论文部分内容阅读
青藏高原是世界上海拔最高、面积最大的高原，被称为“世界屋脊”或“第三极”。青藏高原地形复杂、气候多变，从而形成了多样而极端的生态环境。青稞（多棱裸大麦）是青藏高原藏民族的主要粮食作物，具有数千年的栽培历史，对高原环境具有优异的适应性，形成了大量具有特殊适应性的青稞地方品种（Landraces），其中很多材料具有良好的短生长季（Short growing season）适应性特征——早熟(Early maturity)。但是，极少有研究从群体层面揭示青稞种质资源对于青藏高原生态环境的适应性响应和青稞早熟性状形成的遗传基础。首先，本研究选取230个分布于青藏高原的青稞地方品种作为研究材料，利用DArT(Diversity array technology)标记划分群体结构(Population structure)和计算群体遗传基础参数，进而探讨群体结构、遗传距离(Genentic distance)和等位基因频率(Allele frequency)同环境因子间的关系，并搜寻青稞基因组内受到正向选择的离散位点(Outlier loci under positive selection);其次，在抽穗期表型鉴定的基础上，配置拉鲁青稞（早熟）×迪青1号（晚熟）杂交组合，利用其F2群体(279单株)进行早熟基因定位，并最终确定了控制拉鲁青稞早熟性状的基因是eam8.l。最后，对134个青藏高原野生大麦和青稞地方品种EAM8基因进行单倍型(Haplotype)检测和拓扑进化分析。主要结论如下: 1.青藏高原青稞地方品种群体结构同地理来源间关系密切，总体上呈现出南、北两个群体(Population)下各自存在东、西两个亚群(Subpopulation)的分化趋势，且各群体和亚群材料均有其地理核心分布区和延伸分布区;Mantel test和空间自相关的结果表明，青稞地方品种间的遗传距离同地理距离间存在极显著相关性，并且在＜342km的地理距离内更容易形成相似的生态型(Ecotype)，地理隔离对于青稞地方品种群体遗传结构的形成影响显著。 2.影响青藏高原青稞群体结构的主要气象因子水分相关因子，青稞地方品种群体分层样式同生境类型间存在关联;青稞地方品种群体POP1和POP2中参试材料Q值同海拔(X21)相关性达到极显著(P＜0.01)水平，Subpop1和Subpop2中参试材料Q值同生长季平均水汽压(X15)相关性显著(P＜0.05)，Subpop3和Subpop4中参试材料Q值同纬度(X19)和五月份降水量(X5)分别呈极显著(P＜0.01)和显著相关(P＜0.05)。 3.青稞地方品种DArT标记多态性信息含量(PIC)同五月份降水量(X5)显著相关。基因组343个DArT位点等位基因频率(P)至少同一个地理气象因子显著相关，尤其是受到正向选择作用的9个离散位点的等位基因频率显著受到生长季平均气温日较差(X14)、生长季平均相对湿度(X16)与纬度(X19)、经度(X20)和海拔(X21)的影响。在5个受到正向选择作用的离散位点附近，存在7个和抽穗期和成熟期相关的QTL。青稞在长期栽培过程中，不同生境条件下的温度和降水（尤其是生育前期降水）是最为主要的环境选择压，通过对群体等位基因频率和遗传多样性等的影响进而影响到群体遗传结构的空间分布样式。而经纬度、海拔对群体遗传结构的影响则是通过特定环境下的温度和降水等气候因素实现的。 4.对拉鲁青稞（早熟）×迪青1号（晚熟）杂交组合279个F2单株的表型分析发现拉鲁青稞的早熟性状由单个隐性基因控制。进一步的遗传和物理图谱构建，将该基因定位于1HL上并确定其为生物钟相关基因（Circadian clock associated genes）EAM8(EARLY MATURITY8)的新隐性等位变异并命名为eam8.l。 5.在eam8.l内含子3(Intron3)中存在的G/A替换，导致该基因在转录后发生可变剪接(Alternative splicing)和内含子保留(Intron retention)，进而由于终止密码子的提前出现最终导致无功能缩短蛋白（Truncated protein）的形成。eam8.l能够引起拉鲁青稞的早熟和光周期反应不敏感。eam8.l最初可能来自于西藏野生大麦，是大麦早熟性状形成的遗传机制之一。 6.在134份大麦材料中共检测到51种EAM8单倍型，说明该基因变异丰富且易环境的影响而发生突变。Hap1是出现频率最高且最为原始的单倍型，Hap19、Hap29、Hap46和Hap47位于EAM8单倍型进化的节点上，eam8.l(Hap39)单倍型由Hap1经过连续5次突变形成且形成时间较晚。