玉米冠层结构相关性状遗传位点的全基因组关联分析

来源 :四川农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yunlong0451
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玉米的干物质产量受到众多因素的影响,特别是源-库关系。玉米冠层叶型的分布状况会严重影响到其光合作用效能的高低。因此研究玉米开花后叶型的相关性状有着重要的意义。本研究通过对玉米穗三叶和倒二叶叶型相关性状进行全基因组关联分析(Genome-Wide Association Study,GWAS),对植株冠层上部、中部及下部叶片在垂直空间上进行遗传基础比较,为冠层相关性状遗传基础解析提供新的参考。本文以266份遗传资源丰富的自交系作为材料,分别于2019年在四川崇州和云南景洪以及2020年四川崇州和湖北襄阳进行种植。其中在两年四个环境中对代表冠层中下部穗三叶的叶面积进行表型鉴定;在2020年两个环境对代表冠层上部的倒二叶和代表冠层中下部穗三叶和叶向值相关性状进行表型鉴定。对表型数据分析发现,各表型数据均基本符合正态分布。前人研究结果显示该群体结构分为亚热带和温带两个亚群,而连锁不平衡(Linkage Disequilibrium,LD)衰减至r~2=0.2时为100 kbp。利用Tassel 5软件,对表型数据与筛选后包含47000个单核苷酸多态性(Single Nueleotide Polymorphism,SNP)位点的基因型数据,采用混合线性模型对其进行全基因组关联分析。在显著水平-lg(p)≥3.1情况下,筛选出38个在多环境中与性状显著关联SNP位点。根据筛选出SNP位点的物理位置以及LD(r2=0.2)=100kbp推测出对应的数量遗传性状位点(Quantitative Trait Loci,QTL)。利用QTL在染色体上的物理位置在Maize GDB网站筛选出候选基因,对其功能进行注释,并对冠层上部、中部、下部叶片候选基因在垂直空间上进行比较,结果如下:1.对于冠层上部和中部叶片而言,与倒二叶和穗上叶叶长显著相关的SNP32366对应QTL的候选基因GRMZM2G083328和GRMZM2G083394均为编码DCD域蛋白基因,位于染色体bin8.03区域。与倒二叶和穗位叶叶高显著相关的SNP13033对应QTL的候选基因NBCS8为编码腺嘌呤/鸟嘌呤渗透酶AZG2或核苷酸阳离子转运体8基因。2.对于冠层中部和下部叶片来说,与穗位叶和穗下叶叶长显著相关,以及与穗上叶和穗位叶叶面积显著相关对应QTL的候选基因KRP3,为编码驱动蛋白相关基因,位于染色体bin8.06区域。与穗位叶和穗下叶叶长显著相关对应QTL的候选基因CYP27,突变会导致伤叶情况发生,位于染色体bin2.06区域。与穗上叶、穗位叶、和穗下叶的叶高及叶向值显著相关,并与穗位叶叶夹角显著相关对应QTL的候选基因b ZIP47,为编码b ZIP家族中的转录因子基因,位于染色体bin7.04区域。与穗位叶和穗下叶的叶高及叶向值显著相关对应QTL的候选基因CPX2,其在玉米中组成性表达,可能催化叶绿素合成。与穗位叶和穗下叶叶夹角显著相关对应QTL的候选基因NIT1,在发育的籽粒和幼苗中,可能将IAN转换为IAA时非常重要。3.与倒二叶叶向值显著相关对应QTL的候选基因RLD2,其通常在芽尖顶端分生组织表达,影响叶向值的表现。与倒二叶叶高显著相关对应QTL的候选基因LG4,会使叶片组织转化为具有鞘状特征的区域,从而形成指状侵入叶片,使正常叶舌消失或移位。与穗位叶叶面积显著相关对应QTL的可能候选基因TE1,其可能导致玉米的株型和花序差异。
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