高维生素A甜玉米种质筛选及全基因组关联分析

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甜玉米籽粒包含丰富的维生素A等营养物质,具有多种生理活性,甜玉米遗传变异丰富,维生素A在甜玉米中的遗传分布研究已经有一定的进展,因此本文以甜玉米自然群体为研究对象,在甜玉米自交系中维生素A的遗传变异分析的基础上,结合全基因组关联分析鉴定维生素A合成基因。同时对维生素A合成中关键基因Lcy E,crt RB1进行序列变异及单倍型分析,为甜玉米维生素A生物强化提供技术支持,帮助育种工作者培育出高维生素A的甜玉米品种。本课题主要研究结果如下:(1)本文以甜玉米自然群体为研究对象,对2020年167份自然群体甜玉米籽粒进行维生素A各成分及含量的测定与分析。结果得到甜玉米自然群体籽粒中包含5种维生素A组分,主要包含叶黄素、玉米黄质、β-隐黄质、α-胡萝卜素和β-胡萝卜素,结果显示叶黄素是甜玉米中含量最高的维生素A成分,占55.78%;β-胡萝卜素位居第二,占总维生素A含量的24.06%;玉米黄质占总维生素A的18.77%;β-隐黄质占总维生素A含量的13.96%;其中含量最低的是α-胡萝卜素,占总类维生素A的0.86%。不同甜玉米材料间含量差异较大,变异范围较为广泛。(2)根据不同种质材料中维生素A含量的不同,可将材料分为高等、中等、低等3大类,发现有2个甜玉米材料既属于高维生素A原甜玉米材料,材料编号分别是No.2500、No.2499。可以作为高维生素A培育品种的新品种。(3)将甜玉米自然群体七个维生素A组分含量与278593个高质量SNP位点进行全基因组关联分析,共得到25个与甜玉米维生素A显著相关的SNP位点,在SNP位点周围共得到104个候选基因。其中候选基因中Zm00001d023559编码果糖二磷酸醛缩酶,它是卡尔文循环的重要酶。α-胡萝卜素候选基因Zm00001d033405编码丙酮酸激酶同工酶A,它是糖酵解途径中的限速酶之一,二者都与光合作用有关,推测其可能会影响维生素A的合成。(4)维生素A关键基因LcyE、crtRB1序列变异丰富。根据133份甜玉米自交系Lcy E基因CDS区域的全长序列,Lcy E包含32个单倍型,携带单倍型H03的材料数量高达42个,占所有材料的33.57%,数量最多。此外,根据133份甜玉米自交系crt RB1基因CDS区域的序列,crt RB1基因CDS区分为13个单倍型。其中单倍型Hap1所含材料数目最多,材料数量高达115份,单倍型Hap1包含材料3份,剩余所有的单倍型只包含1份材料。根据甜玉米自交系维生素A含量可将Hap1、H03、H14作为优质单倍型。
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