小麦茎秆快速发育基因qd1的遗传定位与转录组学分析

来源 :中国农业科学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sheep1230_yuzt1984
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小麦茎秆是获得高产和优质的物质基础,但是当前小麦育种利用的茎秆发育调控基因主要为矮秆基因,其遗传基础日益狭窄。诱发突变技术可拓宽小麦的遗传基础,发掘新的调控小麦茎秆发育的优良基因。本实验室前期利用7Li离子束诱变轮选987(LX987)获得了一个快速发育突变体(qucik development mutant,qd),与野生型相比,qd拔节后的茎秆发育速率和强光诱导下的胚芽鞘颜色表现出明显的表型差异。本研究综合利用BSR-Seq、转录组和660K SNP芯片等技术对控制突变体的茎秆快速发育性状的基因(命名为qd1)以及强光诱导下的花青素合成基因进行初步定位。主要研究结果如下:1、小麦茎秆快速发育基因qd1的初定位。以轮选987×qd的F2群体为材料,利用BSR-Seq技术在4B染色体上得到一个总长为13.55 Mb的区域,15.41 Mb-28.96 Mb。针对BSR-Seq开发的SNP,在目标区间筛选到了16个KASP(kompetitive allele specifc PCR)标记。在F2群体的153株隐性单株中,利用这些KASP标记对定位区间进行验证,结果表明与BSR-Seq得到的初定位区间有2.16 Mb的重叠区域(26.80 Mb-28.96 Mb),更进一步缩小qd1初定位区间至5.08 Mb(26.80 Mb-31.88 Mb)。2、野生型与突变体的转录组学分析。KEGG(kyoto encyclopedia of genes and genomes)富集分析表明苯并恶嗪类生物合成通路显著富集差异表达基因。赤霉素合成与信号转导通路中,内根-古巴焦磷酸合成酶(ent-copalyl diphosphate synthase,CPS)和GA20ox出现了差异表达基因的富集。将每种酶对应的所有差异表达基因的表达量FPKM(fragments per kilobase of transcript per million fragments mapped)值进行加和后,发现在突变体赤霉素合成与信号转导通路中,GA20ox表达量出现大幅下调,推测孕穗期突变体茎秆伸长速率降低可能是由于该时期突变体GA20ox表达量的大幅下降引起的。3、突变体中受强光诱导的花青素合成基因的初定位。利用660K SNP芯片,发现两个F2群体(轮选987×qd,航麦247×qd)都在7A染色体存在三个一致的多态性SNP富集区。其中260Mb-290 MB区间多态性SNP富集的比例在两个群体中均不低于30%,位于285 Mb处的R2R3-MYB类转录因子最有可能为候选基因。研究表明,综合利用BSR-Seq和660K SNP芯片技术可对控制小麦茎秆发育速率和胚芽鞘花青素合成的关键基因进行快速分析定位。研究结果为拓宽小麦茎秆发育调控基因的遗传资源和深入解析花青素的生理功能奠定了基础。
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