减cDNA文库构建及差异筛选  32-33
    2.2.4 差异表达基因的同源序列比对结果  33-40
    2.2.5 差异表达基因的功能分类  40-42
    2.2.6 差异表达基因的半定量RT-PCR分析  42-43
    2.2.7 差异表达基因的实时荧光定量PCR分析  43-45
  2.3 讨论  45-49
    2.3.1 杂交种与亲本基因的差异表达  45-46
    2.3.2 与转录调控有关的差异表达基因  46-47
    2.3.3 与细胞分裂有关的差异表达基因  47-48
    2.3.4 其他一些差异表达基因  48-49
第三章 差异表达EST定位及根系性状QTL分析  49-61
  3.1 材料与方法  49-52
    3.1.1 实验材料  49
    3.1.2 差异表达EST的染色体定位  49-51
    3.1.3 玉米苗期根系性状的QTL定位  51-52
  3.2 结果与分析  52-58
    3.2.1 差异表达EST在亲本及重组自交系群体中的多态性  52-53
    3.2.2 差异表达EST在重组自交系群体中的定位  53-56
    3.2.3 根系性状的QTL定位及其效应分析  56-58
  3.3 讨论  58-61
    3.3.1 差异表达EST染色体定位的方法  58-59
    3.3.2 差异表达EST与Yuyu22重组自交系产量性状QTL的共定位  59
    3.3.3 差异表达EST与水稻产量及根系性状QTL位置的比较  59-60
    3.3.4 差异表达EST的染色体定位与杂种优势研究  60-61
第四章 转录因子ZmMYBL1的克隆、差异表达及染色体定位分析  61-72
  4.1 材料与方法  61-64
    4.1.1 实验材料  61
    4.1.2 RT-PCR获得全长cDNA  61-62
    4.1.3 ZmMYBL1的Southern杂交  62-63
    4.1.4 ZmMYBL1的半定量RT-PCR  63
    4.1.5 ZmMYBL1的染色体定位  63
    4.1.6 根系性状的QTL定位  63
    4.1.7 R2R3-MYB类转录因子的半定量RT-PCR  63-64
  4.2 结果与分析  64-71
    4.2.1 转录因子ZmMYBL1的克隆  64-66
    4.2.2 ZmMYBL1的序列分析  66-67
    4.2.3 ZmMYBL1的Southern杂交分析  67-68
    4.2.4 ZmMYBL1的组织表达分析  68
    4.2.5 ZmMYBL1的染色体定位  68-69
    4.2.6 根系平均直径的QTL定位及效应分析  69-70
    4.2.7 R2R3-MYB类转录因子的表达分析  70-71
  4.3 讨论  71-72
主要结论  72-73
参考文献  73-83
附录 常用的实验方法  83-88
致谢  88

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中图分类: > 农业科学 > 农作物 > 禾谷类作物 > 玉米（玉蜀黍）
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